35kV變電站電氣主接線設(shè)計及無功補(bǔ)償優(yōu)化

陳明躍

摘 要：在電力供電系統(tǒng)中，科學(xué)選擇補(bǔ)償裝置，能夠顯著降低電網(wǎng)損耗，提高供電質(zhì)量?，F(xiàn)階段國內(nèi)多數(shù)地區(qū)的電力系統(tǒng)中，還是采用傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方式，不能及時、準(zhǔn)確的反映電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，容易因?yàn)殡妷翰▌虞^大影響電網(wǎng)整體運(yùn)行安全。文章以35KV變電站為研究對象，首先對電氣主接線及時要點(diǎn)進(jìn)行了概述，隨后介紹了幾種常用的無功補(bǔ)償方式，最后就無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化策略展開了簡單分析。

關(guān)鍵詞：變電站；主變壓器；無功補(bǔ)償；調(diào)壓方式

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0178-02

變電站主接線方案設(shè)計對電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置以及繼電控制方式等都產(chǎn)生了重要影響。如何確定變電站電氣一次主接線，是變電站建設(shè)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。在前期主接線設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要考慮電網(wǎng)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化，只有將兩種技術(shù)結(jié)合起來，才能最終保障35KV變電站各項(xiàng)功能的正常使用，為電力用戶提供更加穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)的電力能源。

1 一次主接線設(shè)計方法

1.1 確定電氣主接線

1.1.1 35kV變電站擬主要采用的電氣主接線

35kV變電站的電氣主接線方式有多種，其中應(yīng)用比較廣泛的有單母線分段、內(nèi)橋、線路變壓器組接線三種。不同的接線方式，在適用條件上有很大差異，以單母線分段接線為例，這種接線技術(shù)主要應(yīng)用在35kV-63kV配電裝置回路上，且不能連續(xù)使用；內(nèi)橋形接線雖然對適用電壓沒有特殊要求，但是不適用于線路較長、電網(wǎng)較為復(fù)雜的情況。因此，技術(shù)人員在選擇電氣主接線方式時，既要了解不同接線方式的應(yīng)用特點(diǎn)和適用情況，又要在科學(xué)選擇接線方式的基礎(chǔ)上，熟練掌握接線技術(shù)要點(diǎn)。

1.1.2 35kV變電站主要的出線規(guī)模

根據(jù)變電站出線距離的不同，分為遠(yuǎn)期出線和近期出線兩種情況，其中遠(yuǎn)期出線1-5回，近期出線6-9回；如果是10kV變電站，具體的出現(xiàn)規(guī)模應(yīng)當(dāng)有技術(shù)人員現(xiàn)場考察主變?nèi)萘亢团_數(shù)后確定。確定出線規(guī)模，也是變電站確定電氣主接線工作中的重要環(huán)節(jié)。特別是對于電網(wǎng)覆蓋面積較大的情況，電網(wǎng)系統(tǒng)中包含的主變設(shè)備較多，確定出線規(guī)模對提升變電站運(yùn)行穩(wěn)定性也很有幫助。

1.2 變電站布置

變電站的布置會受到多種因素的影響，其中比較主要的因素是周圍環(huán)境特點(diǎn)和電力用戶的用電需求。例如，戶外變電站要著重考慮地形因素，35kV戶外變電站通?？紤]使用軟母線中型配電裝置，可以提高對外界環(huán)境的抗干擾能力；35kV戶內(nèi)變電站可以考慮使用室內(nèi)開關(guān)柜。另外，無論是室內(nèi)還是室外變電站，都要在周圍做好防護(hù)措施，一方面是禁止外力對變電站造成破壞影響，另一方面也可以有效避免意外因素導(dǎo)致的觸電事故等。

1.3 配電裝置選型

35kV變電站電氣主接線中的配電裝置數(shù)量和種類較多，且都發(fā)揮著各自的重要作用。具體包括斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等。本文選擇斷路器和電流互感器為例，對裝置選擇的基本原則進(jìn)行了簡單分析。

