較長電纜進線的66 kV用戶變電站無功分析及治理

盧國寧，龔樹東，孫懷宇，王宇飛，高 峻

（1.沈陽電力勘測設計院，遼寧 沈陽 110003；2.國網沈陽供電公司電力設備工程局，遼寧 沈陽 110003）

較長電纜進線的66 kV用戶變電站無功分析及治理

盧國寧1，龔樹東1，孫懷宇2，王宇飛2，高 峻2

（1.沈陽電力勘測設計院，遼寧 沈陽 110003；2.國網沈陽供電公司電力設備工程局，遼寧 沈陽 110003）

無功電量是考核用電企業的重要指標，以受無功電量考核的某66 kV用戶變電站為例進行分析，查找其受處罰的原因，經過理論計算，提出了解決方案，為出現此類問題的用戶提供參考。

較長電纜進線；66 kV用戶變電站；無功分析；治理

無功電量是考核用電企業的重要指標，按照國家電網公司相關用電管理規定，月考核有功功率電量之和與視在功率電量之和的比值等于0.85不獎不罰，在0.85～1獎勵，小于0.85處罰。沈陽地區某66 kV用戶變電站由于長期功率因數過低，經常被罰款。因此有必要對其功率因數較低的情況進行分析，查找影響功率因數的主要原因并提出解決方案［1］。

1 現狀分析

某66 kV用戶變電站有兩路電源進線，分別來自2座220 kV變電站。站內主接線為線路—變壓器組接線，10 kV側為單母線分段接線，站內共有2臺主變，分列運行。主變及線路主要參數如表1、表2所示。

表1 某220 kV變電站主變參數

表2 某220 kV變電站線路參數

投運以來，其考核點側 （220 kV變電站出口側）的功率因數較低，一般為0.7左右，最低達0.363。按照相關用電管理規定，月考核有功功率電量之和與視在功率電量之和的比值等于0.85不獎不罰，在0.85～1獎勵，小于0.85處罰，故該變電站處于罰款狀態。

2 原因分析

該變電站的考核點側功率因數較低，而變電站的主變側功率因數較高，為0.95～0.99，因此應從其考核點側功率因數的公式構成進行分析。

功率因數計算公式如下：

式中：P為有功功率，kW；S為視在功率，kW。

由式 （1）可見，功率因數低的原因是有功功率P占視在功率S的比例較小。現階段考核點側的有功功率僅為1～3 MW，容性無功功率是由運行的電纜線路產生的，一般為2～3 Mvar，且固定不變，因此只有增大有功功率，才能提高功率因數。

當每臺主變達到遠期規劃負荷25 MW，且不考慮機場設備運行產生的感性無功功率時，兩個考核點側的功率因數將達到0.98，若考慮變電站的感性無功功率，此功率因數將更高。可見當該變電站的負荷增至遠期負荷時，將不存在功率因數低的問題。

綜上所述，現階段該變電站功率因數較低而受到處罰的原因主要有2點，一是由于其有功負荷較低，站內2臺主變容量各為40 MVA，負荷僅為1～3 MW，負載率達不到7.5%，大大低于變壓器經濟運行的負載率指標，即無法達到規劃的負荷指標；二是由于長距離的電纜線路產生較大的容性無功功率。

3 建議方案

為解決該變電站考核點功率因數低的問題，可采取提高有功負荷或感性無功補償2種方式。從技術實施方面看，根據現有數據進行估算，該變電站考核點的功率因數如需滿足考核要求，其每臺主變有功負荷應達到8 MW。但從該變電站實際情況分析，短期內有功負荷不會快速增加，故需采取感性無功補償的方式提高功率因數。

感性無功容量可在66 kV或10 kV側增加電抗器進行補償。同容量的10 kV電抗器體積、噪聲雖大于66 kV電抗器，但66 kV側補償需相應增加開關等一次設備及二次設備，造價將大大提高。同時該變電站66 kV側的電氣設備為線變組的GIS設備，在66 kV側無法增加補償設備。從可行性及經濟性方面對比，采取在10 kV母線側安裝10 kV電抗器補償的方案較為合理，可降低成本。

該變電站的現有負荷根據季節變化，在夏季、冬季現有的制冷空調設備、換熱機組等大的感性負荷投運時，能增加有功功率及感性無功功率，抵消掉一部分容性無功功率，使電源側功率因數有所提高，但仍不能滿足考核標準。當春季此類設備停運時，有功功率及感性無功功率降低，容性無功功率占比變大，功率因數將大幅下降，故補償的電抗器應能分組投切或平滑調節，以滿足不同負荷條件下的需求。

4 設備選擇

從該變電站的負荷變化看，補償的電抗器應能分組投切或平滑調節，同時考慮遠期負荷增大后，需補償容性無功容量，建議選取平滑調節型的SVG動態補償裝置，其較并聯電抗器在容量調節、補償效果、日常運行與操作、器件損耗、負荷逐期增加時的經濟效益、終期經濟效益等方面都有較大優勢［2-3］。

