关于110 kV变电站无功补偿的研究

摘要：以110 kV变电站为研究对象，分析了无功补偿配置的原则及安装、布置、电器选择等，希望为适应新形势下电网企业开展的无功补偿工作提供参考。

0 引言

　　无功功率是交流同步电网中最重要的因素之一，它与电网的供电能力、电能质量、网络损耗、安全稳定运行水平等密切相关。实际上电网中多数元件及多数用户都需消耗无功功率，而这部分所需消耗的无功功率只能通过网络途径获得，但无功功率传输又有很多限制条件，这就引出了无功平衡与无功补偿的问题。

1 110 kV电压等级的变电站的无功补偿概述

　　110 kv变电站的容性无功补偿装置一方面应根据主变压器容量来确定，另一方面应坚持以补偿变压器无功损耗为主，兼顾负荷侧的无功补偿为原则。如当主变压器的容量>40 MVA时，容性无功补偿装置的数量要大于2组。对于无功补偿装置的容量的选择一般以20%左右的主变压器容量为依据，综合考虑最小负荷时，变电站的无功补偿需要。

2 110 kV变电站无功补偿研究

　　2.1 无功补偿的总原则

　　无功补偿额定电压应与其接入的各种运行方式下的运行电压相配合，对于实现变电站的就地平衡、减少输电线路路径的网损具有重要意义。总的来说，无功补偿的总原则应坚持：合理选择变电站无功补偿装置的型式;合理选择补偿、控制保护方式;尽量做到运行安全、检修方面等。这就要求在实际安装中要根据安装地点的实际环境、变电站运行工况来决定，并结合施工经验进行科学施工[1]。

　　2.2 变电站内无功补偿装置的选择原则

　　a) 无功补偿装置应优先考虑采用投资省、损耗小、可分组投切的并联电容器和并联电抗器;

　　b) 为满足系统稳定和电能质量要求而需装设静止无功补偿器或静止无功发生器时，应通过技术经济及环境因素等综合比较确定。静止无功补偿器和静止无功发生器能快速调节无功出力，适合于抑制快速变化的负荷所产生的电压波动和闪变，改善系统电压质量和提高电力系统在小干扰和大干扰下的稳定性，但由于装置造价高、损耗大等原因，当需采用静止无功补偿器或静止无功发生器时应作技术经济论证;

　　b) 静止无功补偿器和静止无功发生器的选型应通过技术经济比较和控制补偿目标来确定，对于常规无功缺额，宜采用分组投切并联电容器和电抗器，在输电系统，对于系统电压稳定和抑制系统振荡的要求，宜采用响应速度快的SVC(静止无功补偿器)或STATCOM(静止无功发生器)装置。考虑到经济因素，推荐采用混合式安装，以系统电压波动范围确定SVC或STATCOM中动态补偿容量。在配电和用电系统，侧重电能质量要求，宜采用动态SVC或STATCOM装置，其中SVC的响应时间在2个～3个周波，由于产生谐波较大，需配置滤波器;而STATCOM的响应时间在1个～2个周波，不产生谐波，占地面积较小，成本较高，可根据具体补偿要求确定[2]。

　　由于STATCOM具有快速的无功电流控制和与母线电压无关的电流输出特性，在输电系统，等容量的STATCOM要比SVC更有效地减少既有系统的问题，更好地加强系统的稳态和动态特性，因此含有SVC和STATCOM的综合式静止无功补偿装置可作为一种成本和性能折中的方案;在配电系统STATCOM比SVC在抑制闪变的效果上更加明显，具有更好的电压稳定效果，能更好地节约电弧炉等负荷的运行成本，因此在实际工程中应从投资和收益等角度综合分析。

2.3 装设位置

变电站内用于补偿输电线路充电功率的并联电抗器一般装在主变压器低压侧，需要时也可装在高压侧。并联电抗器装设在高压侧投资较大，且不能像装设在变压器低压侧那样很方便地随负荷变化频繁投切。难以控制低压侧电压，因此电抗器宜首先考虑装设在主变压器低压侧。但当需补偿容量较大，装在低压侧影响到向负荷供电时，也可装在高压侧。

并联电容器装置一般装设在变压器的低压侧，当条件允许时，应装设在变压器的主要负荷侧。据调查，目前国内变电站并联电容器大多装设在低压侧。由于并联电容器装置装设在主变压器的主要负荷侧，可获得最佳的无功补偿效果，因此有条件时应装在主要负荷侧。

