變電站無(wú)功平衡計(jì)算和分析

1、變電站無(wú)功平衡的計(jì)算和分析0引言：1、在近幾年的輸變電工程設(shè)計(jì)中，我院曾遇到過(guò)不少無(wú)功補(bǔ)償配置的問(wèn)題，例如：220kV光孝、觀橋站（電纜出線）；220kV神光山站（鄰近大電廠）；220kV封開(kāi)站、110kV大灣站（水電上網(wǎng)）等。2、通過(guò)這次會(huì)議，介紹一些無(wú)功計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)希望通過(guò)會(huì)上討論，解決現(xiàn)有的一些懸而未決的問(wèn)題，統(tǒng)一無(wú)功計(jì)算的模板，為日后工程設(shè)計(jì)提供便利。1 概況1、電壓是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行水平的重要指標(biāo)，網(wǎng)損是電網(wǎng)主要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。無(wú)功平衡做得好可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和效率，并通過(guò)無(wú)功功率的最優(yōu)分配降低系統(tǒng)有功網(wǎng)損。無(wú)功管理可以改善電壓質(zhì)量，減少由于電壓引起的系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

2、。2、根據(jù)電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則（試行），電力系統(tǒng)的無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷，在高峰或低谷時(shí)都應(yīng)采用分（電壓）層和分（供電）區(qū)基本就地平衡的原則進(jìn)行配置和運(yùn)行，并應(yīng)具有靈活的無(wú)功電力調(diào)節(jié)能力與檢修備用。因此，500kV與220kV電網(wǎng)層間，應(yīng)提高運(yùn)行功率因素，甚至不能交換無(wú)功。500kV電網(wǎng)的受端系統(tǒng)，其配套安裝的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是分別安裝在其供電的220kV及以下變電站中就地平衡的。3、無(wú)功平衡的分類：A、針對(duì)全網(wǎng)的地區(qū)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償（優(yōu)化）研究（例如：梅州電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃研究報(bào)告）：常規(guī)模型：選擇考慮無(wú)功設(shè)備投資和系統(tǒng)有功網(wǎng)損的綜合費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù)，即： (1-1) 其中，為修正后的有功電價(jià)

3、（元/MWh）；為全網(wǎng)的年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)；Y為補(bǔ)償設(shè)備的使用年限；為正常狀態(tài)下系統(tǒng)總的有功損耗（標(biāo)幺值）；是待裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的數(shù)目；為第個(gè)可能補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)補(bǔ)償設(shè)備的經(jīng)過(guò)修正的單位容量的價(jià)格（元/MVar）；為待安裝的電容器容量（標(biāo)幺值）；為基準(zhǔn)功率（MVA）。對(duì)于節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，正常運(yùn)行狀態(tài)下的潮流方程為： (1-2) 正常運(yùn)行狀態(tài)下的不等式約束 (1-3) 為平衡節(jié)點(diǎn)編號(hào) B、針對(duì)變電站的無(wú)功平衡的工程實(shí)用計(jì)算，假設(shè)在極限情況下，變電站負(fù)荷最大（主變?nèi)萘?00%負(fù)荷）情況下，需要配置最大的電容器組，使高壓側(cè)母線電壓和功率因素滿足相關(guān)規(guī)定；同時(shí)在變電站負(fù)荷最?。僭O(shè)為主變?nèi)萘?0%-30%負(fù)荷）情況

4、下，需要配置多少的并聯(lián)電抗器組，使高壓側(cè)母線電壓和功率因素滿足相關(guān)規(guī)定。本文著重討論220kV及以下電壓等級(jí)的變電站內(nèi)配置的無(wú)功補(bǔ)償容量的工程實(shí)用計(jì)算方法。2 無(wú)功補(bǔ)償基本要求根據(jù)電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則（試行）規(guī)定，220kV及以下電壓等級(jí)的變電站中，應(yīng)根據(jù)需要配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其容量可按主變壓器容量的0.1-0.3倍確定。在主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其二次側(cè)功率因素不小于表1中所列數(shù)值，或者由電網(wǎng)供給的無(wú)功功率與有功功率比值不大于表1所列數(shù)值。表1 220kV及以下變電站二次側(cè)功率因素規(guī)定值 電壓等級(jí)220kV35-110kV功率因素0.95-1(0.98)0.9-1(0.95)由電網(wǎng)供給

