馬文成

固原供電局，寧夏 固原 756300

并聯(lián)電容器對電力系統(tǒng)無功補償及電壓調(diào)節(jié)問題的探討

馬文成

固原供電局，寧夏 固原 756300

變電站并聯(lián)電容器可以對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行集中補償。通過對無功功率的合理補償，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓、使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運行。但在實際運行中，往往由于設(shè)計原因，無功負(fù)荷的分布不可預(yù)見性等因素導(dǎo)致變電站母線并聯(lián)電容器不能合理的補償無功和調(diào)節(jié)電壓。下面就某站10kV母線并聯(lián)電容器運行中存在的問題加以分析和探討。

并聯(lián)電容器；無功補償；電壓調(diào)節(jié)

某變電站電壓等級為110/35/10kV，兩臺主變?nèi)萘糠謩e為25000kVA和20000kVA的有載調(diào)壓變壓器，正常時20000kVA變壓器運行，另一臺主變熱備用，10kVⅠ、Ⅱ段母線經(jīng)分段開關(guān)聯(lián)成單母運行。10kVⅡ段母線裝TBB210-3600/3600Kvar成套電容器裝置，電容器型號為：BFFH4-11/－2×1800－1×3W密集型電容器，每組容量為1800Kvar，兩組共3600Kvar，其額定電流為89A，串聯(lián)電抗器型號為CKGKL-12/10-1的空芯電抗器，額定電抗率為1%。

1 運行中存在的問題

該站自2000年投運以來，因10kV母線并聯(lián)電容器的補償容量不合理致使電容器不能正常投入運行，因此，10kV母線輸送的無功負(fù)荷不能實現(xiàn)就地補償，從而不利于電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

1.1 并聯(lián)電容器投入時補償容量過剩

圖例分析如下：

圖1

上圖數(shù)據(jù)為該站10kV母線2011年有功、無功負(fù)荷平均值，從圖中可以看出，10kV母線年輸送無功負(fù)荷最大值為1500Kvar，最小值為500Kvar，平均值為1000Kvar。若投入一組容量為 的電容器時除補償了10kV母線輸送的無功負(fù)荷外，還向系統(tǒng)倒送無功容量800Kvar。按照規(guī)定，電力系統(tǒng)無功補償應(yīng)以分級補償，就地平衡的原則進(jìn)行，向系統(tǒng)倒送無功時將會引起過電壓，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到破壞。因此，向系統(tǒng)倒送無功是不允許的。

1.2 并聯(lián)電容器投入時對母線電壓影響較大

若正常運行時投入一臺20000kVA的有載調(diào)壓變壓器時，從圖A中可知10kV母線年輸送有功功率最大值為6000kW，最小值為3000kW，平均值為4500kW。正常運行時，在110kV母線確保電壓合格率的情況下，35kV及10kV母線通過有載調(diào)壓完全可以滿足各級母線電壓合格率的要求。當(dāng)電容器投入時，除補償了10kV母線輸送的無功功率外，還向系統(tǒng)倒送了大量無功。此時，變壓器輸出的無功功率減少，導(dǎo)致高壓側(cè)母線向系統(tǒng)輸送的無功減少而電壓升高。變壓器中、低壓側(cè)母線電壓隨之相應(yīng)升高，尤其低壓側(cè)母線電壓升高較大，而并聯(lián)電容器運行時向系統(tǒng)補償?shù)臒o功容量與其端電壓的平方成正比，電壓升高浮度越大，向系統(tǒng)輸送的無功容量越大，如此惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致電容器過電壓保護(hù)動作跳閘，系統(tǒng)其它設(shè)備超過額定電壓運行時，其絕緣受到威脅。此時，用有載調(diào)壓來降低電壓運行已不能滿足電壓合格率的要求。

1.3 并聯(lián)電容器退出運行時對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行的影響

變電站并聯(lián)電容器投入電網(wǎng)的目的是為了補償系統(tǒng)無功的不足，減少電源向系統(tǒng)輸送的無功功率，從而提高有功輸送容量。因電源向系統(tǒng)遠(yuǎn)距離輸送無功負(fù)荷時，在線路及變壓器等感性、容性元件及阻性元件上消耗一定的有功功率，因此，電源遠(yuǎn)距離大容量輸送無功不經(jīng)濟(jì)。變電站采用并聯(lián)電容器通過就地?zé)o功補償，可以降低電源向系統(tǒng)及用戶輸送的無功負(fù)荷，從而提高了有功輸送容量。相對于電源輸送無功時，變電站并聯(lián)電容器的單位容量費用最低，有功功率損耗最?。s為額定容量的0.3%～0.5%），一次性投資，運行維護(hù)簡便。因此用系統(tǒng)減少輸送的無功功率來相應(yīng)的提高有功容量的輸送能力，從經(jīng)濟(jì)性方面比較，并聯(lián)電容器投資成本小，最多1～2年可收回成本。因此，獲得了最好的經(jīng)濟(jì)效益。