5 補償容量確定

5.1 變壓器的無功損耗計算

主變空載無功損耗計算公式如下：

式中：SNT為主變容量，MVA；I0為主變空載電流，A。

主變負載無功損耗計算公式如下：

式中：Uk為主變阻抗電壓，%。

變壓器的無功損耗計算公式如下［4-5］：

式中：KT為負載波動損耗系數，通常取1.05；β為主變負載率，%。

由計算得，1號主變無功損耗 （感性）為Qs1＝312.4 kvar，2號主變無功損耗 （感性） 為Qs2＝312.9 kvar。

5.2 1號進線無功容量

電力電纜的充電無功容量為

式中：B1為每km電纜導納值，通常取8.91×10-5S；L為1號電纜長度，通常取10.165 km；UN為線路電壓，通常取66 kV。

架空線的充電無功容量為

式中：d為架空線間距，通常取4 m；r為導線半徑，m；U為線路電壓，通常取66 kV；L為線路長度，km。

1號進線無功容量為

需要在10 kV母線側加裝無功補償裝置容量為

5.3 2號進線無功容量

電力電纜的充電無功容量為

式中：L為2號電纜長度，通常取9.926 km。

架空線的充電無功容量為

2號進線無功容量為

需要在10 kV母線側加裝無功補償裝置容量為

5.4 容量選擇

根據以上計算結果，并留有一定裕量，可在該變電站10 kVⅠ、Ⅱ段母線各安裝1套容量為5 Mvar的SVG型動態無功補償裝置，單套設備可實現-5 Mvar（容性） ～5 Mvar（感性）的平滑連續無功功率調節，且具有有源濾波功能。經調試后，該裝置可改善考核點側的功率因數，滿足考核要求。

6 方案布置

新增的SVG平面布置可利用已有的電容器室改造布置，2套SVG應放在靠窗戶位置，采用強迫風冷方式。強迫風冷方式主要是靠SVG本體自帶風機，將設備的發熱量以最快速度排到戶外，其主要技術條件是排風道要短，否則會影響通風量，如果太長，由風機向外排出的風會在風道中形成窩風、堵風問題，影響設備散熱，在夏季環境溫度較高時，還可能導致設備跳閘，因此建議2套設備靠窗戶擺放。

7 經濟效益分析

從經濟效益方面看，該變電站現在每月被罰電費在春季時最大，每月約100萬元，在其余季節稍好，最低會被罰款30萬元，1年約被罰款600萬元。而該變電站負荷在近2年不會增大太多，故如果靠提升有功負荷來提高功率因數，那么在2年內至少還將被罰電費1 200萬元。

由以上分析，如果增加感性無功補償設備，建議采用SVG平滑調節的無功設備，在該變電站10 kVⅠ、Ⅱ段母線各安裝1套容量為5 Mvar的SVG設備，總投資約400萬元，可改善考核點的功率因數，還有望達到獎勵電費指標。因此，從技術和經濟效益上，增加感性無功補償設備是解決功率因數過低、避免被處罰的最好方案。本文從實際案例著手進行分析，為同類用戶提供參考。

［1］ 王 晛.大連地鐵投運對電網側電能質量的影響 ［J］.東北電力技術，2012，33（7）：20-23.

［2］ 陳 晟.傳統無功功率理論及其局限性 ［J］.東北電力技術，2007，28（7）：37-39.

［3］ 張維也.電網無功功率補償采用的主要技術 ［J］.黑龍江科技信息，2013，16（32）：99.

［4］ 李春東.SVQC型變電站無功補償裝置與AVC區域控制系統接口方案研究 ［J］.東北電力技術，2013，34（7）：18 -22.

［5］ 戈東方，鐘大文.電力工程電氣設計手冊：電氣一次部分［M］.北京：中國電力出版社，1989.

量符號的組合規則

1.對于兩個字母構成的量符號，當它們出現在公式中時，為避免誤解為2個量的相乘，其與另外兩乘的量之間一定要加居中圓點 “·”或空出1／4個字的位置。

2.對于矢量相乘，不加乘號與加 “·”或 “×”的意義是各不相同的，千萬不能隨意相互變換。

3.矢量相除，可采取以下方式表示：χ／y，χ·y-1，χy-1。采用斜杠 “／”作相除號時，同一行中的“／”不能多于1條。

當分子或分母為多項式時，如采用斜杠 “／”，對多項式必須使用括號。

摘自 《量和單位的使用原則及方法》

Reactive Power Analysis and Control on 66 kV User Substation with Long Cable Lines

LU Guo?ning1，GONG Shu?dong1，SUN Huai?yu2，WANG Yu?fei2，GAO Jun2
（1.Shenyang Electric Power Survey and Design Institute，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.State Grid Shenyang Power Supply Company Electric Power Equipment Engineering Bureau，Shenyang，Liaoning 110003，China）

Reactive power is an important indicator for assessing electricity companies.This paper analyses a 66 kV user substation by reactive power of assessment to find out the reasons.By theoretical calculation，a solution are proposed，this paper is to provide a ref?erence for more and more users with similar problems.

Long cable lines；66 kV user substation；Reactive power analysis；Control

TM63；TM761＋.1

A

1004-7913（2015）11-0037-03

盧國寧 （1983—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向為電力系統規劃。

2015-07-19）