5、的無(wú)功功率/有功功率0.33-00.48-02-1 針對(duì)110kV變電站的無(wú)功配置容量根據(jù)廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則（2005-2009年）：1、 普通變壓器：無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量可按主變壓器容量的0.2倍確定；2、 高阻抗變壓器：無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量可按主變壓器容量的0.25-0.3倍確定；(一般現(xiàn)在采用的都是高阻抗變壓器) 根據(jù)廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則（2010年）P29頁(yè)，2010-11-19引發(fā)版本沒(méi)有110kV電容器容量具體規(guī)定，但提出“變電站低壓電容器補(bǔ)償按補(bǔ)償主變損耗、留足備用的原則配置。單臺(tái)變壓器的低壓電容器單組不超過(guò)6Mvar，組數(shù)不超過(guò)3組。”根據(jù)南方電網(wǎng)變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（2009細(xì)化

6、方案）的電氣一次圖，當(dāng)時(shí)50MVA主變配2*5Mvar電容，63MVA主變配2*8Mvar電容。2-2 針對(duì)220kV變電站的無(wú)功配置容量（廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則（2010年）P26）2-3 電網(wǎng)的功率因素要求（摘自廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則（2009年）-摘自電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則（試行）電力用戶的功率因素應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定值：1）高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的用戶功率因素在0.90以上；2）其他110kVA（kW）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站，功率因素應(yīng)在0.85以上；3）躉售和農(nóng)業(yè)用戶的功率因素應(yīng)在0.80以上。 發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)(遲相)值，應(yīng)根據(jù)電力系

7、統(tǒng)的要求決定： a.直接接入330500kV電網(wǎng)處于送端的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，一般選擇不低于0.9；處于受端的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，可在0.850.9中選擇。 b.直流輸電系統(tǒng)的送端發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，可選擇為0.85；交直流混送的可在0.850.9中選擇。c.其它發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)可按0.80.85選擇。2-4 單組無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切的電壓波動(dòng)要求變電站的并聯(lián)電容器組，應(yīng)具備自動(dòng)投切功能，以維持二次母線的功率因素在規(guī)定范圍內(nèi)變化。（變電站綜合自動(dòng)化一般自帶有VQC，自動(dòng)檢測(cè)無(wú)功需求，自動(dòng)動(dòng)作投切單組電容）。因此投切電容時(shí)對(duì)電壓波動(dòng)范圍有嚴(yán)格要求。不宜配置單組太大的電容。例如：110kV白沙站的算例：按照以上無(wú)

8、功平衡結(jié)果，為每臺(tái)主變配置2組7MVar，單組電容器引起的電壓波動(dòng)率為：?jiǎn)谓M電容容量/10kV母線三相短路容量，其計(jì)算公式如下： =7/（1.732*10.5*16.89）=2.28%<2.5% ；滿足電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)P244頁(yè)中，投切一組無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備引起所在母線電壓變動(dòng)值不宜超過(guò)額定電壓的2.5%的規(guī)定。3 無(wú)功負(fù)荷220kV變電站的無(wú)功負(fù)荷可以歸納為以下幾種類型： 1）各電壓層的無(wú)功負(fù)荷。根據(jù)導(dǎo)則要求，220kV及以下變電站二次側(cè)和電力用戶的功率因素的基本要求，工程計(jì)算可按功率因素要求值估算該電壓層的無(wú)功負(fù)荷。該類型無(wú)功負(fù)荷包括各電壓等級(jí)用電端的變壓器、輸電線路等設(shè)備的無(wú)功損耗的估算

9、。110kV 負(fù)荷: n%*180*0.8*10kV負(fù)荷: n%*180*0.2*YN,yn0,d11 180/180/60MVA Uk =14% Uk =50% Uk =35%240/240/80MVA Ud =14%. Ud =35%. Ud =21%2）220kV變壓器消耗無(wú)功。變壓器的無(wú)功損耗也是電網(wǎng)中主要的無(wú)功負(fù)荷。它包括兩個(gè)部分，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。變壓器總的無(wú)功損耗功率約占變壓器額定容量的10%-20%。220kV三繞組變壓器等值電路如圖1所示。 Ud1=3）限流電抗器。串聯(lián)在變壓器低壓側(cè)，限制短路電流。說(shuō)明：限流電抗器無(wú)功損耗10kV限流電抗器型號(hào)

