盧國(guó)寧，龔樹(shù)東，孫懷宇，王宇飛，高 峻

（1.沈陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司電力設(shè)備工程局，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

較長(zhǎng)電纜進(jìn)線的66 kV用戶變電站無(wú)功分析及治理

盧國(guó)寧1，龔樹(shù)東1，孫懷宇2，王宇飛2，高 峻2

（1.沈陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司電力設(shè)備工程局，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

無(wú)功電量是考核用電企業(yè)的重要指標(biāo)，以受無(wú)功電量考核的某66 kV用戶變電站為例進(jìn)行分析，查找其受處罰的原因，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，提出了解決方案，為出現(xiàn)此類問(wèn)題的用戶提供參考。

較長(zhǎng)電纜進(jìn)線；66 kV用戶變電站；無(wú)功分析；治理

無(wú)功電量是考核用電企業(yè)的重要指標(biāo)，按照國(guó)家電網(wǎng)公司相關(guān)用電管理規(guī)定，月考核有功功率電量之和與視在功率電量之和的比值等于0.85不獎(jiǎng)不罰，在0.85～1獎(jiǎng)勵(lì)，小于0.85處罰。沈陽(yáng)地區(qū)某66 kV用戶變電站由于長(zhǎng)期功率因數(shù)過(guò)低，經(jīng)常被罰款。因此有必要對(duì)其功率因數(shù)較低的情況進(jìn)行分析，查找影響功率因數(shù)的主要原因并提出解決方案［1］。

1 現(xiàn)狀分析

某66 kV用戶變電站有兩路電源進(jìn)線，分別來(lái)自2座220 kV變電站。站內(nèi)主接線為線路—變壓器組接線，10 kV側(cè)為單母線分段接線，站內(nèi)共有2臺(tái)主變，分列運(yùn)行。主變及線路主要參數(shù)如表1、表2所示。

表1 某220 kV變電站主變參數(shù)

表2 某220 kV變電站線路參數(shù)

投運(yùn)以來(lái)，其考核點(diǎn)側(cè) （220 kV變電站出口側(cè)）的功率因數(shù)較低，一般為0.7左右，最低達(dá)0.363。按照相關(guān)用電管理規(guī)定，月考核有功功率電量之和與視在功率電量之和的比值等于0.85不獎(jiǎng)不罰，在0.85～1獎(jiǎng)勵(lì)，小于0.85處罰，故該變電站處于罰款狀態(tài)。

2 原因分析

該變電站的考核點(diǎn)側(cè)功率因數(shù)較低，而變電站的主變側(cè)功率因數(shù)較高，為0.95～0.99，因此應(yīng)從其考核點(diǎn)側(cè)功率因數(shù)的公式構(gòu)成進(jìn)行分析。

功率因數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：P為有功功率，kW；S為視在功率，kW。

由式 （1）可見(jiàn)，功率因數(shù)低的原因是有功功率P占視在功率S的比例較小?，F(xiàn)階段考核點(diǎn)側(cè)的有功功率僅為1～3 MW，容性無(wú)功功率是由運(yùn)行的電纜線路產(chǎn)生的，一般為2～3 Mvar，且固定不變，因此只有增大有功功率，才能提高功率因數(shù)。

當(dāng)每臺(tái)主變達(dá)到遠(yuǎn)期規(guī)劃負(fù)荷25 MW，且不考慮機(jī)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的感性無(wú)功功率時(shí)，兩個(gè)考核點(diǎn)側(cè)的功率因數(shù)將達(dá)到0.98，若考慮變電站的感性無(wú)功功率，此功率因數(shù)將更高?？梢?jiàn)當(dāng)該變電站的負(fù)荷增至遠(yuǎn)期負(fù)荷時(shí)，將不存在功率因數(shù)低的問(wèn)題。

綜上所述，現(xiàn)階段該變電站功率因數(shù)較低而受到處罰的原因主要有2點(diǎn)，一是由于其有功負(fù)荷較低，站內(nèi)2臺(tái)主變?nèi)萘扛鳛?0 MVA，負(fù)荷僅為1～3 MW，負(fù)載率達(dá)不到7.5%，大大低于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)載率指標(biāo)，即無(wú)法達(dá)到規(guī)劃的負(fù)荷指標(biāo)；二是由于長(zhǎng)距離的電纜線路產(chǎn)生較大的容性無(wú)功功率。