2.4 补偿容量

一般110 kV变电站并联电抗器组补偿的目的是补偿电缆线路充电功率，并联电抗器补偿总容量一般要求为线路充电功率总和的100%以上。在变电站投运初期由于负荷较轻，特别是在最小负荷运行方式下，输送容量小，是并联电抗器需要量最大的时期，它决定变电站需装电抗器的总容量。

针对补偿目的，110 kV变电站主变压器低压侧补偿容量一般为主变压器容量的30%以下为宜;对于距电厂较近的变电站，在保证安全、经济合理的前提下可多吸收电厂无功，减少补偿容量，节省投资。在变电站投运初期，由于轻载，为节省投资，电容器容量可安装较少，甚至不装电容器。随着负荷增长和电网发展，安装容量相应增加。无功补偿装置应按最终规模设计，并根据无功负荷增长和电网结构变化分期装设。

2.5 合理分组

电容器分组装置在不同组合方式下投切时，不得引起高次谐波谐振和有危害的谐波放大。谐振是谐波严重放大的极端状态，谐振将导致电容器组产生严重过载，引起电容器产生异常声响和振动，外壳膨胀变形，甚至产生外壳爆裂而损坏。为躲开谐振点，电容器组设计前，应测量或分析系统主要谐波含量，根据设计确定的电抗率配置，进行谐振容量计算，在设计分组容量时避开谐振容量。分组电容器在各种容量组合投切时，均应躲开谐振点。另外，正式投产前。应进行投切试验，测量系统谐波分量变化，如有过分的谐波放大或谐振，应采取对策消除。

3 电器和导体的选择

3.1 电容器额定电压选择的主要原则

电容器组接入串联电抗器后，电容器端电压将升高，如串联电抗值为6%电容器组的电抗值时，电容器的端电压将升高1.063 8倍。为使电容器组避免在过电压下长期运行可能导致不利影响，在选择电容器组的额定电压时宜计及这个升高值。过去有的工程设计不考虑这种影响，使电容器长期处于过高电压下运行，因此在正常运行情况下不应较多占去电容器允许1.10倍过电压长期运行的裕度，当出现非正常运行时其端电压可能超过1.10倍额定电压，从而促使电容器组退出运行。为此在设计选择电容器组的额定电压时应避免这种不合理情况出现[3]。

3.2 导体和其它

并联电容器装置的分组回路，应按1.30倍并联电容器组额定电流选择回路导体截面，并联电容器组的汇流母线和均压线导线截面与分组回路的导体截面相同。汇流母线和均压线中通过的电流，不会超过分组回路的最大工作电流，为保证安全，按回路最大工作电流选择导线，同时，也可减少导线规格，方便于设备安装。

单台电容器至母线或熔断器的连接线应采用软导线，长期允许电流不应小于单台电容器额定电流的1.5倍。为避免电容器套管受力，不允许用硬导线连接，应选择软导线。对于稳态过电压、谐波、电容器的容量正偏差，由于单台电容器至外熔断器或母线的连接导线截面较小，为增加可靠性适当加大导线截面，并与相关行业标准协调一致，故规定按不小于1.5倍单台电容器额定电流来选择导线截面。

4 电容器组框架的设计

a) 方便维护和更换设备。设计电容器组框架，应考虑巡视设备的运行状况和停电后的检查、清扫工作，及更换故障电容器。调查时有运行人员反映，放置电容器的框架设计未考虑维护，框架上无法站脚，换熔丝、清扫及更换电容器均感不便。特别在设计多层绝缘框架时要为电容器组维护和检修尽量创造方便条件;

b) 节约占地。工程建设要考虑节约占地。分层布置利于节约占地，在采用分相布置电容器、节约占地和方便运行维护在设计时应两者兼顾。

5 结语

随着电网不断发展，电网结构日趋复杂，无功调节手段数目多，相互影响大。这些因素导致电网电压优化控制问题的规模越来越大，传统电压优化控制方法已不能满足电力系统实际运行需求。有必要在继续增加本地无功资源、提高电压控制能力的同时，建设自动电压控制系统，以完善对电网无功电压分布的综合决策、调度和管理，优化调度现有的无功电压调控资源，提高系统满足电能质量、电网安全和经济运行等要求的能力，减轻运行人员工作量。