陸丹丹，夏紅光，鐘宇軍，李 程，方嬋暢

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316021）

春節(jié)低負(fù)荷時(shí)期電網(wǎng)無(wú)功倒送問(wèn)題的分析與應(yīng)對(duì)

陸丹丹，夏紅光，鐘宇軍，李 程，方嬋暢

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316021）

海纜線路的充電功率會(huì)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功平衡產(chǎn)生一定的影響，針對(duì)2016年春節(jié)低負(fù)荷時(shí)期舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)發(fā)生的220 kV側(cè)無(wú)功倒送現(xiàn)象，對(duì)該供區(qū)無(wú)功平衡進(jìn)行計(jì)算分析，闡述無(wú)功倒送發(fā)生的原因。對(duì)蓬萊供區(qū)2017年無(wú)功平衡情況進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)2017年春節(jié)低負(fù)荷時(shí)期可能發(fā)生的無(wú)功倒送問(wèn)題，提出無(wú)功配置方案的改進(jìn)建議，通過(guò)分析研究，提出了“十三五”期間蓬萊供區(qū)感性無(wú)功補(bǔ)償配置方案。

海纜線路；充電功率；無(wú)功平衡；感性無(wú)功補(bǔ)償

0 引言

浙江舟山地區(qū)具有獨(dú)特的海島地理環(huán)境，島嶼之間變電站多使用海底電纜供電。由于海纜具有較大的充電電容，相同長(zhǎng)度和電壓等級(jí)的海纜比架空線路產(chǎn)生的無(wú)功充電功率更大。220 kV蓬萊變電站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)蓬萊變）大量采用海纜對(duì)周邊島嶼的110 kV變電站供電，產(chǎn)生的充電功率對(duì)蓬萊供區(qū)的無(wú)功平衡造成了一定的影響。特別是在春節(jié)輕負(fù)荷時(shí)期，電力負(fù)荷水平比較低，更加無(wú)法消納海纜線路產(chǎn)生的充電功率，系統(tǒng)電壓普遍偏高，電纜充電功率對(duì)全網(wǎng)無(wú)功平衡影響尤為突出。根據(jù)舟山調(diào)度數(shù)據(jù)顯示，2016年春節(jié)低谷負(fù)荷期間，蓬萊供區(qū)曾發(fā)生主變壓器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)主變）低壓側(cè)向220 kV高壓側(cè)倒送無(wú)功現(xiàn)象，同時(shí)220 kV蓬萊變主變高壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.99。

根據(jù)SD 325-89《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功技術(shù)導(dǎo)則》（試行），220 kV變電站在切除并聯(lián)電容器后，其一次母線功率因數(shù)高于0.98時(shí)，應(yīng)設(shè)并聯(lián)電抗器。因此，有必要對(duì)2016年春節(jié)期間發(fā)生的無(wú)功倒送現(xiàn)象進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)2017年春節(jié)低谷期間及“十三五”期間舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)無(wú)功平衡情況進(jìn)行分析，并提出合理的電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償配置方案。

1 無(wú)功平衡計(jì)算

1.1 主變損耗

變壓器的無(wú)功損耗是電網(wǎng)中主要的無(wú)功負(fù)荷，一般約占變壓器額定容量的10%～20%，主要包括空載勵(lì)磁無(wú)功損耗和負(fù)荷電流通過(guò)漏抗產(chǎn)生的無(wú)功損耗。220 kV變電站為三圈變，若以ST1，ST2，ST3表示通過(guò)變壓器三側(cè)的功率，忽略變壓器空載有功損耗時(shí)，近似計(jì)算變壓器的無(wú)功損耗QT為：

式中：SN為變壓器額定容量；QZT，QYT分別為變壓器阻抗無(wú)功損耗和變壓器勵(lì)磁支路無(wú)功損耗；Ud1%，Ud2%，Ud3%分別為變壓器高、中、低壓側(cè)繞組阻抗百分?jǐn)?shù)。

1.2 海纜充電功率計(jì)算

海纜的充電功率與海纜型號(hào)、電壓等級(jí)以及導(dǎo)線截面都有關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，蓬萊供區(qū)主要使用110 kV海纜線路，電纜型號(hào)為單芯HYJQ41，導(dǎo)線截面為630 mm2和500 mm2。單位長(zhǎng)度海纜線路的充電功率計(jì)算公式如下：

式中：QC為海纜充電功率；XC為海纜容性電抗；f為系統(tǒng)頻率；c為海纜計(jì)算電容；UC為系統(tǒng)平均電壓，根據(jù)舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)的實(shí)際運(yùn)行情況，取115 kV。

表1為不同截面的單芯110 kV海纜參數(shù)，根據(jù)式（2）計(jì)算得到的單位長(zhǎng)度不同導(dǎo)線截面的海纜線路的充電功率見(jiàn)表2。

表1 單芯110 kV海底電力電纜參數(shù)

