長輸管道壓縮機SVG遠端協(xié)調無功補償?shù)难芯颗c實現(xiàn)

李福榮

（中石化石油工程設計有限公司）

0 引言

SVG（Static Var Generator），即靜態(tài)無功補償器，是為了壓氣站提高功率因數(shù)的無功補償設備。但目前SVG的補償策略為就地補償，而壓氣站主變的無功和輸電線路較長導致的無功損耗，使得考核點的無功與補償點的無功不一致。造成了SVG設備雖然一直在補償無功，但是考核點仍有部分無功，導致功率因數(shù)不達標，從而每月被國家電網(wǎng)公司以《功率因數(shù)調整電費辦法》征收巨額罰款。

因現(xiàn)有SVG靜態(tài)無功補償裝置沒有正確發(fā)揮其應有的補償無功、平衡無功的作用，SVG靜態(tài)無功補償裝置即使全月都處于運行狀態(tài)，但宜昌和武漢等壓氣站的現(xiàn)場功率因數(shù)與國網(wǎng)電費考核點的功率因數(shù)的數(shù)值差異巨大。國家現(xiàn)行電價制度中的《功率因數(shù)調整電費辦法》規(guī)定，160kVA以上的高壓供電工業(yè)用戶，執(zhí)行功率因數(shù)標準0.90，是強制性規(guī)定，必須遵守該規(guī)定的執(zhí)行條款內容。所以為減少壓氣站SVG無功補償系統(tǒng)的功率因數(shù)力調電費，必須提高國網(wǎng)電費考核點的功率因數(shù)到0.90以上。

根據(jù)國家現(xiàn)行電價制度中的《功率因數(shù)調整電費辦法》，160kVA以上的高壓供電工業(yè)用戶，執(zhí)行功率因數(shù)標準0.90，功率因數(shù)在0.90至0.70之間，每降0.01調整電費梯度為月度正常電費的0.5%，功率因數(shù)在0.70至0.65之間，每降0.01調整電費梯度為月度正常電費的1.0%，功率因數(shù)在0.65以下，每降0.01調整電費梯度為月度正常電費的2.0%。

設月度正常電費為A萬元，功率因數(shù)力調電費為B萬元，月度總電費為C萬元，計算原理如表1所示。

某管道壓氣站主電力變壓器的無功和輸電線路較長導致的無功損耗，使得電費計量考核點的無功與SVG設備補償點的無功不一致，再加上較長距離的110kV高壓架空線對于無功的影響，造成了SVG設備雖然一直在補償無功，但是考核點仍有部分無功，導致功率因數(shù)不達標，是當前功率因數(shù)不達標的根本原因，但通過邏輯優(yōu)化，采用SVG遠端協(xié)調補償系統(tǒng)，就能解決該技術難題。但某壓氣站從2018年下半年開始事實上形成環(huán)網(wǎng)供電結構，給正常的無功補償帶來了巨大的困難，本文的研究重點就是在壓氣站處于分列運行方式、單母線運行方式以及環(huán)網(wǎng)供電運行方式下，長程功率的遠端協(xié)調無功補償怎么通過無功再調節(jié)來實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電結構下的無功補償。

1 壓氣站實際案例分析

1.1 壓氣站環(huán)網(wǎng)供電結構概況

表1 國家現(xiàn)行規(guī)定的罰款功率因數(shù)力調電費與月度總電費計算原理表

該壓氣站其負荷主要為電驅壓縮機及輔助系統(tǒng)、工藝設備、通信、儀表、照明及其他用電負荷, 站內設電驅壓縮機3臺，單臺容量為7.2MW，正常情況下二用一備，同時配備了2臺2000 kvar的SVG無功補償設備。

該壓氣站是雙路110kV進線線路，目前供電結構為環(huán)網(wǎng)供電結構，即110kV開關UCB1、UCB2和CCB1處于合閘狀態(tài)，同時2號主變壓器處于停運狀態(tài)，10kV開關CCB2處于合閘狀態(tài)。架空線路采用JL/G1A-240鋼芯鋁絞線，線路長12km，變壓器容量20MVA，空載電流0.4%，短路阻抗10.5%。站內變壓器容量2000kVA，變壓器短路阻抗Uk%=6.02%，空載電流0.22%，如圖1所示。

1.2 實際案例結論

圖1 某管道壓氣站主接線圖

大多數(shù)情況下的壓氣站在輕載條件下，其外電輸電線路是其最大的無功產生源，站內主電力變壓器的無功是次要的無功產生源，所以新型的SVG自動補償遠調裝置正是應對距離較長的輸電線路產生的無功來進行無功再調節(jié)的，而且是以電網(wǎng)公司電費計量考核點的無功進行動態(tài)補償。鑒于該壓氣站目前是雙路110kV進線線路的環(huán)網(wǎng)供電結構，根據(jù)兩路110kV線路參數(shù)的基本數(shù)據(jù)，兩路110kV線路參數(shù)應基本一致，即阻抗值大致相當，但實際的無功試驗證明，兩路110kV線路參數(shù)在阻抗值這項指標上完全不同，根據(jù)試驗結果數(shù)據(jù)，可以判斷兩路110kV線路雖長度基本一致，經(jīng)過地容地貌看似一致，實際阻抗值的巨大差異，應在于兩路110kV線路地容地貌實際存在差異，繼而線路對地的容抗、感抗存在巨大差異。

