論變電站并聯電容器配置

宋 巍

（中山電力設計院有限公司，廣東中山528403）

1 基本要求

220 kV及以下電壓等級的變電所中，應根據需要配置無功補償設備，其容量可按主變壓器容量的0.1～0.3確定。如表1所示，當主變壓器處于最大負荷時，其二次側的功率因數不應小于表1中對應數值；或者由電網供給的無功功率與有功功率的比值應小于表1所對應的數值。

表1 220 kV及以下變電所二次側功率因數規定值

變電所并聯電容器組應具備頻繁投切功能，并裝設自動控制裝置，經常保持變電所二次母線的功率因數在規定值范圍內。

電力用戶的功率因數應達到下列規定值：

（1）工業用戶需要高壓供電的，以及高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置，其電力用戶功率因數應確保在0.90以上。

（2）其他用戶中，需要110 kVA（kW）及以上供電及中型大型電力排灌站，其電力用戶功率因數應確保在0.85以上。

（3）躉售用戶及農業用戶，其電力用戶功率因數應確保在0.80以上。

2 無功負荷

220 kV變電站的無功負荷可歸納為以下幾種類型進行分析：

（1）可按功率因數要求值估算電壓層間的無功負荷，該類型無功負荷包括220 kV電壓等級以下的變壓器、電抗器、電動機、輸電線路等設備的無功損耗。

220 kV變電站電壓層間無功負荷Q可按下式估算：

式中，Q1、Q2為變壓器110 kV、10 kV側無功負荷（Mvar）；S1、S2為通過變壓器110 kV、10 kV側繞組的負荷容量（MVA）；cos φ1、cos φ2為變壓器110 kV、10 kV側功率因數。

（2）220 kV變壓器無功損耗也是電網中主要的無功負荷，它消耗的無功包括兩個部分：并聯支路的勵磁損耗和串聯支路的漏抗損耗，即空載勵磁無功功率和負荷電流通過漏抗產生的無功損耗。變壓器總的無功損耗約占變壓器額定容量的10%～20%。

220 kV三繞組變壓器無功損耗QT為：

QT=QZT+QYT=Ud1%（ST1/SN）2+Ud2%（ST2/SN）2+

Ud3%（ST3/SN）2+I0%SN/100

式中，QZT為變壓器串聯支路無功損耗；QYT為變壓器并聯支路勵磁損耗；Ud1%、Ud2%、Ud3%為變壓器高、中、低壓繞組短路電壓百分數；ST1、ST2、ST3為變壓器高、中、低壓繞組通過負荷容量（MVA）；I0%為變壓器的空載電流百分值；SN為變壓器額定容量（MVA）。

3 變電站無功功率平衡分析

3.1 工程概況

220 kV A站最終及本期建設規模分別為4臺及2臺240 MVA主變壓器，變壓器阻抗電壓Ud（1-2）%、Ud（1-3）%、Ud（2-3）%分別為14、35、21。

220 kV終期出線規模6回，本期出線2回，本期新建500 kV B站—220 kV A站雙回送電線路路徑長約2×12.4 km。其中，2×0.6 km為電纜線路，截面為2 500 mm2；2×11.8 km為架空線路，截面選用630 mm2。遠期考慮增加2回架空出線，長約2×20 km，截面選用630 mm2。

110 kV終期出線規模14回，本期出線6回，其中：

（1）新建220 kV A站—110 kV C站雙回架空送電線路路徑長約2×1.2 km，截面選用400 mm2。

（2）新建220 kV A站—110 kV D站雙回送電線路路徑長約2×5.1km，其中架空線路路徑長約2×2.9km，截面采用400mm2；電纜路徑長約2×2.2 km，截面選用1 000 mm2。

（3）新建220 kV A站—110 kV E站雙回架空送電線路路徑長約2×4.5 km，截面選用400 mm2。

遠期考慮新增6回出線，其中4回為架空出線，平均長度約4.5 km，截面選用400 mm2；2回為電纜出線，長約3 km，截面選用1 000 mm2。

10 kV終期出線規模30回，本期20回，全部采用電纜出線，截面選用3×300 mm2。

本期220 kV A站網絡接線示意圖如圖1所示。

圖1 本期220kV A站網絡接線示意圖

3.2 無功功率平衡分析

根據A站系統情況，對變電站進行無功功率平衡計算，如表2所示。

說明：

（1）本期高峰負荷時，主變按額定容量65%考慮，主變110 kV側和10 kV側負荷分別為0.52SN和0.13SN；

終期高峰負荷時，主變按額定容量100%考慮，主變110 kV側和10 kV側負荷分別為0.8SN和0.2SN；

表2 變電站無功功率平衡計算表

低谷負荷均取主變額定容量30%，主變110 kV側和10 kV側負荷分別為0.24SN和0.06SN。

（2）電壓層間無功負荷計算，110 kV側功率因數取0.95，10 kV側功率因數取0.90。

對此可提出以下兩個無功補償配置方案：

方案一：本期及終期每臺主變配置6×10Mvar并聯電容器，即本期補償120 Mvar，終期配置240 Mvar無功功率。

方案二：本期每臺主變配置6×8 Mvar并聯電容器，即補償96 Mvar無功功率；終期每臺主變配置6×10 Mvar并聯電容器，即補償240 Mvar無功功率。

4 結論

方案一可直接配足無功補償容量，且留有較大裕度；方案二則根據負荷發展來配置無功補償容量，較經濟合理，缺點是終期需更換電容器組，造成重復投資。為避免終期重新更換電容器，每臺主變配置10 Mvar電容器組更經濟合理，因此推薦方案一作為本站無功補償配置方案。

綜上，220 kV A站無功補償配置方案為：本期配置2×6×10 Mvar，終期配置4×6×10 Mvar電容器組。