表2 不同截面110 kV電纜充電功率計(jì)算值

2 無(wú)功倒送原因分析

目前，蓬萊供區(qū)有220 kV蓬萊變1座，主變?nèi)萘?×180 MVA，220 kV架空出線2回，海纜線路6回（架空線路損耗不作統(tǒng)計(jì)），其中導(dǎo)線截面630 mm2海纜線路80.4 km，導(dǎo)線截面500 mm2海纜線路34 km。220 kV蓬萊供區(qū)配置電抗器容量為72 Mvar，詳見(jiàn)表3。

根據(jù)舟山電網(wǎng)電力調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，2016年春節(jié)低谷時(shí)期，蓬萊供區(qū)發(fā)生了無(wú)功向主變220 kV側(cè)倒送的現(xiàn)象，首先通過(guò)計(jì)算分析這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

表3 220 kV蓬萊供區(qū)電抗器配置情況

（1）根據(jù)變電站實(shí)際運(yùn)行情況，2016年春節(jié)低負(fù)荷時(shí)期，高壓側(cè)負(fù)荷為24 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷分別16.8 MW和7.2 MW；預(yù)計(jì)2016年夏季高峰負(fù)荷時(shí)期，蓬萊變高壓側(cè)負(fù)荷為165 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷分別115 MW和49.5 MW。

（2）2016年春節(jié)期間，蓬萊供區(qū)有海纜線路4回，其中導(dǎo)線截面為630 mm2海纜線路66 km，截面為500 mm2海纜線路34 km，計(jì)算得到蓬萊供區(qū) 110 kV海纜線路產(chǎn)生的充電功率為80.4 Mvar；2016年4月，蓬萊供區(qū)新增110 kV變電站1座，新增導(dǎo)線截面為630 mm2海纜線路14.4 km，計(jì)算得到2016年夏季高峰負(fù)荷期間蓬萊供區(qū)110 kV海纜產(chǎn)生的充電功率為92.4 Mvar。

（3）根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》，35～220 kV變電站中，在主變最大負(fù)荷時(shí)，一次側(cè)功率因數(shù)不應(yīng)低于0.95；在低谷負(fù)荷時(shí)，功率因數(shù)不應(yīng)高于0.95。蓬萊供區(qū)充電功率比較大，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，蓬萊變高壓側(cè)功率因數(shù)在高峰和低谷期間都比較高，在0.99左右。在無(wú)功平衡時(shí)要計(jì)入蓬萊變向各110 kV變電站、35 kV側(cè)提供的無(wú)功容量，對(duì)此在平衡中考慮為：高峰負(fù)荷方式，負(fù)荷側(cè)（蓬萊變110 kV和35 kV側(cè)）功率因數(shù)取0.95～0.98；低谷負(fù)荷方式，功率因數(shù)取0.92～0.95。

計(jì)算后，整個(gè)蓬萊供區(qū)無(wú)功平衡見(jiàn)表4，平衡中忽略了系統(tǒng)的有功損耗及線路無(wú)功損耗。

計(jì)算表明，在低負(fù)荷時(shí)期，蓬萊供區(qū)主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷水平低，負(fù)荷所需的無(wú)功容量比較低，主變無(wú)功損耗也較小，因此無(wú)法更多地消納海底電纜產(chǎn)生的容性無(wú)功，更易發(fā)生無(wú)功倒送現(xiàn)象。2016年春節(jié)低谷負(fù)荷時(shí)期，蓬萊供區(qū)產(chǎn)生72～74 Mvar的容性無(wú)功，蓬萊供區(qū)電抗器配置容量為72 Mvar，因此可能產(chǎn)生1～2 Mvar的無(wú)功倒送，計(jì)算結(jié)果與舟山電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示的2016年春節(jié)期間蓬萊供區(qū)主變倒送約3 Mvar無(wú)功的情況基本吻合；2016年夏季高峰期間，蓬萊供區(qū)新增14.4 km海纜，海纜線路充電功率增大，主變無(wú)功損耗也增大，蓬萊供區(qū)產(chǎn)生50～70 Mvar的容性無(wú)功，未發(fā)生無(wú)功倒送現(xiàn)象。

表4 蓬萊供區(qū)2016年無(wú)功平衡Mvar

3 蓬萊供區(qū)無(wú)功配置方案

對(duì)2017年蓬萊供區(qū)無(wú)功平衡情況進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償措施，以防止2017年春節(jié)低谷負(fù)荷時(shí)期無(wú)功倒送現(xiàn)象的再次發(fā)生。

2017年春節(jié)低谷期間，蓬萊供區(qū)無(wú)新增電網(wǎng)項(xiàng)目投運(yùn)。預(yù)計(jì)2017年春季低谷期間，高壓側(cè)負(fù)荷為30 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷分別21 MW和9 MW；2017年高峰負(fù)荷期間，高壓側(cè)負(fù)荷為180 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷分別126 MW和54 MW。蓬萊供區(qū)采取無(wú)功補(bǔ)償措施后，蓬萊變高壓側(cè)功率因數(shù)控制在0.98，高峰負(fù)荷方式110 kV側(cè)、35 kV側(cè)功率因數(shù)取0.95～0.98，低谷負(fù)荷方式，功率因數(shù)取0.92～0.95。