從以上分析可以看出，當(dāng)該站并聯(lián)電容器退出運行時，據(jù)查10kV母線年輸送無功電能約760萬度。因此，在當(dāng)前負(fù)荷情況下，并聯(lián)電容器退出運行最不經(jīng)濟(jì)。

2 應(yīng)采取的措施

針對以上分析，該站10kV母線并聯(lián)電容器在電壓調(diào)整、無功補償過剩及運行經(jīng)濟(jì)性方面存在著相互制約的矛盾，如何解決這一問題，本人提出采取以下措施：

2.1 改變10kV母線并聯(lián)電容器的接線方式，改造圖如下：

圖2

圖3

圖2為原接線，改造前當(dāng)一組電容器投入運行時向系統(tǒng)輸送的總無功補償容量為Q1=U2ωC，式中：U為母線端電壓，當(dāng)f為工頻時，ω為一常數(shù)，C1=C2，因C1和C2并聯(lián)，所以C=C1+C2，即Q1=2U2ωC1。圖C為改造后的接線圖，總無功補償容量為Q2=U2ωC，式中：U為母線端電壓，當(dāng)f為工頻時，ω為一常數(shù)，C1=C2，因C1和C2串聯(lián)，所以C=C1/2，即Q2=U2ωC1/2。所以 Q1/Q2=2U2ωC1/U2ωC1/2=4，即Q2=Q1/4=3600/4=900(Kvar)。

通過計算可知，改造后兩組電容器串聯(lián)后再三相并聯(lián)接于電網(wǎng)時的總無功功率900Kvar。

考慮到后期無功負(fù)荷的增長給補償帶來新的問題，上述改造中在實際設(shè)備上可通過如圖C所示加裝一組隔離開關(guān)來實現(xiàn)，即通過操作拉開G2隔離開關(guān)，合上G1隔離開關(guān)來實現(xiàn)投入無功容量900Kvar。后期無功負(fù)荷增長較大時，可通過操作拉開G1隔離開關(guān)，合上G2隔離開關(guān)來實現(xiàn)投入無功容量 1800Kvar。

2.2 改變并聯(lián)電容器的接線方式后對系統(tǒng)及各元件的影響

2.2.1 對系統(tǒng)的無功補償情況

圖A中，按目前年平均輸送無功負(fù)荷曲線可以看出，年平均無功輸送容量為1000Kvar，改造后并聯(lián)電容器投入電網(wǎng)運行時補償?shù)臒o功容量為900Kvar，因此，可以實現(xiàn)就地補償無功的能力。對于后期無功負(fù)荷增長帶來的無功補償不足時，可通過操作 G1、G2隔離開關(guān)來實現(xiàn)電容器無功容量在900Kvar與1800Kvar之間轉(zhuǎn)換。

2.2.2 對電壓質(zhì)量的影響

改造后并聯(lián)電容器輸送的總無功容量為改造前的一半，因此電容器投入運行時對電壓的影響相對較小，當(dāng)各級母線電壓變化時可通過變壓器有載調(diào)壓裝置調(diào)整電壓，以及無功補償情況投退并聯(lián)電容器來調(diào)整電壓。

2.2.3 改造后的并聯(lián)電容器運行時的經(jīng)濟(jì)性

通過無功就地平衡補償，據(jù)查可實現(xiàn)年累計補償無功負(fù)荷約760萬度，相對電源系統(tǒng)輸送無功來說，可減少網(wǎng)損，提高電源輸送能力，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2.2.4 改造后對成套并聯(lián)電容器裝置各元件的影響

2.2.4.1 對電容器各參數(shù)的影響

2.2.4.2 對電抗器的影響

因電抗器額定電壓為10kV，額定電流為189A，改造后均在額定值范圍內(nèi)。

2.2.4.3 對繼電保護(hù)的影響

當(dāng)并聯(lián)電容器主接線改變后，其輸送的電流和各電容器承受的電壓相應(yīng)的發(fā)生變化，因此，原保護(hù)定值不能滿足需要，應(yīng)重新計算并整定，即可通過現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)整定兩套定值，當(dāng)電容器的無功容量在900Kvar與1800Kvar之間轉(zhuǎn)換時，切換相應(yīng)的定值實現(xiàn)保護(hù)功能。

筆者認(rèn)為通過上述改造后，可解決該站目前10kV母線無功負(fù)荷的補償問題，從而實現(xiàn)了該站并聯(lián)電容器長時間不能投入電網(wǎng)運行的難題，同時，提高了10kV系統(tǒng)的功率因數(shù)，優(yōu)化了電網(wǎng)運行方案，提高了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。

[1] 韓禎祥，吳國炎.電力系統(tǒng)分析. 浙江大學(xué)出版社, 2002年版，227頁

[2] 李堅,郭建文.變電運行及設(shè)備管理技術(shù)問答.中國電力出版社 ,2005年版，158頁

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.069

馬文成 學(xué)歷：大學(xué) 職稱：工程師。