1.3.1 斷路器的選擇

斷路器主要起到了線路和電力裝置保護(hù)作用，科學(xué)選擇斷路器對保障變電站系統(tǒng)安全有重要意義。在選擇時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合35kV變電站的運(yùn)行情況，重點(diǎn)關(guān)注以下參數(shù)：額定電壓、額定電流、機(jī)械荷載、開斷電流、對過電壓的限制等。除了技術(shù)參數(shù)外，斷路器正常工作的環(huán)境調(diào)節(jié)也是需要考慮的重點(diǎn)要素，包括環(huán)境溫度、最大風(fēng)速、相對濕度、電磁干擾等。此外，現(xiàn)階段35kV變電站常用少油斷路器、真空斷路器，SF6斷路器的使用相對較少，斷路器選擇時也需要關(guān)注。

1.3.2 電流互感器的選擇

電流互感器能夠?qū)⒁淮蝹?cè)大電流轉(zhuǎn)化為二次側(cè)小電流，是變電站電力系統(tǒng)中動態(tài)測量電流的主要裝置。在電流互感器選擇時，也需要分別從以下三方面進(jìn)行綜合考慮：第一，電流互感器的主要參數(shù)，包括一次回路電壓/電流，二次級數(shù)量，準(zhǔn)確度等級等。第二，環(huán)境條件，包括海拔高度、最大風(fēng)速、相對濕度等；第三，電流互感器的材質(zhì)一般使用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，近年來市場上也出現(xiàn)了一種新型的樹脂絕緣結(jié)構(gòu)，但是成本相對較高，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

1.4 變壓器的選擇

1.4.1 變壓器的容量確定

對于分布在城郊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等地區(qū)的變電站，在確定容量時，應(yīng)當(dāng)參考附近城市電網(wǎng)規(guī)劃，盡量想城市地區(qū)變電站的主變壓器容量靠攏。避免因?yàn)閰^(qū)域主變壓器容量差過大，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)波動。另外，還要考慮主變壓器的使用年限，以主變壓器建成并投入運(yùn)行前5年內(nèi)的規(guī)劃負(fù)荷，作為主變壓器的容量。在此基礎(chǔ)上，還要考慮未來15年-20年內(nèi)城市電網(wǎng)負(fù)荷的發(fā)展。如果該地區(qū)有多個35kV變電站，還要考慮其中一臺或多臺變電站停運(yùn)后，其余正常運(yùn)行變電站的負(fù)荷能力，確保電力用戶正常用電，以及保障區(qū)域電網(wǎng)的安全。

1.4.2 主變壓器臺數(shù)的確定

由于不同地區(qū)的用電需求存在較大差異，電網(wǎng)覆蓋密度也極不均勻，為了維護(hù)電力公司自身的利益，就需要根據(jù)實(shí)際用電需要，合理確定主變壓器的臺數(shù)。通常來說，在市區(qū)以及靠近市區(qū)的城郊，一次變電所內(nèi)安裝2臺變壓器足夠。但是如果電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)有工業(yè)園區(qū)，或是其他用電大戶，則需要在開展全面調(diào)查和精確設(shè)計的基礎(chǔ)上，將主變壓器適當(dāng)增加到3臺?？傊?，35kV變電站變壓器臺數(shù)的選擇，要綜合考慮用電需求、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等多種要素。

1.4.3 主變壓器型式選擇

根據(jù)繞組形式的不同，主變壓器分為雙繞組、三繞組和自耦變壓器幾種，35kV變電站選擇雙繞組的低損耗有載調(diào)壓變壓器。

2 輸配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整

2.1 輸電網(wǎng)無功補(bǔ)償

2.1.1 電抗器補(bǔ)償

在輸電線路中，電抗器常常設(shè)置在線路的兩側(cè)，不設(shè)置斷路器。作為一種常見的無功補(bǔ)償設(shè)備，電抗器常常用于超高壓長距離線路之中。結(jié)合線路的長度和過電壓的限制度，對電抗器的容量進(jìn)行選擇。