2 環(huán)網(wǎng)供電結構下的SVG遠端無功協(xié)調補償

2.1 SVG自動補償遠調裝置基本組成

SVG無功補償裝置的主電路采用鏈式逆變器拓撲結構，Y形連接，10kV裝置每相由12個功率單元串聯(lián)組成，運行方式為N+1模式。圖2為SVG裝置的連接原理圖。

圖2 10kV SVG無功補償裝置的連接原理圖

2.2 環(huán)網(wǎng)供電條件下的SVG遠端協(xié)調無功補償試驗

該壓氣站兩條110kV線路，一條是12km左右的110kV石黃西線，一條是12km左右的110kV石黃東線，由于壓氣站停運2號主變，1號主變由110kV石黃西線供電，因萬州地調合環(huán)壓氣站110kV母聯(lián)，故110kV環(huán)網(wǎng)供電結構形成，壓氣站1號主變由110kV石黃西線和110kV石黃東線共同供電，而國網(wǎng)公司電費計量點在遠端12km處的兩個節(jié)點，由于環(huán)網(wǎng)供電結構的形成，特別是壓氣站目前還處于輕載狀態(tài)，故若兩條線路參數(shù)不一致，兩條線路同時無功補償?shù)碾y度加大，同時還要考慮環(huán)網(wǎng)功率或越站功率的存在，經(jīng)某壓氣站環(huán)網(wǎng)供電結構的環(huán)網(wǎng)調試試驗工作證明，同為12km左右的110kV的石黃西線和石黃東線線路電氣參數(shù)不同，經(jīng)無功補償?shù)脑囧e試驗證明，兩條110kV線路阻抗值差異較大，因壓氣站于2017年已經(jīng)進行了無功補償遠端調節(jié)試驗，其試驗工作工況針對的是兩臺主變同時運行的單母線分段供電結構，無環(huán)網(wǎng)現(xiàn)象，停運2號主變加環(huán)網(wǎng)結構形成后，原無功補償遠調策略未發(fā)生變化，故形成石黃西線功率因數(shù)0.98以上，石黃東線0.52左右的局面，因為環(huán)網(wǎng)供電結構存在，且兩條線路參數(shù)不同，試驗線路阻抗值差異較大的同時，還要試驗環(huán)網(wǎng)功率或越站功率的影響原供電的程度，壓氣站環(huán)網(wǎng)供電無功補償試驗完成后，新的遠端環(huán)網(wǎng)無功補償試驗取得成功，總功率因數(shù)已經(jīng)達到0.90以上。

但該管道從2018年以來，部分站場為了節(jié)本增效，110kV變電站的運行方式開始由雙電源單母線分列運行的方式，改為單電源單母線運行的方式，這就給按分列運行方式設計的兩臺SVG無功補償裝置的正常運行造成了影響，外界電氣參數(shù)的變化，就需要對兩臺SVG無功補償裝置進行新的邏輯更改，來適應既存在分列運行方式和單母線運行方式的新工況。

大多數(shù)情況下的壓氣站在輕載條件下，其外電輸電線路是其最大的無功產生源，站內主電力變壓器的無功是次要的無功產生源，所以新型的SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)正是應對距離較長的輸電線路產生的無功來進行無功再調節(jié)的，而且是以電網(wǎng)公司電費計量考核點的無功進行動態(tài)協(xié)調補償。

3 復雜電網(wǎng)情況下的SVG遠端協(xié)調補償

3.1 SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)組成

如圖3所示，在安裝SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)的過程中，需要考慮用戶側變電站事故狀態(tài)下的無功補償，所以這時候就需要考慮兩條110kV、兩臺SVG設備的協(xié)調無功補償問題，所以在這里首先解決這個問題，通過高速光纖將1號SVG和2號SVG無功補償裝置進行互連，同時要讓SVG設備采集10kV母聯(lián)110M，110kV母聯(lián)10M，110KV進線CT，CT1，CT2信號。

圖3 SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)主接線示意圖

3.2 SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)事件邏輯

預先設定線路母聯(lián)合為1，電流互感器CT有電流為1，其事件邏輯真值表如表2所示。

綜合各種雙機補償情況后，相應事件邏輯如表3所示。

同時將電費計量用CT電流傳感器安裝于電網(wǎng)公司上級網(wǎng)側變壓器（110kV/10kV）的二次側，用于測量進線電流，測得的電流信號通過光纖傳輸系統(tǒng)連接至SVG設備的主控板的信號輸入部分。在遠端無功動態(tài)補償邏輯啟動后，SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)就利用此電流傳感器計算對側變電站的網(wǎng)側計量點（110kV或35kV）的功率因數(shù)或無功電流，為遠端無功協(xié)調補償提供依據(jù)。SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)中的遠端電流互感器，要通過光纜傳輸系統(tǒng)，從中引出CT信號接入SVG主控板，從而在改進邏輯控制下進行無功補償。具體的SVG無功補償雙機協(xié)調操作如下：

