110kV變電站無功補償裝置設(shè)計淺析

110kV變電站無功補償裝置設(shè)計淺析概要110kV變電站是整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，無功平衡是電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，對無功平衡進行合理控制，有利于電壓質(zhì)量的穩(wěn)定，進而為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供良好的保障。在110kV變電站的運行過程中，無功補償裝置的設(shè)立，應(yīng)該按地區(qū)補償無功負荷，就地補償變壓器的無功損耗。另外，為了確保變電站的穩(wěn)定運行，應(yīng)該對電抗率、無功補償容量以及分組容量進行予以明確。本文對變電一次設(shè)計中無功補償?shù)脑O(shè)計選型進行了簡要分析。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無功補償；設(shè)計110kV變電站加裝無功補償裝置的重要性電網(wǎng)系統(tǒng)用電設(shè)備產(chǎn)生的無功功率需要與系統(tǒng)中的無功負荷與無功損耗相平衡，為了保證負荷集中地區(qū)供電電壓穩(wěn)定，在變電站設(shè)置合理的無功補償裝置是必要的。設(shè)置無功補償裝置，既可以穩(wěn)定電網(wǎng)功率因素，減少供電變電和輸送環(huán)節(jié)產(chǎn)生的損耗；同時，還可以穩(wěn)定電網(wǎng)和用戶端使用電源的電壓，提高供電質(zhì)量。如果不設(shè)置無功補償裝置，將導(dǎo)致供電系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定、諧波增大等多種危害。無功補償?shù)脑O(shè)計要點根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)要求，在進行無功補償裝置設(shè)計時必須遵循以下設(shè)計原則：(1)按照全面規(guī)劃、分層分區(qū)補償?shù)仍瓌t，合理確定補償容量和分布配置方式。(2)首先要了解系統(tǒng)的非線性設(shè)備總?cè)萘縌與系統(tǒng)設(shè)備總?cè)萘縋的比例關(guān)系來決定采取哪種形式無功補償。(3)將110kV母線功率因素作為原則計算補償容量，110kV變電站使用的無功補償容量必須按照主變?nèi)萘康?0%左右進行配置，而且將變電器高壓部分的因數(shù)控制在0.95以上，低谷負荷功率因數(shù)不能高于0.95。無功補償裝置設(shè)計選型無功補償裝置的種類很多，目前電力網(wǎng)中通常采用以下三種無功補償形式：①在變電站低電壓側(cè)中設(shè)置并聯(lián)電容器進行集中補償；②在饋出線的用戶端開閉所內(nèi)裝置并聯(lián)電容器進行分組補償；③在用戶端感性負載部位裝置并聯(lián)電容器進行就地補償。集中補償與分組補償兩種類型的容量小、運用率較高，能補償變電器及并聯(lián)配電線路中的無功功率等優(yōu)點。根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)要求，110kV變電站無功補償裝置一般選用并聯(lián)電容器組進行集中補償。無功補償裝置的容量確定(1)變電站安裝的最大容性無功量確定根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》及南方電網(wǎng)相關(guān)標準規(guī)范要求，通常情況下，對于直接供電的公用變電所，安裝的最大容性無功量應(yīng)等于裝置所在的母線負荷按照提高功率因數(shù)所需補償?shù)淖畲笕菪詿o功量和主變壓器所需補償?shù)淖畲笕菪詿o功量（即變壓器的無功損耗）之和，表示方式如公式（1）所示：Q=Q1+Q2（1）Q：代表變電站安裝的最大容性無功量；Q1：代表負荷所需補償?shù)淖畲笕菪詿o功量；Q2：代表主變壓器所需補償?shù)淖畲笕菪詿o功量。負荷所需補償?shù)淖畲笕菪詿o功量計算如公式（2）所示：Q1=P(｜tgφ1｜+｜tgφ2｜)

（2）P:代表母線的最大有功負荷；φ1：代表補償前最大功率因數(shù)角；Φ2：代表補償后最小功率因數(shù)角。主變壓器所需補償?shù)淖畲笕菪詿o功量計算如公式（3）所示：Q2=［Ud％(Im／Id)2+Io％］*Se

（3）Ud：代表需要進行補償?shù)淖儔浩饕粋?cè)的阻抗電壓百分值；Im：代表母線裝設(shè)補償裝置后，通過變壓器需要補償一側(cè)的最大負荷電流值(A)；Id：代表變壓器需要補償一側(cè)的額定電流值(A)；Io：代表變壓器空載電流百分值；Se：代表變壓器需要補償一側(cè)的額定容量(kVA)。(2)計算結(jié)果校核及分析以下以廣東潮州110kV新聯(lián)站（2*40MVA)為例來計算及檢驗無功補償容量。表1-1

