變電站無功補(bǔ)償電容器組配置探析

王秀軍 田福利 華玉巖 關(guān)勇 游皓文

摘 要：變電站是整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，對無功補(bǔ)償進(jìn)行合理控制，有利于電壓質(zhì)量的穩(wěn)定，進(jìn)而為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的保障。但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，僅僅在低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償裝置逐漸不能滿足實際運(yùn)行需求，需要對無功補(bǔ)償電容器組配置方式做更進(jìn)一步的分析。本文將對110kv 10kv變電站作為對象，分析無功補(bǔ)償電容器組配置方式。

關(guān)鍵詞：變電站；無功補(bǔ)償；配置優(yōu)化

1.前言

無功功率和有功功率一樣是輸配電網(wǎng)中不可缺少的組成部分，無功功率對配電網(wǎng)乃至整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行都是十分重要的。長距離輸送無功功率會造成有功功率的損耗和電壓質(zhì)量的降低。無功補(bǔ)償?shù)囊笫牵杭醒a(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主。一般在負(fù)荷密集的地方進(jìn)行補(bǔ)償，不僅要求在變電站母線進(jìn)行集中補(bǔ)償，同時也要在配電線路、變壓器和負(fù)荷側(cè)進(jìn)行分散補(bǔ)償，以實現(xiàn)無功的就地平衡。

2.變電站無功補(bǔ)償電容器組設(shè)計

很多變電站建設(shè)時，均是將高壓并聯(lián)電容器安裝在變壓器主要負(fù)荷側(cè)，且存在部分220kV變電站將無功補(bǔ)償裝置設(shè)置在中壓側(cè)。這樣既可以降低設(shè)備運(yùn)行損耗，同時還能夠降低變電站接線難度。如果選擇將無功補(bǔ)償電容組設(shè)置在110kV站中壓側(cè)，需要確定設(shè)計要點(diǎn)，精確就計算各項損耗，重視建模理論與實地測量兩個方面，保證設(shè)置方案具有高適用性，對110kV三繞變壓器、低壓側(cè)不同負(fù)荷情況的無功補(bǔ)償方案進(jìn)行優(yōu)化，全面滿足變電站實際運(yùn)行需求。

3.變電站無功補(bǔ)償電容器組配置要點(diǎn)

3.1并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的接線

在變電站中，并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置發(fā)揮了重要的作用，在整個電力項目中，電容補(bǔ)償裝置的主接線方案對整個項目的投資、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及維修等都會造成一定的影響，所以，如果要對電容補(bǔ)償裝置主接線方案進(jìn)行設(shè)計，則必須對多個方面的因素進(jìn)行綜合考慮。通常情況下，并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的接線方式包括兩種類型，第一類為星型，第二類為三角形，星型可進(jìn)一步分為單星和雙星，三角形又可以分為單三角形和雙三角形。在我國的傳統(tǒng)變電站的電容補(bǔ)償裝置接線中，對三角形接線方式的運(yùn)用比較頻繁，近些年來，星形接線方式逐步取代了三角形接線方式，就目前的情況來看，在我國的變電站中，大都采用單星形接線方式。

3.2無功補(bǔ)償容量的分析計算

經(jīng)過科學(xué)的調(diào)研，變電站所控制的電網(wǎng)只要出現(xiàn)多次波動，變電站在運(yùn)行過程中，110kV母線分裂運(yùn)行時，最大三相短路電流為19.2kA，隨著變電站所承受供電負(fù)荷的變化，其電容配置容量也會發(fā)生相應(yīng)的變化，具體而言，表現(xiàn)在兩個方面，第一，輕負(fù)荷變化。根據(jù)我國的相關(guān)規(guī)定，110kV以上的高壓供電電力用戶在高峰負(fù)荷時的功率因數(shù)應(yīng)該在0.95以上，35-220kV變電站的無功補(bǔ)償設(shè)備會隨著電站負(fù)荷的變化及時投切，這一狀態(tài)下，整個電力系統(tǒng)的側(cè)功率因數(shù)應(yīng)該在0.95以上，而且，在當(dāng)變電站電力系統(tǒng)處于低谷負(fù)荷時，其功率因數(shù)應(yīng)該在0.95以下。所以，在計算過程中，負(fù)荷功率因數(shù)取0.9，補(bǔ)償后一次側(cè)功率因數(shù)取0.95。第二，大負(fù)荷變化。如果負(fù)荷以40000kW考慮，負(fù)荷功率因數(shù)可取0.95，補(bǔ)償后一次側(cè)功率因數(shù)可取0.99。

