高紅專（南瑞（武漢）電氣設(shè)備與工程能效測評中心，湖北武漢 430070）

110kV變電站設(shè)計中無功補(bǔ)償容量計算及選型思路構(gòu)建

高紅專
（南瑞（武漢）電氣設(shè)備與工程能效測評中心，湖北武漢 430070）

由于110kV變電站中巨大部分的負(fù)荷都產(chǎn)生于異步電動機(jī)，所以異步電動機(jī)在運(yùn)行的時候，需要耗費(fèi)很多無功功率，根據(jù)就地補(bǔ)償原則分析，必須在變電位置中裝置無功功率裝置。此種變電設(shè)計中一般使用斷路的順利運(yùn)行。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動下，電力行業(yè)得到了快速發(fā)展，本文主要對變電站設(shè)計中無功補(bǔ)償容量計算和選型思考的構(gòu)建進(jìn)行分析，介紹了在不同情況下無功效補(bǔ)償容量的方法，并針對性的提出一些無功補(bǔ)償容量方案，希望可以給變電行業(yè)的研究提供參考。

變電站 無功補(bǔ)償容量 配置方案

1　110kV變電站加裝無功補(bǔ)償裝置后的重要性

為了保證電力系統(tǒng)在負(fù)荷集中區(qū)域電壓的穩(wěn)定，除了讓電力系統(tǒng)中無功電源產(chǎn)生的無功功率和無功負(fù)荷及無功損耗平衡，還應(yīng)該備用無功功率電源。無功補(bǔ)償?shù)暮侠碓O(shè)置，既可以穩(wěn)定電網(wǎng)功率因素，減少供電變電和輸送線路產(chǎn)生的損耗，還可以穩(wěn)定電網(wǎng)和電源端使用的電壓，對供電質(zhì)量的提升具有很大作用，同時還減少了施工成本。反之，將會出現(xiàn)供電系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定、諧波增大等多種傷害。進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置電網(wǎng)設(shè)計的時候，必須按照全面規(guī)劃、分層分區(qū)補(bǔ)償?shù)仍瓌t，合理確定補(bǔ)償容量和分布配置方式。

2　無功補(bǔ)償容量的計算和檢驗(yàn)

無功補(bǔ)償裝置的種類非常多，根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)原則》，現(xiàn)階段，變電站無功補(bǔ)償裝置通常使用并聯(lián)電容組。下面根據(jù)不同要求和作用針對性的提出兩種對無功補(bǔ)償容量計算的方法：

2.1將110kV母線功率因素作為原則計算補(bǔ)償容量

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》和電網(wǎng)配置中的相關(guān)要求發(fā)現(xiàn)，110kV變電站使用的無功補(bǔ)償容量必須按照主變?nèi)萘康?0%左右進(jìn)行配置，而且將變電器高壓部分的因數(shù)控制在0.95以上了，低谷負(fù)荷功率因數(shù)不能高于0.95，系統(tǒng)輕負(fù)荷發(fā)生時，110kV以下變電站的電纜線路如果非常復(fù)雜，可以切除電容組，切除后依然出現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)送無功功率，可以在變電站中、低壓母線等位置安裝并聯(lián)電容器。

通常情況下，直接供電的公用變電所，最大容性無功量就是母線負(fù)荷所補(bǔ)償?shù)淖畲笕菪詿o功量和主變壓器補(bǔ)償?shù)淖畲笕菪灾?，表示方式如下所示?/p>

Q=Q1+Q2（Q表示變電站安裝的最大容性無功量；Q1表示負(fù)荷需要補(bǔ)償?shù)淖畲笕菪詿o功量；Q2表示主變壓器需要補(bǔ)償?shù)淖畲笕菪詿o功量。負(fù)荷需要的最大容性無功量如下式所示：（其中P表示母線最大有功負(fù)荷；φ1表示補(bǔ)償前最大功率因素角；φ2表示補(bǔ)償后最小功率因素角。主變壓器產(chǎn)生的最大容性無功量如下式所示：

其中Ud代表進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖儔浩饕粋?cè)電壓百分?jǐn)?shù)值；Im表示母線完成裝設(shè)補(bǔ)償后，使用變壓器得到的一側(cè)最大負(fù)電流數(shù)值；Id代表變壓器需要進(jìn)行補(bǔ)償時，一側(cè)額定電流數(shù)值（A）；Io表示變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)值；Se表示變壓器需要補(bǔ)償時，額定電量（kVA）。