110kV新聯(lián)站無功平衡表（單位：MVA、Mvar）序號項目輕載（30%SN）重載（90%SN）一主變負荷2472二無功負荷9.2731.701110kV負荷消耗無功6.0017.99210kV負荷消耗無功2.096.283主變勵磁無功損耗0.400.404主變漏抗無功損耗0.787.04三無功電源0.920.921110kV線路充電功率0.450.45235kV線路充電功率0.000.00310kV線路充電功率0.470.47四無功缺額8.3530.78五站內(nèi)無補償設(shè)備時主變110kV側(cè)功率因素0.93750.9040六目標功率因素≤0.95≥0.95七需補償無功功率-0.86-13.28參考上表的無功平衡結(jié)果，110kV新聯(lián)站在輕載和重載情況下，需要補充無功容量分別為0.86Mvar和13.28Mvar。結(jié)合南網(wǎng)《一級采購物資品類優(yōu)化規(guī)格型號清單》，建議每臺主變低壓側(cè)配置（2×5010）kvar的并聯(lián)電容器組，不配置低壓電抗器補償。無功補償裝置配置方案及接線方式(1)無功補償裝置配置方案當Q<20％P時，無功補償可以采用純電容的標準型；當2O％P；當Q>50％P時，無功補償一般采用濾波型。將無功補償裝置安裝在主要負荷側(cè)，無功補償采用斷路器投切的并聯(lián)電容器裝置。常用的并聯(lián)電容器按其結(jié)構(gòu)不同，分為框架式和集合式，無功補償主要采用框架式電容器組，即10kV框架式并聯(lián)電容器成套裝置，包含電抗器、隔離開關(guān)、避雷器、放電線圈、鐵構(gòu)件及保護網(wǎng)。(2)電抗器的選擇在進行電抗器選擇時，應(yīng)先預(yù)測諧波含量來選擇電抗率K。當僅需要限制合閘涌時，宜選用電抗率為0.1～l％的阻尼電抗器。抑制5次及以上諧波電壓放大，宜選用電抗率為4．5～5％的電抗器；當電網(wǎng)3次諧波含量較大、其余諧波含量較小時，采用電抗率為12％的電抗器。電抗器采用后置方式布置，戶內(nèi)框架式電容器組配置鐵芯電抗器．戶外框架式電容器組配置空芯電抗器。用于投切電容器裝置的斷路器一般選用C2級真空斷路器，斷路器應(yīng)具備頻繁操作的性能；分、合閘時觸頭彈跳不應(yīng)大于限定值，開斷時不應(yīng)出現(xiàn)重擊穿；應(yīng)能承受電容器的關(guān)合涌流和工頻短路電流以及電容器高頻涌流的聯(lián)合作用。用于并聯(lián)電容器裝置操作過電壓保護的避雷器，應(yīng)采用無間隙金屬氧化物避雷器。(3)無功補償裝置接線方式通常情況下，并聯(lián)電容補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，星型可進一步分為單星和雙星。目前,在我國的變電站中，大都采用單星形接線方式。(4)并聯(lián)電容器組保護方式在變電站的運行過程中，并聯(lián)電容組的保護包括五個途徑：第一，熔絲保護，當系統(tǒng)因故障而出現(xiàn)較大電壓或電流時，熔絲會因此而斷開，進而完成對整個系統(tǒng)的保護。第二，過電流保護。第三，不平衡電壓保護，這是我國變電站最常用的保護方式，在電容器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)中電容組的三相電容會表現(xiàn)出明顯的不平衡，以此來完成對系統(tǒng)的保護。第四，不平衡電流保護。第五，低電壓保護。結(jié)束語綜上所述，在110kV變電站無功補償電容器組配置中，應(yīng)該通過對無功補償裝置電容量、電抗率等內(nèi)容的計算，判斷設(shè)計是否科學(xué)，是否能夠確保電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，而且，為了進一步提升變電站的穩(wěn)定性，應(yīng)該對變電站作進一步的改進，以完善變電站的無功補償電容器組配置，減少變電站的電能損耗，進而不斷提升變電站的運行效率。參考文獻：[1]賈會龍.無功補