變壓器阻抗的合理選擇和無(wú)功補(bǔ)償分組容量?jī)?yōu)化

樂(lè)瑤　駱曉鳴

摘 要：文章分析了不同目的下主變低壓側(cè)短路電流計(jì)算運(yùn)行方式的不同選擇；分析了變壓器阻抗與無(wú)功補(bǔ)償裝置單組容量和總?cè)萘康年P(guān)系。并以低壓側(cè)為10 kV的220 kV變電站為例，給出了變壓器阻抗選擇和低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償分組容量選擇的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：變壓器阻抗；無(wú)功補(bǔ)償；短路電流；分組容量

中圖分類號(hào)：TM769 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0082-01

對(duì)于電力系統(tǒng)的變電站，主變壓器的阻抗選擇十分重要。從減少損耗而言，希望變壓器阻抗選擇盡可能小；從控制短路電流水平而言，變壓器阻抗又不能選得過(guò)小，短路電流的控制裕度是決定變壓器阻抗的重要因素。

變壓器低壓側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要作用是保證無(wú)功分層分區(qū)平衡，維持合理的電壓水平。低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置有多個(gè)分組，以便在負(fù)荷發(fā)生變化，需要變更補(bǔ)償容量時(shí)方便投切。無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組投切與變壓器分接頭調(diào)節(jié)的合理配合能有效的控制系統(tǒng)的電壓水平，保證電壓偏差在合理范圍。

變壓器低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組投切與變電站負(fù)荷變化不同。變電站負(fù)荷變化為有功和無(wú)功的共同變化，且有功功率變化占比較大；另一方面，負(fù)荷變化一般是漸變的過(guò)程。而低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組投、切，功率變化是純無(wú)功，且投切速度取決于斷路器的合、分閘時(shí)間。因此無(wú)功補(bǔ)償裝置的自動(dòng)分組投切對(duì)于系統(tǒng)而言，相當(dāng)于無(wú)功沖擊負(fù)荷，勢(shì)必引起所接母線的電壓波動(dòng)。電壓波動(dòng)的大小取決于系統(tǒng)沖擊負(fù)荷的大小和系統(tǒng)的短路容量大小。對(duì)于變壓器低壓側(cè)而言，低壓側(cè)短路容量的大小很大程度上取決于變壓器的阻抗。

因此變壓器阻抗的選擇和無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組容量是密切相關(guān)的，是需要綜合考慮的。

1 主變低壓側(cè)短路電流計(jì)算

為校驗(yàn)低壓側(cè)電氣設(shè)備短路容量，需計(jì)算低壓側(cè)最大短路電流。應(yīng)考慮變電站遠(yuǎn)景規(guī)模，并按照最大運(yùn)行方式。考慮3臺(tái)主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行。

由式（3）可知，短路容量越大（對(duì)應(yīng)變壓器阻抗越小），可選用的無(wú)功補(bǔ)償裝置的單組容量也越大，對(duì)于相同的總?cè)萘浚瑹o(wú)功補(bǔ)償裝置分組數(shù)就越少，對(duì)應(yīng)占地也越少，從而減少了整個(gè)變電站的占地，對(duì)資源的節(jié)約利用具有重要意義。

3 變壓器阻抗和無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘康年P(guān)系

國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于220 kV變電站的無(wú)功補(bǔ)償，要求220 kV變電站在主變最大負(fù)荷時(shí)，其一次側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，在低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)不高于0.95。由上述規(guī)定可知，考核 220 kV變電站無(wú)功補(bǔ)償容量是否合適主要是看220 kV側(cè)功率因數(shù)。對(duì)于相同的有功功率，主要是在220 kV側(cè)的無(wú)功功率。

式中：QL為變電站中低壓側(cè)負(fù)荷無(wú)功總和，QC為低壓容性無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘浚琎T為變壓器總無(wú)功損耗。

變壓器阻抗越大，則對(duì)應(yīng)無(wú)功損耗QT也越大，由式（4）可知為達(dá)到功率因數(shù)的要求，則需要的無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘縌C越大。因此從無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘康目刂贫裕跐M足短路電流控制要求時(shí)，變壓器的阻抗應(yīng)盡可能小。

4 工程算例

某220 kV變電站電壓等級(jí)為220/110/10 kV，遠(yuǎn)景規(guī)模為3×180 MVA主變，初期1臺(tái)180 MVA主變。SB=100 MVA，UB=230 kV、115 kV、10.5 kV。X220最小值為0.00557，最大值為0.0100；X110最小值為0.2，最大值為0.3；10 kV短路電流要求控制在25 kA（沒(méi)有考慮裕度）以下，已知變壓器阻抗U12%=14（SB=180 MVA），求解合適的U13%，并選擇合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置分組容量。

求解：對(duì)于變壓器，U12%+U23%≈U13%。則式（1）中：

X1≈U12%，X2≈0，X3≈（U13%-U12%）

對(duì)于10 kV短路電流，若留10%左右的裕度，即I10kV·max≤22.5 kA，則：

通過(guò)式（1）求得U13%≥53.09%。

通過(guò)式（2）求得I10kV·min=19.288 kA，對(duì)應(yīng)SSC=350.78 MVA。

通過(guò)式（3）求得△Qi≤8.7695 Mvar。

對(duì)于10 kV短路電流，若留20%左右的裕度，即

I10kV·max≤20 kA，則：

通過(guò)式（1）求得U13%≥58.59%。

通過(guò)式（2）求得I10kV·min=17.42 kA，對(duì)應(yīng)SSC=316.83 MVA。

通過(guò)式（3）求得△Qi≤7.92 Mvar。

對(duì)比目前標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中的變壓器阻抗和無(wú)功補(bǔ)償裝置的序列，對(duì)于不同的短路電流裕度，變壓器阻抗和無(wú)功補(bǔ)償裝置的選擇如下。

若要求10 kV短路電流裕度不低于10%，該變電站阻抗選擇54%，無(wú)功補(bǔ)償分組容量選擇8 Mvar比較合適；經(jīng)驗(yàn)算對(duì)應(yīng)的10 kV短路電流最大值為22.044 kA，投切一組無(wú)功補(bǔ)償裝置引起所在母線電壓變化為2.32%。

若要求10 kV短路電流裕度不低于20%，該變電站阻抗選擇64%，無(wú)功補(bǔ)償分組容量選擇6 Mvar比較合適；經(jīng)驗(yàn)算對(duì)應(yīng)的10 kV短路電流最大值為18.03 kA，投切一組無(wú)功補(bǔ)償裝置引起所在母線電壓變化為2.08%。

5 結(jié) 論

①短路電流計(jì)算時(shí)，按照最大運(yùn)行方式考慮短路電流的控制要求。但進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償裝置分組容量選取時(shí)，需考慮變壓器正常運(yùn)行小方式。

②變電站阻抗的選擇需考慮短路電流和無(wú)功補(bǔ)償兩個(gè)方面的因素。從短路電流控制角度，希望變壓器阻抗大；但從無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘亢头纸M容量考慮，希望變壓器阻抗小。

③適當(dāng)降低短路電流控制的裕度，可有效減小變壓器阻抗，增加無(wú)功補(bǔ)償分組容量。

參考文獻(xiàn)：

[1] Q/GDW 212-2008，電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)原則[S].

[2] 國(guó)電網(wǎng)生[2009]133文，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[S].

[3] 水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電 力出版社，1989.

[4] GB/T 12326-2008，電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變[S].