2.2按照變電器輸出的恒定電壓對無功補(bǔ)償容量進(jìn)行選擇

使用110kV的用戶都必須使用專用的變電站而且都是兩繞變壓器，如果負(fù)荷電壓不能滿足要求，就必須進(jìn)行橫調(diào)壓。無功補(bǔ)償電容中最小容量按小負(fù)荷退出，進(jìn)行最大負(fù)荷選擇時，可以根據(jù)電壓比決定，簡而言之，在最小負(fù)荷時，將變壓器電壓比k數(shù)值確定出來，然后分別得出高側(cè)分接頭電壓：其中，U`2min表示最小負(fù)荷對高壓側(cè)母線電壓的計算；U2N是最小低壓繞組額定電壓；U2min表示用戶需要的母線電壓。根據(jù)相關(guān)分析得出，分接頭電壓數(shù)值選取與分接頭比較類似。K=（1+接頭值）×U1N/U2N，其中U1N表示高壓接頭繞組產(chǎn)生的額定電壓。補(bǔ)充容量可以表示為：

其中U`2max表示最大負(fù)荷算到高壓側(cè)低壓母線電壓；X表示電源側(cè)等值電抗；U2Cmax表示需要最大負(fù)荷時，產(chǎn)生的低壓母線電壓。

3　建立無功補(bǔ)償裝置配置方案

可以將110kV電路使用的無功補(bǔ)償裝置安裝在主要負(fù)荷上，使用斷路器投切并聯(lián)用戶容器裝置滿足終端和用戶轉(zhuǎn)變的無功補(bǔ)償。平時常用的并聯(lián)電容器可以按照結(jié)構(gòu)劃分為集合式和框架式。由于集合電容器體積非常大，所以，比較適合戶外安裝。110kV電路用戶進(jìn)化成那個框架式模式，電容器內(nèi)部裝置由隔離開關(guān)、電抗器、放電線圈、鐵構(gòu)件、保護(hù)網(wǎng)和避雷器等組成。

進(jìn)行電容器補(bǔ)償裝置設(shè)計的時候，必須先對系統(tǒng)非線性設(shè)備中總?cè)萘縌和系統(tǒng)設(shè)備中總?cè)萘縋的比例關(guān)系進(jìn)行分析，然后再選擇無功補(bǔ)償采用的形式。如果Q小于P的20%，可以將無功補(bǔ)償控制為純電容標(biāo)準(zhǔn)型；如果Q大于P的20%同時小于50%P，則將無功補(bǔ)償使用串聯(lián)電抗器進(jìn)行連接；如果Q大于P的50%，濾波型是無功補(bǔ)償?shù)幕绢愋汀?/p>

選擇電容器的時候，必須對諧波含量進(jìn)行預(yù)測，然后再確定電抗率K值。如果只需要限制合閘涌流，可以使用0.1-1%的電抗率的阻尼電抗器。如果抑制五次之上，諧波電壓依然放大，可以使用電抗率在4.5%-5%的電抗器；如果電網(wǎng)諧波出現(xiàn)三次含量較大，剩余較小，可以使用電抗率在12%的電抗器。同時使用后置方式布置電抗器，鐵芯電抗器適合戶內(nèi)框架式電容組配置，戶外電容器使用空芯電抗器。

一般將選取C2級真空斷路器作為投切電容器中的斷路器使用，同時斷路器必須具備頻繁的操作性能；分、合閘的時候，觸頭彈跳不能高于限定數(shù)值，開斷時不會發(fā)生重?fù)舸豢梢猿惺茈娙萜麝P(guān)閉涌流、電路短路電流、電容器高頻涌流等狀況使用。使用過并聯(lián)電容器操作的電壓保護(hù)避雷箱必須使用無空隙金屬氧化物進(jìn)行避雷操作。

4　結(jié)語

本文主要分析了110kV電路設(shè)計中無功補(bǔ)償容量計算和選型思路構(gòu)建，對無功補(bǔ)償設(shè)計的重要性等做了詳細(xì)闡述。變電站進(jìn)行運(yùn)行的時候，由于負(fù)荷特性的變化會出現(xiàn)諧波大小和含量的變化，所以可以利用對諧波含量的控制進(jìn)行分組投切。

［1］張利生.電網(wǎng)無功控制與無功補(bǔ)償［J］.中國電力出版社，2014，（05）.

［2］陳祖宏.110kV變電站設(shè)計中無功補(bǔ)償容量計算及選型分析［J］.低碳世界，2015，（10）.

［3］曹小鵬.110kV張梁變電站工程設(shè)計及應(yīng)用研究［J］.西安科技大學(xué)，2014，（06）.

高紅專（1977—），男，湖北漢川人，研究生，工程師，電網(wǎng)節(jié)能、電能質(zhì)量監(jiān)測與控制。