3.3電抗率的選擇

在110kV變電站的運(yùn)行過程中，需要對電容器組進(jìn)行多次操作，這樣才能滿足整個電力系統(tǒng)無功功率以及電壓的變化，在電容器組的使用過程中，會出現(xiàn)相應(yīng)的沖擊合閘涌流，所出現(xiàn)的涌流頻率較高，在涌流出現(xiàn)之后，所持續(xù)的時間不會超過10毫秒。在整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，通常會運(yùn)用電容器回路中加串聯(lián)電抗器的方式來應(yīng)對涌流問題。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，會出現(xiàn)諧波，如果諧波出現(xiàn)5次以上，則視為不正?，F(xiàn)象，為了有效應(yīng)對這一情況，則應(yīng)該將電抗率控制在4.5%～5%的范圍，以對產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制，值得注意的是，電抗率的范圍必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果因忽視范圍控制致使電抗率超過6%，雖然會對5次以上的諧波進(jìn)行抑制，但是會促使3次諧波的放大概率增加，而且當(dāng)電抗率較高時，會占用較大的電容量，而且會導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)消耗增加。

4.變電站補(bǔ)償容量的確定

在110kV變電站的運(yùn)行管理過程中，應(yīng)該根據(jù)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容完成變電站的修建，而且在變電站建設(shè)中應(yīng)該將電容器的容量控制在主變壓器容量的10%～30%。針對那些已經(jīng)修建完成的變電站，則應(yīng)該全面了解變電站的負(fù)荷情況，找出其中存在的潛供電流、諧波電壓等，在此基礎(chǔ)上，能夠?qū)ψ冸娬舅刂齐娋W(wǎng)系統(tǒng)的電壓、電容量以及電網(wǎng)系統(tǒng)的短路容量有一個全面的了解，在了解上述相關(guān)信息后，可以及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的無功缺額問題，進(jìn)而有針對性的增加變電站的無功補(bǔ)償裝置。另外，針對無功補(bǔ)償裝置的配設(shè)，應(yīng)該嚴(yán)格遵守國家的相關(guān)規(guī)定，如《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》，并根據(jù)相關(guān)要求，完成相應(yīng)的計算分析工作。

5.10kV無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計原則

一般來說，南方電網(wǎng)有110kv電壓等級，由于歷史原因，東北地區(qū)是66kv或者10kv，所以我們應(yīng)淺析10kV無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計，其應(yīng)該遵循以下三項原則，第一在設(shè)計無功補(bǔ)償裝置時，要確定系統(tǒng)所缺的無功補(bǔ)償量，安裝進(jìn)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置所產(chǎn)生的無功補(bǔ)償量要大于這個量，以免在使用過程中發(fā)生狀況。當(dāng)然這個量也不用太大，太大就造成了資源浪費(fèi)。第二，由于不同電網(wǎng)的情況各不相同，無功補(bǔ)償?shù)姆绞揭捕喾N多樣，并且電網(wǎng)一旦選定了無功補(bǔ)償?shù)姆绞骄筒荒茈S意更換，因此在選擇時要優(yōu)化無功補(bǔ)償方式。在確定無功補(bǔ)償裝置時，采用在最小負(fù)荷方式下進(jìn)行潮流計算，可以有效地防止向電網(wǎng)倒送無功的情況發(fā)生，并且可以計算出該點(diǎn)的補(bǔ)償容量。第三電網(wǎng)采用最小負(fù)荷的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)那闆r下，還要進(jìn)行一定的檢測，檢驗該方式是否符合該電網(wǎng)的需求。由于電網(wǎng)的特殊性，往往還需要進(jìn)行一些細(xì)小的調(diào)整來滿足需求，如大負(fù)荷時，需要增加無功補(bǔ)償點(diǎn)；電壓下線時，采用定點(diǎn)的無功補(bǔ)償自動投切增加補(bǔ)償?shù)取?/p>

6.科學(xué)進(jìn)行分組裝置

不同組合形式下，電容器的分組裝置投切不能引發(fā)比較嚴(yán)重的 諧波諧振和危害。諧振是諧波嚴(yán)重程度的極限狀態(tài)，會使得電容器 出現(xiàn)過載情況，導(dǎo)致電容器出現(xiàn)異常振動、聲音等，外殼出現(xiàn)變形， 甚至損壞。為了避開諧振點(diǎn)，設(shè)計電容器時就需要對系統(tǒng)諧波的含 量進(jìn)行科學(xué)的測量與分析，結(jié)合電抗率進(jìn)行優(yōu)化配置，計算諧振容 量，分組容量不能與諧振容量相撞。正式投入使用時，需要對投切進(jìn) 行試驗，對系統(tǒng)諧波分量的變化情況進(jìn)行測量，如果出現(xiàn)諧振，就需要及時采取有效的措施加以解決。

7.結(jié)束語

綜上所述，通過我們對變電站無功補(bǔ)償電容器組配置方式的研究得出，我們應(yīng)基于變電站實際建設(shè)情況，來確定補(bǔ)償容量，并以此為依據(jù)確定電容器機(jī)組配置方式，爭取提高變電站運(yùn)行穩(wěn)定性，降低變壓器運(yùn)行能耗?？偠灾?，電力對我國民生具有關(guān)鍵意義，關(guān)乎到群眾的切身利益，我們這些電力行業(yè)的工作人員應(yīng)切實做好本職工作，為促進(jìn)社會發(fā)展服務(wù)民生貢獻(xiàn)自己的力量。

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