广东电网有限责任公司阳江供电局 广东阳江 529500
摘要：如今，经济发展过程中使电网负荷不断增加，大部分变电站要想满足使用要求就需要安装无功补偿装置，其既可以提高变电站的输送能力，而且还可以有效降低电网损耗，提供变电站的运行效率。本文将会对变电站无功补偿配置及运行进行分析。
关键词：变电站；无功补偿配置；运行
1.无功补偿原则
通常情况下，要想确保电力系统有功负荷能够在低谷和高峰状态下正常运行，就需要保证无功补偿装置在分（供电）区和分（电压）层无功功率实现平衡。这里所提及到的分区无功平衡一般是指低于l10kV等级的无功平衡。分层无功平衡一般是指超过220kV等级的无功平衡。为了使330kV上等与下级系统无功电力的有效变换，就需要采取措施避免远距离无功补偿。对超高压线路充电功率而言，最好遵循就地补偿的原则，借助高、低压并联电抗器来实现无功补偿。如果220kV电力系统运行过程中发生电压稳定问题时，最好将无功补偿装置安装在枢纽变电站。
对于新建的大于l10kV电压等级的变电站最好选择10-220kV的电缆线路，并根据电缆出线情况来选择与之相匹配的无功补偿装置。在设计变电站时，最好根据计算结果来选择容量适当的无功补偿装置，并且当主变运行至最大负荷时，要保证一次侧的功率因数超过0.95；当主变运行至低谷负荷时，要保证一次侧的功率因数低于0.95。变电站主变压器高压侧最好选择双向无功功率表和有功功率表。并联电抗器和电容器最好选择自动投切的运行方式。对并入电网的发电机组，在满负荷工作状态下需要保证其功率因数维持在0.85-0.97，以确保电力系统具有电压调整能力和事故备用无功容量。
对于电力用户而言，最好结合负荷的无功需要来对无功补偿装置进行设计和安装，这样可以有效避免电网被电力设备注入无功功率。超过100kvA的电力用户，要求其功率因数超过0.95，并保证其他电力用户的功率因数同样超过0.95。
2.变电站无功设备配置
（1）对于并联电容器而言，其可以产生相位超前于电网电压的无功电流，从而使电网功率因数得到有效提升。东莞电网所采用的500kV变电站并联电容器主要包括组架式和集合式两种型式类别，每组电容器选择了双星型接线，并在主变压器变低侧35kV单母线上实现与35kV断路器的并联。通常情况下，如果无功功率需求较大时，将有可能导致站内母线电压下降，此时并联电容器可以根据电压控制要求进行工作，并开始向主变压器和220kV电网集中补偿无功功率，以达到维持电压水平的目的，如果电压水平较高时将会直接退出运行。实际上，并联电抗器和并联电容器的补偿容量，需要控制在主变压器容量的30%以下，对于电容器分组容量最好选择控制在30-60MVar范围内。东莞电网500kV变电站所选择的主变压器总容量为4000Mvar，并为其配置了12组60Mvar的并联电容器，总容量为720Mvar，可以使电容器容量比达到18%，满足规范和标准要求。
（2）串联电抗器。其作用是抑制电网谐波和合闸涌流，避免谐波对电容器造成不同程度的伤害，避免电容器装置的接入影响电网谐波出现过度放大现象。对于电抗器而言，其周围需要确保不存在铁磁物体及其他杂物，要尽可能的避开微机室和继电保护，而且要求与电抗器本体外圆半径范围内严禁出现粗大的金属构件，电抗器周围的围栏、围网必须保持开路状态，地下接地体严禁呈金属闭合环路状态，两台电抗器的中心距需要超过本体外圆直径的 1.8倍，只有这样才可以确保操作人员身体健康和设备的安全运行。实际上，串联电抗器的大小一般是由电容器安装位置母线谐波情况所决定，而串联电抗器的电抗率通常是由每相额定感抗与额定容抗决定，主要包括了下述3种选择：①有5次谐波时百分比可以选择4.5%-6.0%；②仅为限制合闸涌流或者基本无谐波时可以选择0.5%-1.0%；③有3次谐波时可以选择12%-13%。东莞电网500kV变电站一般要求每一组电容器需要按照要求配置一组串联电抗器，并且要求第一组串联电抗器所具有的电抗率为12%，第二组和第三组均为2%，并且在选择电抗率时，需要对防止谐振发生和谐波放大、限制涌流等给予综合考虑。