3 建議方案

為解決該變電站考核點(diǎn)功率因數(shù)低的問(wèn)題，可采取提高有功負(fù)荷或感性無(wú)功補(bǔ)償2種方式。從技術(shù)實(shí)施方面看，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，該變電站考核點(diǎn)的功率因數(shù)如需滿足考核要求，其每臺(tái)主變有功負(fù)荷應(yīng)達(dá)到8 MW。但從該變電站實(shí)際情況分析，短期內(nèi)有功負(fù)荷不會(huì)快速增加，故需采取感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞教岣吖β室驍?shù)。

感性無(wú)功容量可在66 kV或10 kV側(cè)增加電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。同容量的10 kV電抗器體積、噪聲雖大于66 kV電抗器，但66 kV側(cè)補(bǔ)償需相應(yīng)增加開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備及二次設(shè)備，造價(jià)將大大提高。同時(shí)該變電站66 kV側(cè)的電氣設(shè)備為線變組的GIS設(shè)備，在66 kV側(cè)無(wú)法增加補(bǔ)償設(shè)備。從可行性及經(jīng)濟(jì)性方面對(duì)比，采取在10 kV母線側(cè)安裝10 kV電抗器補(bǔ)償?shù)姆桨篙^為合理，可降低成本。

該變電站的現(xiàn)有負(fù)荷根據(jù)季節(jié)變化，在夏季、冬季現(xiàn)有的制冷空調(diào)設(shè)備、換熱機(jī)組等大的感性負(fù)荷投運(yùn)時(shí)，能增加有功功率及感性無(wú)功功率，抵消掉一部分容性無(wú)功功率，使電源側(cè)功率因數(shù)有所提高，但仍不能滿足考核標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)春季此類設(shè)備停運(yùn)時(shí)，有功功率及感性無(wú)功功率降低，容性無(wú)功功率占比變大，功率因數(shù)將大幅下降，故補(bǔ)償?shù)碾娍蛊鲬?yīng)能分組投切或平滑調(diào)節(jié)，以滿足不同負(fù)荷條件下的需求。

4 設(shè)備選擇

從該變電站的負(fù)荷變化看，補(bǔ)償?shù)碾娍蛊鲬?yīng)能分組投切或平滑調(diào)節(jié)，同時(shí)考慮遠(yuǎn)期負(fù)荷增大后，需補(bǔ)償容性無(wú)功容量，建議選取平滑調(diào)節(jié)型的SVG動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，其較并聯(lián)電抗器在容量調(diào)節(jié)、補(bǔ)償效果、日常運(yùn)行與操作、器件損耗、負(fù)荷逐期增加時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益、終期經(jīng)濟(jì)效益等方面都有較大優(yōu)勢(shì)［2-3］。

5 補(bǔ)償容量確定

5.1 變壓器的無(wú)功損耗計(jì)算

主變空載無(wú)功損耗計(jì)算公式如下：

式中：SNT為主變?nèi)萘?，MVA；I0為主變空載電流，A。

主變負(fù)載無(wú)功損耗計(jì)算公式如下：

式中：Uk為主變阻抗電壓，%。

變壓器的無(wú)功損耗計(jì)算公式如下［4-5］：

式中：KT為負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)，通常取1.05；β為主變負(fù)載率，%。

由計(jì)算得，1號(hào)主變無(wú)功損耗 （感性）為Qs1＝312.4 kvar，2號(hào)主變無(wú)功損耗 （感性） 為Qs2＝312.9 kvar。

5.2 1號(hào)進(jìn)線無(wú)功容量

電力電纜的充電無(wú)功容量為

式中：B1為每km電纜導(dǎo)納值，通常取8.91×10-5S；L為1號(hào)電纜長(zhǎng)度，通常取10.165 km；UN為線路電壓，通常取66 kV。

架空線的充電無(wú)功容量為

式中：d為架空線間距，通常取4 m；r為導(dǎo)線半徑，m；U為線路電壓，通常取66 kV；L為線路長(zhǎng)度，km。

1號(hào)進(jìn)線無(wú)功容量為

需要在10 kV母線側(cè)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置容量為

5.3 2號(hào)進(jìn)線無(wú)功容量

電力電纜的充電無(wú)功容量為

式中：L為2號(hào)電纜長(zhǎng)度，通常取9.926 km。

架空線的充電無(wú)功容量為

2號(hào)進(jìn)線無(wú)功容量為

需要在10 kV母線側(cè)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置容量為

5.4 容量選擇

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，并留有一定裕量，可在該變電站10 kVⅠ、Ⅱ段母線各安裝1套容量為5 Mvar的SVG型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，單套設(shè)備可實(shí)現(xiàn)-5 Mvar（容性） ～5 Mvar（感性）的平滑連續(xù)無(wú)功功率調(diào)節(jié)，且具有有源濾波功能。經(jīng)調(diào)試后，該裝置可改善考核點(diǎn)側(cè)的功率因數(shù)，滿足考核要求。