2.1.2 串聯(lián)電容補(bǔ)償

串聯(lián)電容主要是用來補(bǔ)償輸電線路的感抗，通過縮短電氣的距離，提高線路的穩(wěn)定性。串聯(lián)電容器的連接形式主要是串并聯(lián)相結(jié)合，并聯(lián)和串聯(lián)的數(shù)量分別由容量和電容補(bǔ)償度決定，串聯(lián)電容的補(bǔ)償度不宜太高。

2.1.3 中間同步或靜止補(bǔ)償

在輸送電路中設(shè)置中間同步或靜止補(bǔ)償裝置的目的是為了限制電壓升高，該補(bǔ)償裝置具有無功調(diào)節(jié)能力，通過吸收充電功率，發(fā)出無功功率，補(bǔ)償線路中的無功損耗，這樣線路的輸送容量就可以得到有效的擴(kuò)充。該補(bǔ)償裝置不要設(shè)置在線路兩端，否則將難以起到調(diào)節(jié)的作用，應(yīng)將其設(shè)置在線路中間，就可以發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

2.2 電壓調(diào)整

為了使電網(wǎng)不再受到電壓波動的影響，防止因電壓劇烈波動而造成事故，通常會在電網(wǎng)的電壓支撐點(diǎn)與下級電壓電網(wǎng)樞紐點(diǎn)，設(shè)置有載調(diào)壓變壓器或者無功補(bǔ)償裝置，通過這二者的各自作用或者共同作用對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定。并聯(lián)電容器是一種比較實(shí)用的補(bǔ)償設(shè)備，能夠大大降低輸電網(wǎng)的運(yùn)輸成本。但是在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方，例如補(bǔ)償設(shè)備的響應(yīng)速度相對較慢，容易因?yàn)轫憫?yīng)不及時，使電網(wǎng)額外增加運(yùn)行負(fù)擔(dān)。還有就是有載調(diào)壓變壓器的調(diào)節(jié)能力也有上下限，如果超過最大調(diào)壓范圍，也會失去應(yīng)有的作用。

3 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償和電壓調(diào)整

3.1 電網(wǎng)的電壓調(diào)整

3.1.1 局部調(diào)壓

可以進(jìn)行局部調(diào)壓的變壓器主要分為三類：第一類是有載調(diào)壓變壓器，其原理是通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)內(nèi)的無功潮流，達(dá)到電網(wǎng)局部電壓調(diào)節(jié)的效果。其應(yīng)用優(yōu)勢在于有載調(diào)壓變壓器工作過程中，本身不會產(chǎn)生無功功率，減輕了對電網(wǎng)的負(fù)荷；第二類是串聯(lián)升壓器，是一種專門應(yīng)用于供電線路的變壓器，其優(yōu)勢在于不受電網(wǎng)電壓波動的影響，調(diào)壓效果穩(wěn)定。但是串聯(lián)升壓器使用數(shù)量較多后，容易拉低全網(wǎng)電壓水平，增加了電網(wǎng)損耗；第三類是感應(yīng)調(diào)壓器，借助于感應(yīng)電阻，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)調(diào)壓，是現(xiàn)階段局部調(diào)壓的主要方式。

3.1.2 無功補(bǔ)償調(diào)壓

通過適當(dāng)增加電力系統(tǒng)中無功電源的數(shù)量，可以更加靈活地進(jìn)行電壓調(diào)整。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，電源數(shù)量和無功補(bǔ)償裝置的數(shù)量呈正比，在變電所內(nèi)安裝的無功補(bǔ)償裝置，后期可以根據(jù)調(diào)壓需要，按照分組投切的形式，對不同地區(qū)的電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償調(diào)壓。

