摘要：电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥了经济效益。110kV变电站多为终端和分支变电所，其合理的无功配置对提高负荷功率因数、减少电网有功损耗和改善电能质量有着十分重要的意义。在110kV变电站的设计中，应根据地区特点对无功补偿容量进行合理配置和选择。本文通过实例对110kV变电站无功补偿的配置原则和容量计算方法进行探讨分析，并提出合理配置110kV变电站无功补偿的要点。
关键词：电力系统；110kV变电站；无功补偿
1 无功补偿的原则
无功补偿应按国家有关规定执行，广西地区还要满足南方电网的技术原则。
（1）电力系统的无功补偿应按分（电压）层分（供电）区基本平衡的原则进行配置。分（电压）层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡，分（供电）区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足降损和调压的需要。
（2）变电站应结合电网规划和电源建设，合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。
（3）110kV变电站无功补偿以补偿主变压器无功损耗为主，并适当补偿部分线路的无功损耗。根据《电力系统电压和无功电力技术导则》（SD 325-1989），补偿容量可按主变压器容量的0.10～0.30确定，并满足110kV主变压器最大负荷时，其二次侧功率因数110kV不低于0.95，35kV、10kV不低于0.9。
（4）对于大量采用10kV～220kV电缆线路的城市电网，在新建110kV及以上电压等级的变电站时，应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。
2 110kV变电站无功补偿计算
在110kV变电站的设计中，变电站无功补偿以补偿主变压器无功损耗为主，并适当补偿部分线路的无功损耗。
以桂林地区某新建110kV变电站无功补偿计算为例。该站终期建设2×40MVA，本期1×40MVA。主变压器主要参数：额定容量40/40/40MVA；额定电压：110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV；阻抗电压：Ud1-2=10.5%，Ud1-3=17.5%，Ud2-3=6.5%。
110kV、35kV和10kV侧功率因数分别按0.95、0.9和0.9，变电站负载率按75%计算，35kV、10kV侧负荷按各占负荷容量的一半考虑。
2.1 主变压器的无功损耗
变压器的无功损耗包括变压器绕组漏抗无功损耗和励磁无功损耗。励磁无功损耗所占比例很小，通常忽略不计。
三绕组变压器的无功损耗根据每一绕组的漏抗及其通过容量分别计算。
首先计算三绕组变压器高、中、低压侧绕组的短路电压百分比：
三绕组变压器各绕组等值电抗为： 
三绕组变压器的无功损耗为：
S1、S2、S3分别是主变高、中、低压侧绕组通过的负荷容量（MVA）；U1、U2、U3分别是主变高、中、低压侧绕组的计算电压（kV）；Xd1、Xd2、Xd3分别是主变高、中、低压侧绕组的电抗值（Ω），Se是变压器最大容量绕组的额定容量（MVA）,Ue是各绕组额定电压。
由于主变各侧阻抗电压是折算到一次侧的值，在不考虑电压变化的情况下，计算电压取Ue，则
2.2 变电站的无功负荷计算
计算负载容量为S1=40×75%=30（MVA），则35kV、10kV侧消耗无功：
2.3 无功电源计算
110kV侧系统无功：
一般说，35kV及以下的架空输电线路的充电功率比较小，线路是消耗无功功率的。110kV的架空输电线路在传输功率较大时，线路为无功负荷，当传输功率较小时，线路就成了系统的无功电源。110kV架空送电线路充电功率为0.034Mvar/km，本工程110kV线路又仅30km，因此不计及线路充电功率。
2.4无功补偿容量
变电站需要补偿的容量为主变压器无功损耗和变电站无功负荷的总量与无功电源的差额，即
，因此变电站每台主变的无功补偿容量约为6.65Mvar，终期需装设13.3Mvar。为了满足片区容性无功配置需要，同时留出一定备用，考虑变电站本期装设1×（5+3）Mvar，终期装设2×（5+3）Mvar，补偿容量为变压器容量的20%。该站的主要负荷侧在35kV侧，因此主变35kV侧装设5Mvar,10kV侧装设3Mvar。
3 合理配置
（1）并联电容器的分组主要由系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定，电气一次专业根据设备选择要求提出意见。终端变电站的并联电容器装置，主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗，各组应能随电压波动实行自动投切，投切任一组电容器时，所在母线电压变化不宜超过电压额定值的2.5%。
（2）对于110kV主变压器带有载调压装置的变电站，应按有载调压范围分组，并按电压或功率因数的要求自动投切。
（3）电容器分组容量，应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。当分组电容器按各种容量组合运行时，不得发生谐振。本文未计算谐振，在实际工程设计中，需计算电容器谐振容量，校验分组容量是否合理。
（4）在系统轻负荷时，对110kV及以下的变电站，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，应在变电站中低压母线上装设并联电抗器。
参考文献
[1]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册.中国电力出版社
[2]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社
[3]35kV～220kV变电站无功补偿装置设计技术规定.DL/T 5242-2010
[4]电力系统电压和无功电力技术导则.SD 325-1989
[5]并联电容器装置设计规范GB 50227-2008
[6]向光燕.220kV及以下变电站无功补偿容量的计算与分析.科技创新导报.2013，05:46-49.
论文作者:兰利芳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/21
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