1）某管道某壓氣站的大功率電機處于閑置或檢修狀態(tài)；

2）出線開關處于分閘狀態(tài)，進線處于合閘狀態(tài)；

3）合SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)控制電源，站控UCS發(fā)無功遠端補償命令給SVG設備，此時SVG設備的控制軟件調整為無功遠端補償協(xié)調模式；

4）站控UCS系統(tǒng)發(fā)合進線開關命令給SVG設備，SVG設備啟動自身風冷系統(tǒng)，等待風冷運行5min后，SVG設備啟動預充電系統(tǒng)，預充電成功合閘后，SVG設備上電，無功遠端補償模式自檢，就緒（就緒狀態(tài)上傳給站控UCS系統(tǒng)）、無故障、無報警；

5）SVG設備就緒后，合電抗器旁路開關，SVG設備進入無功遠端協(xié)調補償模式的待機狀態(tài)，等待站控UCS系統(tǒng)命令；

6）站控UCS系統(tǒng)發(fā)啟動命令給SVG設備，SVG設備根據(jù)兩路110kV或35kV進線開關的狀態(tài)來判斷對應補償參數(shù)的選值（兩路110kV或35kV線路補償?shù)膮?shù)提前下載到變頻器的軟件中，兩路補償參數(shù)可根據(jù)實際的主變參數(shù)、110kV線纜的型號、長度、間距等計算估算，并結合實際的運行數(shù)據(jù)進行校驗而得出補償值）；

7）假定現(xiàn)補償I段母線，除了預先設定本段的補償參數(shù)外（容性無功），還要采集I段10kV側的站內無功電流（一般為感性無功），此電流隨著站內輔助用電的負荷變化會有波動；

8）SVG設備啟動無功遠端協(xié)調補償邏輯（改進后算法），并根據(jù)上述參數(shù)設定值和10kV側采集的電流信號進行綜合計算，得出需要對本段線路需要補償?shù)臒o功。

3.3 SVG無功補償雙機協(xié)調系統(tǒng)補償?shù)年P鍵點

1）需考慮無功補償?shù)那疤釛l件，SVG雙機協(xié)調系統(tǒng)適合于電網(wǎng)公司或供電局的電費考核點在110kV或35kV側的遠端（部分省份有近遠端同時考核的情況，可根據(jù)算法整定計算，可以滿足功率因數(shù)達到供電公司的考核指標）；

2）壓氣站內10kV側的功率因數(shù)會滯后，具體的功率因數(shù)取決于實際的補償效果，但由于不是供電公司的考核點，可以不做考慮，以110kV或35kV側遠端為準。

以上的參數(shù)調整設置實際上是更改了SVG設備輸出的動態(tài)無功功率，大致簡化計算邏輯如下。①如果 SVG 輸出感性無功電流： 實際輸出無功 = 檢測無功 + 感性無功偏移系數(shù)× 設備容量；②如果 SVG 輸出容性無功電流：實際輸出無功 = 檢測無功 + 容性無功偏移系數(shù) × 設備容量。

在采樣點檢測到的遠端無功的基礎上，還可以根據(jù)現(xiàn)場實際考核點的情況，進行進一步的修正。

4 結束語

SVG遠端協(xié)調補償雙機系統(tǒng)是應對距離較長的輸電線路產生的無功來進行無功再調節(jié)的，在原有的SVG設備上增加高速光纖，并修改相應控制邏輯，同時適應分列運行方式、單母線運行方式和環(huán)網(wǎng)運行方式的新工況，能夠做到無功補償點的位置和電費考核點的位置一致，保證將電費考核點的無功補償為0，由于是SVG雙機協(xié)調補償，可以真正提高電費考核點的功率因數(shù)，最終不會被電網(wǎng)公司征收功率因數(shù)調整電費，減少企業(yè)的運營成本。

表2 SVG雙機遠端協(xié)調補償事件邏輯真值表

表3 SVG雙機遠端協(xié)調補償事件邏輯真值表

當壓氣站處于環(huán)網(wǎng)供電結構下，SVG無功補償遠端協(xié)調系統(tǒng)要對兩條距離較長的輸電線路產生的無功進行無功再調節(jié)，同時平衡環(huán)網(wǎng)功率或越站功率，在原有的SVG無功補償策略上增加再調節(jié)策略，并修改相應控制邏輯，該再調節(jié)策略要根據(jù)不同的壓氣站現(xiàn)場進行調整，同時整個無功補償策略要適應環(huán)網(wǎng)供電結構的無功補償，也要適應壓氣站分列運行方式下的無功補償，并做到無功補償點的位置和電費考核點的位置一致，保證將電費考核點的無功補償為0，同時考慮SVG雙機互為備用的補償機制，才可以真正提高電費考核點的功率因數(shù)，最終不會被電網(wǎng)公司征收功率因數(shù)調整電費，減少企業(yè)的運營成本。