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110kV变电站无功补偿电容器组配置探讨
作者：李国栋
来源：《中国科技纵横》2016年第17期
【摘 要】 为提高变电站运行稳定性与可靠性，在建设阶段多针对110kV变电站10kV低压侧安装并联电容器组，来满足电网对无功功率的要求。此种设计方法，一方面可以降低无功补偿装置造价投入，另一方面可以按照分层分区平衡原则对35kV侧负荷无功补偿进行优化，由下一级变电站来进行补偿。但是随着电力系统的发展，仅仅在低压侧安装无功补偿装置逐渐不能满足实际运行需求，需要对无功补偿电容器组配置方式做更进一步的分析。本文将110kV变电站作为对象，分析了无功补偿电容器组配置方式。 【关键词】 110kV变电站 无功补偿 配置优化
对变电站安装无功补偿电容器组，对提高变电站运行效率，降低主变能耗具有重要意义。但是现在变电站运行负荷不断增加，如果还是选择原来低压侧安装补偿装置的方法，已经不能满足变压器高压侧对功率因数的要求。为实现节能降耗目的，需要对无功补偿电容器组的配置方式进行优化，例如将其安装在中压测可以降低主变约1/3无功损耗，且可以保证电网安全可靠的运行。
1 变电站无功补偿电容器组设计
很多变电站建设时，均是将高压并联电容器安装在变压器主要负荷侧，且存在部分220kV变电站将无功补偿装置设置在中压侧。例如东北地区220kV变电站，对变电站无功补偿装置方案进行了调整，选择将电容器设置在变压器主要负荷66kV侧，将变压器第三绕组，更改为Y/△双绕组，这样既可以降低设备运行损耗，同时还能够降低变电站接线难度。如果选择将无功补偿电容组设置在110kV站中压侧，需要确定设计要点，精确就计算各项损耗，重视建模理论与实地测量两个方面，保证设置方案具有高适用性，对110kV三绕变压器、低压侧不同负荷情况的无功补偿方案进行优化，全面满足变电站实际运行需求[1]。 2 变电站无功补偿电容器组配置要点 2.1 工程概述
以某110kV变电站为例，对其无功补偿电容器组配置设计进行分析。变电站所处位置，电网主要存在5次以上谐波，且10kV母线分裂运行时最大三相短路电流为19.2kA[2]。在对无功补偿电容器组配置方案设计时，需要以变电站实际负荷状态为依据，从较轻负荷与较大负荷两个方面着手。 2.2 配置分析
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2.2.1 较轻负荷
按照负荷为30000kW计算，按照专业规定，100VA及以上高压供电电力用户，要求高峰负荷阶段功率因数在0.95以上，且一般用户在高峰负荷阶段功率因数应在0.9以上[3]。另外，对于35～220kV变电站无功补偿设备，应能够随负荷变化自动投切，且在变压器最大负荷时，电力系统一次侧功率因数在0.95以上，而低谷负荷功率因数小于0.95。这样如果将负荷功率因数cosΦ1=0.9，补偿一次后侧功率因数cosΦ2=0.95。基于此进行计算分析： （1）负荷所需补偿最大容性无功量：
Qcf，m=Pfm（|tgΦ1|-|tgΦ2|）=30000（|tg（arccos0.9）|-|tg（arccos 9.5）|）=4670kVar 其中，Qcf，m表示负荷补偿所需最大容性无功容量，单位kVar；Pfm表示母线最大有功负荷，单位kW；Φ1表示补偿前最大功率因数角，单位°；Φ2表示补偿后最小功率因数角，单位°。
（2）主变所需补偿最大容性无功量：
其中，QCB，m表示主变所需补偿最大容性无功容量，单位kVar；Im表示装设补偿装置后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值，单位A；Ie表示通过变压器需要补偿一侧额定电流，单位A；I0表示变压器空载电流百分值，单位%；Ud（%）表示需要进行补偿的变压器一侧阻抗电压百分值，单位%。 （3）总补偿容量：
Q=Qcf，m+QCB，m=7555kVar 2.2.2 较大负荷
假设负荷为40000kW，按照专业规定进行分析，要求负荷功率因数cosΦ1=0.9，补偿一次后侧功率因数cosΦ2=0.99。基于此进行计算分析： （1）负荷所需补偿最大容性无功量：
Qcf，m=Pfm（|tgΦ1|-|tgΦ2|）=30000（|tg（arccos0.9）|-|tg（arccos 9.9）|）=9310kVar （2）主变所需补偿容量为： QCB，m=3160kVar （3）总补偿容量：
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Q=Qcf，m+QCB，m=12470kVar 2.3 选择电抗率
在变电站正常运行过程中，为更好的适应电力系统无功功率以及电压变化，需要持续对电容器组进行操作，在设置的无功补偿电容器组正常接入电网运行后，会产生幅值大且频率高的冲击合闸涌流。总结以往经验来看，涌流持续时间一般在10ms以内。为限制涌流的产生，需要采取措施进行处理，如对电容器回路设置串联电抗器，或者对开关设置并联电阻等。另外，对电网中谐波进行分析，按照专业规范要求，为有效抑制谐波问题，可以将电抗率设置在4.5～5%，能够抑制5次及以上谐波。对于部分变电站会选择将电抗率控制在6%，这样虽然能够有效抑制5次及以上谐波，但同时也会增大3次谐波放大几率。这样为有效抑制3次谐波，可以选择在变压器低压侧进行三角接线，将对称3次谐波平衡掉，但是依然会存在不对分3次谐波进入到系统内，影响运行效果。 3 结语
对变电站无功补偿电容器组配置方式进行研究，需要基于变电站实际建设情况，来确定补偿容量，并以此为依据确定电容器机组配置方式，争取提高变电站运行稳定性，降低变压器运行能耗。 参考文献：
[1]陈拓新，徐玉琴，张丽.110kV变电站无功补偿电容器组优化设计[J].江西电力，2011（06）：25-28.
[2]方翠.110kV变电站无功补偿电容器组配置分析[J].低碳世界，2015（35）：9-10. [3]卢奕城，王素英.深圳110kV变电站无功补偿配置研究[J].中国高新技术企业，2014（23）：146-147.