（3）通常情况下，电容器附件包括了避雷器、放电线圈和熔断器。在电容器退出运行后，放电线圈可以实现对电容器储能的有效泄放，从而为变电站提供继电保护信号。过电压保护装置及氧化锌避雷器，能够有效抑制操作过电压。对于单台电容器保护熔断器而言，其可以为电容器的极间短路提供保护。
图 1描述的是东莞某500kV变电站#1号主变压器低压侧母线接线图，从图1中可以发现每一段母线分别接2组电抗器组和3组电容器，其中电容器包括串联电抗器组，该500kV变电站所有电抗器组和电容器组分别接在#1号、#2 号、#3 号、#4号主变压器所对应的35kV低压侧母线，其不仅可以实现站内的无功补偿，而且还可以达到电压调节的目的。
图 1 #1号主变压器低压侧母线接线图
3.无功补偿设备运行分析
一般情况下，500kV变电站选择了以 500kV母线电压合格为主的电压控制策略，同时兼顾220kV电压，该过程中电容器和电抗器是无功补偿设备。下面将会以东莞某500kV变电站为例来对无功补偿设备运行进行分析，该变电站开始选择借助AVC来实现电压调节和无功补偿控制，每日分时段来对母线电压进行控制，具体要求如表1和表2所示。在AVC运行过程中，通常要求每段母线上所采用的第一组电容器按照“先投后退”原则进行无功补偿，即要求电容器投入运行时，一般需要先投入第一组电容器，随后才允许投入其他组别电容器。反之当电容器需要退出时，要求其他组别电容器先退出，随后才允许退出第一组电容器。实际上，500kV变电站运行过程中，其无功补偿主要是主变压器低压侧母线负责供应，不存在出线负荷，而且低压侧母线不会出现谐波问题，此时可以考虑选择合闸涌流措施。
表1 500kV母线电压控制要求
表2 220kV 母线电压控制要求
通过无功补偿设备运行分析发现，除第一组电容器外，其余电抗器和电容器的投入运行还存在或多或少的随机性，运行人员发现当220kV母线电压为234.8kV时，主变低压侧35kV 1M母线上所对应的第一组、第二组电容器还保持投入状态。通过对调度进行联系并得到许可后，需要通过人为操作来使第二组电容器顺利退出，当第二组电容器退出了后第一组电容器也能够自动退出，从而使其他组别电抗器可以自动投入使用。通过对调度监控结果进行分析可以发现，投退无功补偿设备往往具有一定的随机性，而且与第一组电容器所存在的“先投后退”策略存在一定的冲突，在无功过多时导致电容器组无法顺利退出，而且需要对后续已完成策略进行升级整改，以确保电容器组的正常运行。
在负荷高峰期500kV Ⅰ母和220kV I 母电压水平呈现出下降的趋势，而AVC在负荷高峰阶段需要按照电压控制要求进行无功功率的输送。同时，在下限定值，500kV Ⅰ母电压所出现的上下微量波动调节是正常现象，其余时间段都保持在规定的控制水平范围内；然而，对于220kV Ⅰ母电压而言，其全天保持在规定的控制水平范围内；并且AVC控制策略符合电压控制要求，以期达到比较理想的电压调节效果。
无功补偿设备运行结果反映，如果35kV母线上电抗器或电容器组投入越多，将会导致低压侧母线电压不平衡度越严重，一旦无功补偿设备无法正常投入时，将会导致零序电压接近0；如果某段低压侧母线有3 组电容器正常投入后，将会使零序电压达到10V。此时就需要结合无功功率情况来对变电站无功设备的平均投切时间进行控制，这样可以有效避免低压侧母线上出现无功设备过多问题。同时，AVC 控制策略的制定还需要对电抗器和电容器断路器的动作次数给予综合考虑，以确保断路器分合闸次数均匀。
4.结束语
总之，对于电力系统而言，根据电网计算结果来确定无功补偿容量和补偿位置，不仅可以实现无功补偿的分区、分层、就地平衡以及科学调控，而且还可以有效抑制谐波干扰、调整电网电压、提高供电质量。
参考文献：
[1]李国栋.110kV变电站无功补偿电容器组配置探讨[J].中国科技纵横，2016，12（17）：171-172.
论文作者:曾黎明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/27
标签：电容器论文; 变电站论文; 母线论文; 电压论文; 电网论文; 电抗器论文; 谐波论文; 《基层建设》2018年第33期论文;