靜止動態無功補償裝置的應用

黃 波

1 概述

隨著電網用電負荷的逐漸增加,對電能質量的要求越來越高。SVG是新一代靜止無功補償器產品,相當于一個可變的無功電流源并聯于電網中,其無功電流可以靈活控制,根據系統狀態吸收或者發出無功電流,自動補償系統所需的無功功率。

2 靜止動態無功補償技術簡介

1)SVG(Static Var Genetatior)動態補償原理。SVG裝置通常由VSC逆變器、直流電容器、連接變壓器、斷路器以及冷卻系統等輔助裝置組成。SVG是將逆變器經過電抗器或者變壓器并聯在電網上,通過調節逆變器交流側輸出電壓的幅值或相位,或者直接控制其交流側電流的幅值或相位,迅速吸收或者發出所需要的無功功率,實現快速動態調節無功的目的。

2)SVG裝置原理框圖見圖1。

3 靜止無功補償裝置工程實例

3.1 項目介紹

遼寧紅沿河核電廠廠址地處遼寧省瓦房店市西端渤海遼東灣東海岸。在紅沿河核電一期廠區北側,設置了一個220 kV施工與輔助電源變電站。它主要是為紅沿河核電站施工建設期間提供現場施工電源。此變電站自2007年投運以來,由于現場用電負荷較低,一直存在向系統倒送無功及功率因數為負值的電網考核標準的問題,影響了220 kV施工電源運行的經濟性和穩定性。

3.2 系統條件

220 kV施工與輔助變電站施工進線為220 kV復紅線,線路全長為31.017 km,導線型號為LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線。現階段變電站內裝設一臺31.5 MVA的施工變壓器和220 kV,10 kV施工用電及其配套設備,作為紅沿河核電廠施工、辦公、生活用電。220 kV施工與輔助變電站內10 kV母線電源段通過8根3×185電纜接至10 kV配電所內Ⅰ,Ⅱ母線段,每段母線上各配置無功補償電容器1組,站用變1組和接地變1臺;10 kV配電所內Ⅰ,Ⅱ母線段共有20根3×185電纜接至就地設備。

4 無功倒送的原因分析

根據復紅線2007年電量統計,自2007年以來,紅沿河220 kV施工及輔助變電站向系統倒送無功功率問題很嚴重。

220 kV施工與輔助變電站進線復紅線線路,全長為31.017 km;220 kV施工與輔助變電站內10 kV母線電源段通過8根3×185電纜接至10 kV配電所內Ⅰ,Ⅱ母線段,總長度12 km;10 kV配電所內Ⅰ,Ⅱ母線段目前共有4根 3×185電纜接至就地設備,總長度約為10 km,這些架空線路及電纜的對地電容電流都使得線路中容性電流增大,而目前現場施工設備主要以塔吊機、拖車泵、電焊機、電動空壓機、照明等為主,負荷相對較輕,消耗容性無功較少,這些都導致施工現場容性無功過剩,并產生向系統倒送無功功率的現象。

5 無功倒送的解決措施

5.1 靜態無功補償

動態補償裝置可跟隨負荷無功的變化,實現無功功率的動態補償,對于本工程可采用動態電容補償裝置接入系統,改善功率因數,提高電網電能質量。

5.2 補償設備容量確定

220 kV施工與輔助變電站施工進線為220 kV復紅線,線路全長為31.017 km,導線型號為LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線,定為線路A;220 kV施工與輔助變電站內10 kV母線電源段通過8根3×185電纜接至10 kV配電所內Ⅰ,Ⅱ母線段,總長度約為12 km,定為線路B;10 kV配電所內Ⅰ,Ⅱ母線段目前共有4根3×185電纜接至就地設備,總長度約為10 km,定為線路C;則線路A,B,C的電容電流值為：

IA=3.3UeL×10-3=22.52 A;

IB=3Ueω C×L ×10-3=29.638 A;

IC=3Ueω C×L ×10-3=24.47 A。

其中,Ue為廠用電系統額定線電壓,kV;C為廠用電系統每相對地電容,uF;L為線路的長度,km;ω為角頻率。

總的無功功率為：

Q=QA+QB+QC=UAIA+UBIB+UCIC=220×22.52+10×29.638+10×24.47=5 495.5 kVar。

如每月按30 d算,一天有功負荷工作8 h,一個月有功負荷工作小時數Tm1=240 h;一天無功負荷工作24 h,一個月無功負荷工作小時數Tm2=720 h。將電量值除以每月工作小時數,可得每小時消耗的有功、無功量,如表1所示。

由此可看出線路容性電流每小時產生的無功功率大于復紅線上每小時倒送的無功功率,這說明除了負荷消耗了一部分無功功率,其余都倒送回系統。

表1 復紅線每小時電量統計表 kW/h

根據電量統計,取2007年 5月～2008年2月共10個月,其中無功送電量最大值為3 237 960 kVar?h,有功受電量為 W=375 540 kW?h,按無功送電量最大值進行補償,根據用戶要求需將功率因數補償到0.9?？刹扇∫韵虏襟E：

1)將功率因數由負值補到1,這樣就可以計算得到：

其中,cosφ3為施工現場用電設備的平均功率因數。

2)將功率因數由1補到0.9。

ΔQ=ΔQ1+ΔQ2=4 888.36+757.34=5 645.7 kVar。

考慮到以后可能有新的電纜投入運行,而負荷為輕負荷,故取一定數量的裕量,由此確定無功補償的容量為6 MVar。

可求得補償容量：

6 結語

綜合考慮以上因素,本方案采用±2 MVar靜止無功發生器(Static Var Generator,簡稱SVG)和4 M Var并聯電抗器組合的動態補償裝置進行動態無功調節,維持功率因數在0.90以上,工程總造價為285萬元,由于電網每月平均罰款近100萬元,三個月即可收回成本,這就把調節無功功率連續性與經濟性有機的結合在一起。當倒送無功在2 MVar以內時,可只投靜止無功發生器進行動態調節,當倒送無功在2 MVar以上時,可投入靜止無功發生器和相應數量電抗器進行動態調節。隨著施工負荷的增加,消耗的無功逐漸增加,倒送的無功功率越來越少,達到一定程度時動態補償裝置將會逐步退出,現場原有的電容補償裝置將會投入運行。

[1] 石 磊,衛 麗.淺述低壓配電網的無功優化補償[J].山西建筑,2009,35(12)：185-186.