3.1.3 串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓

將電容串聯(lián)在電力系統(tǒng)的局部線路中，也可以根據(jù)電容大小達(dá)到預(yù)期的調(diào)壓效果。使用電容串聯(lián)方式進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓時，具有一定的適用范圍。例如在一些電力線路較長的情況下，隨著線路長度的增加，滯相電流流經(jīng)串聯(lián)電容時產(chǎn)生的功率因數(shù)越低，從而能夠取得更好地補(bǔ)償調(diào)壓效果。此外，在負(fù)載較大的線路中，串聯(lián)電容的調(diào)壓效果也要優(yōu)于低負(fù)載線路。

3.2 電網(wǎng)電壓調(diào)控采用的基本調(diào)壓方式

3.2.1 逆調(diào)壓方式

對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的電網(wǎng)來說，逆調(diào)壓是一種操作簡便且效果顯著的調(diào)壓方式。其操作方法為：首先，選擇供電電網(wǎng)的“中樞點(diǎn)”，并以中樞點(diǎn)為基準(zhǔn)，選擇多條包含中樞點(diǎn)的線路，測量這些線路在同一距離內(nèi)的負(fù)荷變化是否大體一致。如果結(jié)果相差無幾，則確定可以適用于逆調(diào)壓方式。其次，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)在最大負(fù)荷時，通過逆調(diào)壓，將線路實(shí)際電壓穩(wěn)定在高于額定電壓5%左右；反之，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)在最低負(fù)荷時，通過逆調(diào)壓，將線路實(shí)際電壓穩(wěn)定在低于額定電壓5%左右。逆調(diào)壓的優(yōu)點(diǎn)在于有效防止了因?yàn)樨?fù)荷點(diǎn)電壓過高導(dǎo)致電網(wǎng)受損的概率。

3.2.2 恒調(diào)壓方式

對于一些實(shí)際運(yùn)行過程中負(fù)荷波動較小的電網(wǎng)，可以考慮使用恒調(diào)壓方式。其操作要點(diǎn)為：第一步首先確定中樞點(diǎn)，然后以中樞點(diǎn)為基準(zhǔn)，使周圍線路的實(shí)際運(yùn)行電壓控制在高于額定電壓5%上下的數(shù)值。確定該數(shù)值范圍后，無論電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓如何波動，都將實(shí)際值控制在這一范圍內(nèi)，保持電壓的相對恒定。恒調(diào)壓方式主要應(yīng)用于節(jié)假日或其他用電負(fù)荷突增的情況，對保證電網(wǎng)整體運(yùn)行安全有良好效果。

3.2.3 順調(diào)壓方式

在農(nóng)村電網(wǎng)中，由于用電量較小，且相對恒定，因此電網(wǎng)電壓幾乎不會出現(xiàn)大的波動。由于多數(shù)農(nóng)村電網(wǎng)不具備使用無功調(diào)整的條件，因此更多的是采用順調(diào)壓方式。但是順調(diào)壓方式也有一定的不足，例如近年來農(nóng)村企業(yè)數(shù)量開始增加，用電需求增大，由此造成了較大的電壓波動。隨著農(nóng)村電網(wǎng)改造的不斷推進(jìn)，順調(diào)壓方式的應(yīng)用范圍也逐漸減小。

4 結(jié)語

無論是電力系統(tǒng)建設(shè)還是既有電網(wǎng)改造，無功補(bǔ)償都是一種高效、方便、安全的節(jié)電技術(shù)，需要引起電力部門的關(guān)注，并根據(jù)電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際需要，將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)工作中。此外，技術(shù)人員也要認(rèn)識到以往無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用中存在的一些問題，嘗試進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化，為用戶提供更加安全、優(yōu)質(zhì)的電力能源。

參考文獻(xiàn)

[1]孫偉.重慶星寨220kV變電站電氣主接線及外部接入系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化研究[D].重慶大學(xué)，2016.

[2]楊戰(zhàn)光，陳博，趙忠明.500KV變電站35KV無功補(bǔ)償設(shè)備集中優(yōu)化布置技術(shù)的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（12）：190-190.