6 方案布置

新增的SVG平面布置可利用已有的電容器室改造布置，2套SVG應(yīng)放在靠窗戶位置，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。強(qiáng)迫風(fēng)冷方式主要是靠SVG本體自帶風(fēng)機(jī)，將設(shè)備的發(fā)熱量以最快速度排到戶外，其主要技術(shù)條件是排風(fēng)道要短，否則會(huì)影響通風(fēng)量，如果太長(zhǎng)，由風(fēng)機(jī)向外排出的風(fēng)會(huì)在風(fēng)道中形成窩風(fēng)、堵風(fēng)問(wèn)題，影響設(shè)備散熱，在夏季環(huán)境溫度較高時(shí)，還可能導(dǎo)致設(shè)備跳閘，因此建議2套設(shè)備靠窗戶擺放。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

從經(jīng)濟(jì)效益方面看，該變電站現(xiàn)在每月被罰電費(fèi)在春季時(shí)最大，每月約100萬(wàn)元，在其余季節(jié)稍好，最低會(huì)被罰款30萬(wàn)元，1年約被罰款600萬(wàn)元。而該變電站負(fù)荷在近2年不會(huì)增大太多，故如果靠提升有功負(fù)荷來(lái)提高功率因數(shù)，那么在2年內(nèi)至少還將被罰電費(fèi)1 200萬(wàn)元。

由以上分析，如果增加感性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，建議采用SVG平滑調(diào)節(jié)的無(wú)功設(shè)備，在該變電站10 kVⅠ、Ⅱ段母線各安裝1套容量為5 Mvar的SVG設(shè)備，總投資約400萬(wàn)元，可改善考核點(diǎn)的功率因數(shù)，還有望達(dá)到獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)指標(biāo)。因此，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益上，增加感性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是解決功率因數(shù)過(guò)低、避免被處罰的最好方案。本文從實(shí)際案例著手進(jìn)行分析，為同類用戶提供參考。

［1］ 王 晛.大連地鐵投運(yùn)對(duì)電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量的影響 ［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（7）：20-23.

［2］ 陳 晟.傳統(tǒng)無(wú)功功率理論及其局限性 ［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（7）：37-39.

［3］ 張維也.電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償采用的主要技術(shù) ［J］.黑龍江科技信息，2013，16（32）：99.

［4］ 李春東.SVQC型變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置與AVC區(qū)域控制系統(tǒng)接口方案研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（7）：18 -22.

［5］ 戈?yáng)|方，鐘大文.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣一次部分［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1989.

量符號(hào)的組合規(guī)則

1.對(duì)于兩個(gè)字母構(gòu)成的量符號(hào)，當(dāng)它們出現(xiàn)在公式中時(shí)，為避免誤解為2個(gè)量的相乘，其與另外兩乘的量之間一定要加居中圓點(diǎn) “·”或空出1／4個(gè)字的位置。

2.對(duì)于矢量相乘，不加乘號(hào)與加 “·”或 “×”的意義是各不相同的，千萬(wàn)不能隨意相互變換。

3.矢量相除，可采取以下方式表示：χ／y，χ·y-1，χy-1。采用斜杠 “／”作相除號(hào)時(shí)，同一行中的“／”不能多于1條。

當(dāng)分子或分母為多項(xiàng)式時(shí)，如采用斜杠 “／”，對(duì)多項(xiàng)式必須使用括號(hào)。

摘自 《量和單位的使用原則及方法》

Reactive Power Analysis and Control on 66 kV User Substation with Long Cable Lines

LU Guo?ning1，GONG Shu?dong1，SUN Huai?yu2，WANG Yu?fei2，GAO Jun2
（1.Shenyang Electric Power Survey and Design Institute，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.State Grid Shenyang Power Supply Company Electric Power Equipment Engineering Bureau，Shenyang，Liaoning 110003，China）

Reactive power is an important indicator for assessing electricity companies.This paper analyses a 66 kV user substation by reactive power of assessment to find out the reasons.By theoretical calculation，a solution are proposed，this paper is to provide a ref?erence for more and more users with similar problems.

Long cable lines；66 kV user substation；Reactive power analysis；Control

TM63；TM761＋.1

A

1004-7913（2015）11-0037-03

盧國(guó)寧 （1983—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃。

2015-07-19）