摘要：电力系统中，无功合理分布是保证电压质量和经济运行的重要条件。220kV变电站作为城市电网的重要节点，合理的无功配置对于提高负荷功率因数、减少电力输送损耗、改善电能质量有着十分重要的意义。在变电站设计中，应根据地区特点对220kV变电站的无功补偿容量进行合理配置和选择。本文主要分析探讨了220kV变电站无功补偿容量的合理配置情况，以供参阅。
关键词：220kV变电站；无功补偿；容量；配置
引言
随着社会的不断发展，国民对用电量的需求越来越大，对于无功需求也相应增长，所以我国的配电系统呈现超负荷现状。基于此，相关工作人员如何针对配电网进行合理、高效的无功补偿是当下保证配电网进行安全运行的前提条件，这与国民能否获得高效、安全的用电有极大的关系。
1 220kV变电站常用无功补偿设备
（1）同步调相机。同步调相机相当于一台不带负荷的同步电动机，是使用最早的无功补偿装置，造价昂贵，操作复杂，因此在并联电容器补偿方式出现后，使用较少，但是在某些要求较高的场合，具有一定的优势：①能够提供平滑无极的无功输出，可以根据系统中无功负荷的变化灵活得对电压进行调整；②既可以做无功负荷，也可以做无功电源；③可以与强励装置配合，在系统高电压剧烈波动时进行调整。（2）并联电容器。电容器作为无功补偿装置，具有显著的优势。首先，它造价低廉，运行和维护简单，损耗少，效率高，并且几乎没有噪音。但是它只能作为无功电源使用，输出的无功是阶跃变化的，并且在系统电压急剧变化时失去调节作用。（3）并联电抗器。并联电抗器大多作为无功负荷使用，将电网电压限制在一定水平内，还可以与中性点小电抗配合，消除潜供电流。目前，大多采用损耗小、造价高的高压电抗器。（4）静止补偿器。静止补偿器（SVC）是近年来由于电子技术的进步而兴起的一种电力电子补偿装置。与以上三类补偿设备相比，可以对动态冲击无功负荷进行补偿。SVC最大的优点是可以快速进行调节。为了发挥这一优势，SVC通常工作于零功率状态。不过SVC造价昂贵，而相对便宜的电抗器与电容器配合使用已经可以满足大多数情况的补偿要求，因此实际应用范围不大。（5）静止无功发生器。随着电力电子技术的进步，比SVC性能更好的静止无功发生器（SVG）出现，不需要电容器等储能原件，体积和成本大大下降，并且调节迅速，调节范围广阔，具有很好的发展前景。
2 220kV变电站无功补偿容量的合理配置
2.1计算条件
首先应该确定是哪种类型，才能具有针对性的选择计算公式正确的计算，要考虑无功负荷的几大因素。他们分别是频率、幅值和速率。然后在确定无功变化的频率为每天达到的次数。如果幅值较大的话，应该把并联电容器作为首要选择。第一，10伏的负荷功率因数应该以0.9去计算。第二，按照国家相关的一些规定，当用户处在用电高峰期的时段，220千伏变电站主变变高公因数应该高于0.98。110千伏变电站应该高于0.95。但不是处在用电高峰期的时段，功率因数应该按照0.95以下计算。不同位置之间的电压数值，也存在很明显的差别。由于受到许多原因的限制，主变变压侧额定电流如果超过4000安培的话，将会出现损坏。所以主变低压侧最大的负荷容量为某一个值，当超过这一数值时，将会对供电造成损害。当负载率是最大或者最小的时候，都有独立的数值予以对应，在计算的时候一定要找准数值去计算。变电站与电容器并联的补偿有以下两点原因：第一，将主变的无功损害进行补偿；第二，一些无用功主要补偿在不同电压处在不同位置的无功缺额。
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2.2无功补偿容量计算
220kV变电站的容性无功补偿以补偿主变压器的无功损耗为主；对进、出线以电缆为主的220kV变电站，考虑充电功率可根据电缆长度配置相应的感性无功补偿装置。本变电站新建线路采用架空线，因此无功补偿配置主要考虑补偿主变压器的无功损耗。在电力系统中，变压器是效率最高的电气设备之一。其损耗可以按下列计算公式以有功及无功损耗形式求得。△P=P0+KTβ2PK；△Q=Q0+KTβ2QK；Q0≈I0%SN；QK≈UK%SN。（式中：P0——空载损耗(kW)；PK——额定负载损耗(kW)；Q0——空载无功损耗(kVar)；SN——变压器额定容量(kVA)；I0%——变压器空载电流百分比；UK%——短路电压百分比；β——平均负载系数；KT——负载波动损耗系数；QK——额定负载漏磁功率(kVar)）。上式计算时各参数的选择条件：(1)取KT=1.05；(2)变压器运行小时数T=8760h，最大负载损耗小时数：t=5500h；(3)I0%，UK%，P0和PK由变压器生产厂家提供。根据计算，该变电站2台主变压器有功损耗共计1.08MW，无功损耗共计39.42MVar。因此，建议配置2×20MVar的电容器组。
2.3功率因数选择依据
《电网规划设计技术原则（修订）》规定“220kV变电站的容性无功补偿容量应通过无功平衡计算确定，满足220kV主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.98；对于电缆出线较多的变电站和小水电外送地区的220kV变电站，可适当配置低压电抗器”。另外，按照《电力系统电压和无功电力技术导则（试行）》（SD 325—1989）规定“在系统轻负荷时，对110kV及以下电压等级的变电所，当电缆线路较多且在切除并联电容器组后，仍出现向系统侧送无功电力时，应在变电所中、低压母线上装设并联电抗器；对220kV变电所，在切除并联电容器后，其一次母线功率因数高于0.98时，应装设并联电抗器”。为此，本文以“负荷高峰时主变高压侧功率因数不低于0.98，负荷低谷时主变高压侧功率因数不高于0.98”作为220kV变电站无功平衡计算的功率因数选择依据。
2.4分组容量的合理选择
分组容量的选择要按照以下几个要求。第一，所有安装的补偿设施要引起母线电压的变动值，这个值一定不能超过额定电压的2.5%。对负荷调压变压器连接的电容器，电压出现的变动值不能超过某一额定的数值。第二，为了减轻成本的压力，尽量增大组件的容量，以便减少分组的数量。
结束语
总而言之，从经济性的角度来看，220kV变电站适合采用以并联电容器为主、并联电抗器为辅的补偿方式，补偿容量取10%~20%比较合适。变电站所带负荷较高时，补偿容量应设置得大一些。如果220kV变电所接的电缆线路较段，则可以采用按电压补偿的方式，也可以不配置并联电抗器。
参考文献
[1]王焕忠.220kV变电站无功补偿容量的合理配置[J].电工技术.2017(05).
[2]熊婕,黄淳,彭肖东,夏寒.220kV变电站无功补偿容量的合理配置[J].建筑工程技术与设计.2018(13).
[3]任维银.220kV变电站无功补偿容量配置分析[J].价值工程.2018(01).
论文作者:谢福星
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/7
标签：变电站论文; 负荷论文; 电容器论文; 功率因数论文; 容量论文; 电压论文; 变压器论文; 《电力设备》2019年第14期论文;