摘要：本文从电缆平衡层无功调控相关概念出发，分析了平衡层的无功潮流特性、无功补偿平衡点的确定方式。最后通过实际案例具体论述了基于电缆网无功潮流特性的高压配电网无功补偿方法。
关键词：电缆网无功潮流特性；高压配电网无功补偿方法
1.电缆平衡层无功调控
1.1平衡层概述
综合无功分层分区原则和就地平衡原则，现总结平衡层的概念如下：平衡层指的是同一等级电压输电线路及与之相连的变电站和发电厂之间的联通网络。其中，连接输电线路上同一等级电网的变电站被称为平衡层的电源变电站；连接输电线路下一等级电网的变电站被称为平衡层的负荷变电站，同一个变电站可以同时作为两条输电线路的电源变电站或负荷变电站。
1.2平衡层无功分配度
平衡层内流动无功潮流的分配直接关系到了平衡层及其上下级输电电路电压和电流的稳定程度，进而影响了高压电网运行的经济效益和稳定性。为了更好的进行对平衡层内无功潮流的分配，技术人员需要了解平衡层内的各个关键点之间无功需求关系，并按照需求比重确定实际分配情况[1]。
某关键点无功为负值，说明平衡层内的无功分配存在倒送现象。
1.3平衡层无功潮流特性
在平衡层中，需要进行无功调节的对象是平衡层中的网络元件、正在运行的输电线路、输电线路连接的上下级变电站，无功潮流分配工作主要取决于将输电线路及负荷变电站的无功需求，以及输电线路产生的无功损耗量进行平衡。
由于高压电网输电线路的自然功率较高，此时，当输电线路的传输功率比自然功率大时，输电线路产生的传输功率会自然的抵消无功功率；如果输电线路的传输功率比自然功率小，输电线路产生的传输功率不足以抵消无功功率。
2.电缆充电功率对无功补偿计算的影响分析
不同地区电缆线路和架空线路在材料、物理结构以及敷设方式等方面都存在一定的差异，由于电缆线路比架空线路产生的充电无功功率要高出许多，因此一一旦其充电无功功率超出一定的限值，在计算无功补偿的过程中就应该将其纳入到考虑范围内。一般情况下，电缆线路的充电无功功率和线路的线间电容成正比，和线路两端节点电压的平方成正比，下表为单位长度不同截面积的交联聚乙烯电力电缆在不同电压下的充电容量。
表1 交联聚乙烯绝缘电缆充电功率
从上表可知，对于110kV及以上电压等级的电力电缆，其单位长度上的无功充电容量不可小觑，会对系统电压和损耗产生较大的影响。电力电缆较大的线间电容特性决定了其要产生较大的无功充电功率，从而对电缆线路和电气临近节点的电压运行水平控制产生较大的影响。[2]
在城市高压输电网络中，受到供电线路走廊的限制和土地资源的制约，城市负荷中心110kV变电站系统通常采用电力电缆代替架空线路的方法。由于高压电缆产生的容性无功功率较大，因此在无功补偿计算中必须充分考虑到其对无功补偿设计的影响。
3、实证分析
3.1实例概述（一）
某公司110KV 某线路2015年2月投入运行，3月底收到电力公司电费清单时发现力调电费为正，而厂内110KV变电站功率因数始终在规定的奖励范围内，于是，向电力公司提出了校检对端电表申请。
在排除了本厂和对端电表故障后，发现容性无功产生于线路的充电电容。XX线电缆长度较长为4.63公里，线径为1000mm2(设计时考虑在该线路上还要挂另一变电站)；又因为该公司二期未投运，无法平衡线路上的容性无功功率，所以在线路就出现了倒送无功。按表一计算 线路容性无功为：
4.63km *900kvar/km=4167kvar
本厂感性无功电度为696577kvarh，对端容性无功电度为2388263kvarh；该线路本月平均无功功率为：（696577kvarh＋2388263 kvarh）/（24h*31天）=4146.29
从以上两式说明理论计算和实际测量是相当吻合的。
图1 一次系统图方案
3.2、解决方案
3.2.1网上查到的案例
某供电公司新建的魏庄220KV变电站，7路110KV出线大多含有效长的电缆线路，在低谷时段，负荷轻，线路充电电容功率无法就地消化，容易出现无功反送的现象，电网公司通过自建SVG无功补偿装置装置解决了此问题。
某地铁三号线110kV草埔主所，电缆线路长2.7km,2010年～2012年3年时间内，功率因数长期达不到0.9，而被供电局多收力调电费（实为罚款）约1158.6万元。最后由用户购SVG无功补偿装置装置解决了此问题。
SVG核心部分采用大功率IGBT组成的逆变器进行无功功率补偿，最大优点能实现双向补偿、补偿速度快。根据地铁三号线110kV草埔主变电所地下站受限吊装入口小影响，选用SVG+并联...
3.2.2、本案解决方案
关于本案方案，由于系统的感性负载是变化的，当感性负载负荷大的时候，则产生的感性无功则多，抵消线路中的容性充电功率大，从而需要外部设备抵消的电缆充电功率就少；当感性负载负荷小的时候，则产生的感性无功则少，抵消线路中的容性充电功率也小，则需要外部设备抵消的电缆充电功率就大。
如果采用固定电感在抵消电缆的充电无功，则在系统感性负载大的情况，则会出现过补情况的发生，会降低考核点的功率因数，导致电力部门的罚款。
如果采用可调电感则可在系统感性负荷低的情况，调节可调电感增大感性无功的输出；在系统感性负荷高的情况，调节可调电感减小感性无功的输出。从而达到整个系统的无功保持在一个稳定的状态下，有利于稳定系统功率因数和电压。
方案一、选SVG静止无功发生器，SVG最大优点在于能主动发出无功，快速进行双向无功连续调节，但缺点是价格较高。
方案二、本案主要是对容性无功进行实时平衡，可在对端站或本站加装磁控电抗器，费用远比SVG低。容量为4200kvar的110KV磁阀式可调电抗器（MCR），MCR容量为0~4200kvar连续可调，从而达到防止无功倒送，稳定系统功率因数和系统电压的目的。（见图1）
方案三，把无功考核点放在用户站。将来该线路上还要挂110KV八角变电站，计量点也要移到用户站，这次只是提前移。再者我们倒送的容性无功，对端站大多是架空线路（容性无功小），还要平衡用户侧及对端站变压器的感性无功，本来就要加电容进行无功补偿，以后可以少补点。
实际上最后执行的是方案三，我们不仅没增加一分钱的设备投资就解决了问题，而且还退还了全部罚款。
结束语：本文主要分析了电缆网无功潮流特性，及其影响下的高压配电网无功补偿方法，旨在通过实际案例，总结出一种实用的高压用户电网无功补偿方案，并切实改善高压电网的电压质量，减少电网损耗造成的费用。
参考文献：
[1]黄春艳.配电网无功补偿分层协调规划方法探讨[J].大众用电,2017,3205:20-21.
[2]车仁青，刘凌波，宗占宜 电缆线路对110kV变电站无功补偿设计计算的影响。
论文作者:黄通勋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/19
标签：线路论文; 功率论文; 变电站论文; 电缆论文; 感性论文; 电压论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第3期论文;