某220千伏變電站無功容量計(jì)算

張振夫

摘要：變電站在不同運(yùn)行方式下供帶負(fù)荷水平差異較大，無功需求多樣，因此為了保證正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)電壓水平合格，減少電網(wǎng)運(yùn)行損耗，新建變電站工程的無功容量配置至關(guān)重要。為了加深對(duì)于無功容量計(jì)算的理解，指導(dǎo)新建變電站工程的設(shè)計(jì)，本文首先通過理論推導(dǎo)，得到變壓器無功損耗的計(jì)算公式，再以某220千伏變電站為例，將其運(yùn)用在實(shí)際工程中

關(guān)鍵詞： 直流輸電; 柔性直流; 經(jīng)濟(jì)性; 可靠性;

中圖分類號(hào)：TM 761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16081/j.issn.1006-6047.yyyy.mm.xxx

0 引言

合理的無功容量配置對(duì)于變電站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響較大。根據(jù)可行性研究報(bào)告內(nèi)容深度要求，新建、擴(kuò)建的輸變電工程中需要論證無功補(bǔ)償容量的配置[1，2]。因此為了合理配置低壓側(cè)容性、感性無功補(bǔ)償容量，需要進(jìn)行在一定負(fù)載率及功率因素條件下的無功容量分析計(jì)算。本文根據(jù)相關(guān)國家規(guī)程、規(guī)范要求，通過理論計(jì)算公式推導(dǎo)，得到變壓器無功損耗計(jì)算公式，再以某220千伏變電站的新建工程為例，進(jìn)行無功容量計(jì)算、分析，從而有助于加深對(duì)于無功容量計(jì)算的理解，并運(yùn)用到實(shí)際工作中。

1 無功容量計(jì)算原則

目前變電站低壓側(cè)常有并聯(lián)電容器及并聯(lián)電抗器兩種無功補(bǔ)償裝置，其中并聯(lián)電容器主要用于補(bǔ)償主變壓器無功損耗，并聯(lián)電抗器主要用于補(bǔ)償輸電線路充電功率。無功容量計(jì)算的目的即是，通過計(jì)算本站供電范圍內(nèi)，在設(shè)計(jì)水平年及遠(yuǎn)景水平年下，大方式及小方式的無功平衡，從而結(jié)合調(diào)相調(diào)壓計(jì)算結(jié)果，確定本期及終期的電容器及電抗器容量配置情況。

在通常設(shè)計(jì)中，無功容量計(jì)算所考慮的電網(wǎng)無功電源有：架空線路、電纜（產(chǎn)生充電功率），無功負(fù)荷有：變壓器無功損耗，線路無功損耗。其中線路無功損耗由于相對(duì)較小，一般忽略。在設(shè)計(jì)水平年及遠(yuǎn)景水平年，大方式及小方式情況下，將本站范圍內(nèi)線路充電功率減去變壓器無功損耗，得到無功平衡情況，進(jìn)而得到無功補(bǔ)償容量。

2 變壓器無功損耗計(jì)算

1）計(jì)算邊界條件

（1）進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)，空載電流忽略有功分量，將其完全視作無功分量;

（2）進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，繞組阻抗中電阻遠(yuǎn)小于電抗，因此忽略電阻，短路電壓Vs%近似等于Vx%;

（3）在計(jì)算負(fù)載損耗時(shí)，忽略勵(lì)磁支路電流，負(fù)載損耗近似正比于輸入電流;

（4）變壓器在運(yùn)行中，假定電壓維持在額定電壓。

2）公式代號(hào)意義

I0% 變壓器空載電流占額定電流百分比

Uk% 變壓器阻抗電壓占額定電壓百分比

ΔQT 變壓器無功損耗

ΔQ0 變壓器空載無功損耗

ΔQk 變壓器滿載無功損耗

SC 變壓器計(jì)算負(fù)荷

Sr 變壓器額定容量

IN 變壓器額定電流

S2 變壓器中壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷

S3 變壓器低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷

3 線路及電纜充電功率計(jì)算

1）線路及電纜單位長度充電功率

線路及電纜充電功率與運(yùn)行電壓平方成正比，假定線路運(yùn)行在額定電壓， 110kV架空線路充電功率為每公里0.034Mvar，雙分裂220kV架空線路充電功率為每公里0.14Mvar。

2）充電功率計(jì)算

在進(jìn)行無功平衡計(jì)算中，對(duì)于220kV變電站，其220kV線路考慮本站補(bǔ)償一半的充電功率，110kV線路考慮全部由本站補(bǔ)償。

4 某220千伏變電站無功容量計(jì)算

1）計(jì)算條件

（1）本期主變?nèi)萘浚?×180MVA，終期主變?nèi)萘?×180MVA;主變參數(shù)：U1-2%= 14，U1-3%=24， U2-3%=8，I0%=0.1;

（2）主變220kV側(cè)、110kV側(cè)功率因數(shù)考慮為0.98，不考慮向110kV電網(wǎng)輸送無功;

（3）220kV線路本期2條，總長度89.7公里，遠(yuǎn)期線路4條，總長度80公里，均為雙分裂架空導(dǎo)線;110kV線路本期2條，總長度46.4公里，遠(yuǎn)期線路9條，總長度90公里，均為單根架空導(dǎo)線;

（4）負(fù)荷大方式按照80%負(fù)載率考慮，小方式按照30%負(fù)載率考慮，負(fù)荷全部為110kV側(cè)。

2）計(jì)算過程

本期線路充電功率為：17+1.6=18.6 Mvar

本期變壓器無功損耗為：

ΔQ=0.18+16.13=16.31Mvar（大方式）

ΔQ=0.18+2.27=2.45 Mvar（小方式）

遠(yuǎn)期線路充電功率為：15.2+3.1+18.6=36.9Mvar

遠(yuǎn)期變壓器無功損耗為：

ΔQ=3×（0.18+16.13）=48.93Mvar（大方式）

ΔQ=3×（0.18+2.27）=7.35 Mvar（小方式）

3）計(jì)算結(jié)果

4）結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本期小方式/大方式下容性無功有16.2/2.3Mvar盈余，遠(yuǎn)期小方式下容性無功有29.6Mvar盈余。因此本期有必要上10Mvar電抗器，遠(yuǎn)期有必要上30Mvar電抗器。綜合計(jì)算結(jié)果及調(diào)相調(diào)壓計(jì)算結(jié)果，該220kV變電站本期上10Mvar感性無功，24Mvar容性無功，終期每臺(tái)主變上10Mvar感性無功，24Mvar容性無功。

5 結(jié)論

無功容量計(jì)算是變電站新建工程中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，合理配置無功容量對(duì)于電網(wǎng)可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。本文首先明確了計(jì)算原則，推導(dǎo)了變壓器無功損耗計(jì)算公式，然后以某220千伏變電站為例進(jìn)行了實(shí)際計(jì)算，并指導(dǎo)了工程實(shí)際工作，確定了最終的無功容量配置方案，這將有助于加深對(duì)無功容量計(jì)算的了解，服務(wù)設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭國華. 三繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 能源與環(huán)境，2004 （1）：50-51.

[2] 夏遠(yuǎn)福.三繞組變壓器運(yùn)行方式損耗計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28（3）：105-110.