10、為：XKK-10.5-4000-8XL%=8%UN=10.5kVIN=4000ASN =240MVA輕載重載39.648MVAI527.86 2639.32 A4無(wú)功電源 220kV變電站的無(wú)功電源主要包括站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、線路充電功率及上級(jí)電網(wǎng)下送的無(wú)功功率等。 A、 輸電線路等效并聯(lián)電容(圖3)的充電功率Qy/2B、實(shí)際工程計(jì)算，輸電線路的無(wú)功電源可參考電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)的單位長(zhǎng)度線路的充電功率值計(jì)算：220kV架空線路段充電功率0.19 Mvar/km220kV電纜線路段充電功率3.89 Mvar/km說(shuō)明：電纜線路充電功率L3U2/XC3×（230/3）2/（1/C）=2302

11、 ×2fCC=0.2341F/km摘自遠(yuǎn)東電纜廠參數(shù)，電纜截面2000mm2一般情況下，線路的充電功率由兩端的變電站各消耗1/2，因此線路長(zhǎng)度一般按全線的1/2計(jì)算。但也要考慮對(duì)側(cè)站點(diǎn)的實(shí)際情況，當(dāng)對(duì)側(cè)是發(fā)電廠或一些老舊站點(diǎn)，可以判斷不會(huì)再裝設(shè)電抗器的情況下，應(yīng)考慮全線充電功率由本站消耗，線路長(zhǎng)度按全線計(jì)算。110kV架空線路段充電功率0.034 Mvar/km110kV電纜線路段充電功率0.99 Mvar/km說(shuō)明：電纜線路充電功率L3U2/XC3×（115/3）2/（1/C）=1152 ×2fCC=0.2379F/km上海藤倉(cāng)電纜廠參數(shù),電纜截面1000mm2

12、5變電站無(wú)功功率平衡算例分析 表4-1 220kV光孝站可研建設(shè)規(guī)模項(xiàng) 目變電站工程建設(shè)規(guī)模本期遠(yuǎn)期1、主變壓器2×240MVA4×240MVA2、220kV出線6回6回3、110kV出線7回14回4、10kV出線20回30回5、并聯(lián)電容器2×（5×8）Mvar4×（5×8）Mvar6、并聯(lián)電抗器2×（1×10）Mvar4×（1×10）Mvar表4-2 220kV光孝站初步設(shè)計(jì)建設(shè)規(guī)模項(xiàng)目本期終期主變壓器2×240MVA4×240VA220kV線路6回6回110kV線路7回1

13、4回10kV饋線20回30回并聯(lián)電容器2×（6×10020）kvar4×（6×10020）kvar并聯(lián)電抗器1×8000kvar2×8000kvar5.1 光孝站接入220kV系統(tǒng)方案從500kV西江站新建2回220kV線路至光孝站，再解口220kV洲邊紅星甲、乙線入光孝站，形成光孝站到西江站、洲邊站、紅星站各回，本期共6回220kV出線。架空線路長(zhǎng)度：1、西江-光孝線路長(zhǎng)2×25.1km2、本期解口洲邊-紅星線路長(zhǎng)2×20.5km圖4-1 光孝站本期接入220kV系統(tǒng)方案5.2 光孝站接入110kV系統(tǒng)方案220

14、kV光孝變電站本期工程接入110kV系統(tǒng)方案如下：解口110kV坑田橫江、洞邊橫江線路入本站，形成本站到橫江站2回出線，到坑田站、洞邊站各1回出線。解口籮行金沙線路入本站，形成本站到金沙站1回110kV出線，到籮行站1回110kV出線，并新建一回線路T接至竹丹乙線籮行支線上。本期工程光孝站共形成110kV出線7回。本期線路說(shuō)明遠(yuǎn)期線路說(shuō)明1)光孝-橫江2×0.6km電纜2×10km架空2)光孝-坑田0.8km電纜14km架空3)光孝-洞邊0.8km電纜3km架空4)光孝-金沙5.6km電纜5)光孝-籮行2×8.0km電纜2×1.5km架空1)光孝-橫江2×0.6km電纜2×10km架空2)光孝-坑田0.8km電纜14km架空3)光孝-洞邊0.8km電纜3km架空4)光孝-金沙5.6km電纜5)光孝-籮行2×8.0km電纜2×1.5km架空6)規(guī)劃7回，總長(zhǎng)7×5=35km電纜圖4-2 光孝站本期接入110kV系統(tǒng)方案5.3 光孝站無(wú)功平衡Excel表格的具體應(yīng)用，示例：。ing6總結(jié)1、在系統(tǒng)規(guī)模提資時(shí)，主變規(guī)模、出線、無(wú)功等要花時(shí)間認(rèn)真計(jì)算、校對(duì)、審核，避免返工。2