2017年春節(jié)低谷時(shí)期和夏季高峰時(shí)期的無(wú)功平衡情況見(jiàn)表5。

2017年高峰負(fù)荷時(shí)期，蓬萊供區(qū)可能會(huì)產(chǎn)生54～77 Mvar的無(wú)功；2017年春節(jié)低谷負(fù)荷時(shí)期，蓬萊供區(qū)可能產(chǎn)生84～87 Mvar的容性無(wú)功，根據(jù)目前蓬萊供區(qū)的電抗器配置情況，建議至少還需增加15 Mvar的容量電抗器。

“十三五”末期，蓬萊變將擴(kuò)建1臺(tái)主變，屆時(shí)，蓬萊變主變?nèi)萘繛?×180+240 MVA。蓬萊供區(qū)將新增110 kV變電站1個(gè)，新增導(dǎo)線截面為500 mm2的海纜線路1回，長(zhǎng)度34 km，新增導(dǎo)線截面為630 mm2的海纜2回，長(zhǎng)度為8 km，計(jì)算得到海纜充電功率為124.1 MVar；預(yù)計(jì)2020年夏季高峰期間，高壓側(cè)負(fù)荷為250 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷分別175 MW和75 MW，2020年春節(jié)低谷負(fù)荷為45 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負(fù)荷分別31.5 MW和13.5 MW?！笆濉焙笃谂钊R供區(qū)無(wú)功平衡情況如表6所示。

表5 蓬萊供區(qū)2017年無(wú)功平衡Mvar

表6 蓬萊供區(qū)2020年無(wú)功平衡Mvar

計(jì)算表明，在2020年高峰負(fù)荷時(shí)期，蓬萊供區(qū)可能會(huì)產(chǎn)生75～106 Mvar的無(wú)功；負(fù)荷低谷期間，蓬萊供區(qū)可能會(huì)產(chǎn)生111～115 Mvar的無(wú)功，按照目前蓬萊供區(qū)容量72 Mvar的電抗器配置情況，“十三五”期間，蓬萊供區(qū)至少還需配置43 Mvar容量的電抗器。

4 結(jié)論

對(duì)于海纜線路產(chǎn)生的容性無(wú)功，一部分可通過(guò)線路末端電力負(fù)荷來(lái)消納，另一部分通過(guò)變壓器運(yùn)行時(shí)的無(wú)功損耗來(lái)消納。但是在輕負(fù)荷時(shí)期（比如春節(jié)低谷時(shí)期），負(fù)荷急劇降低，居民負(fù)荷占比升高，無(wú)功需求減少，導(dǎo)致海纜線路產(chǎn)生的無(wú)功無(wú)法被消納，且由于變壓器在輕載運(yùn)行狀態(tài)下，無(wú)功損耗也變小，因此在海纜線路產(chǎn)生的充電功率沒(méi)辦法被消納的情況下，導(dǎo)致了線路末端電壓升高，從而進(jìn)一步導(dǎo)致海纜線路充電功率的增大。因此在變電站設(shè)計(jì)中，要以節(jié)假日輕負(fù)荷時(shí)期的數(shù)據(jù)為依據(jù)，充分考慮電纜充電功率的影響，提高感性無(wú)功補(bǔ)償裝置配置的準(zhǔn)確性。

目前，舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)已發(fā)生感性無(wú)功補(bǔ)償裝置配置不足的問(wèn)題，到2017年春節(jié)前，蓬萊供區(qū)至少需要增加15 Mvar的電抗器； “十三五”期間，隨著新建變電站的投入，海纜線路進(jìn)一步增多，海纜充電功率進(jìn)一步增大，將需配置至少43 Mvar感性無(wú)功補(bǔ)償裝置。

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（本文編輯：徐 晗）

Analysis and Treatment of Inverse Reactive Power Feeding of Power Grid in Low-load Period during Spring Festival

LU Dandan，XIA HongGuang，Zhong Yujun，LICheng，F(xiàn)ANG Chanchang
（State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan Zhejiang 316021，China）

∶Charging power of submarine cable has impact on reactive power balance of power grid.On the basis of inverse reactive power feeding from 220 kV side in Penglai power supply area of Zhoushan power grid during low load in Spring Festival of 2016，reactive power balance in the area is calculated and analyzed，and the causes are expounded.Furthermore，reactive power balance in the area is calculated.For the potential inverse reactive power feeding during low load in Spring Festival of 2017，improvement of reactive power configuration scheme is proposed；through analysis and discussion，a configuration scheme for inductive reactive power compensation in Penglai power supply area during"the 13th Five-year Plan".

∶submarine cable；charging power；reactive power balance；inductive reactive power compensation

.201704007

1007-1881（2017）04-0027-04

TM714.3

B

2016-11-24

陸丹丹（1987），女，工程師，主要從事電力規(guī)劃工作。