李福榮

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司）

0 引言

SVG（Static Var Generator），即靜態(tài)無功補(bǔ)償器，是為了壓氣站提高功率因數(shù)的無功補(bǔ)償設(shè)備。但目前SVG的補(bǔ)償策略為就地補(bǔ)償，而壓氣站主變的無功和輸電線路較長導(dǎo)致的無功損耗，使得考核點(diǎn)的無功與補(bǔ)償點(diǎn)的無功不一致。造成了SVG設(shè)備雖然一直在補(bǔ)償無功，但是考核點(diǎn)仍有部分無功，導(dǎo)致功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，從而每月被國家電網(wǎng)公司以《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》征收巨額罰款。

因現(xiàn)有SVG靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置沒有正確發(fā)揮其應(yīng)有的補(bǔ)償無功、平衡無功的作用，SVG靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置即使全月都處于運(yùn)行狀態(tài)，但宜昌和武漢等壓氣站的現(xiàn)場功率因數(shù)與國網(wǎng)電費(fèi)考核點(diǎn)的功率因數(shù)的數(shù)值差異巨大。國家現(xiàn)行電價(jià)制度中的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》規(guī)定，160kVA以上的高壓供電工業(yè)用戶，執(zhí)行功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.90，是強(qiáng)制性規(guī)定，必須遵守該規(guī)定的執(zhí)行條款內(nèi)容。所以為減少壓氣站SVG無功補(bǔ)償系統(tǒng)的功率因數(shù)力調(diào)電費(fèi)，必須提高國網(wǎng)電費(fèi)考核點(diǎn)的功率因數(shù)到0.90以上。

根據(jù)國家現(xiàn)行電價(jià)制度中的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，160kVA以上的高壓供電工業(yè)用戶，執(zhí)行功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.90，功率因數(shù)在0.90至0.70之間，每降0.01調(diào)整電費(fèi)梯度為月度正常電費(fèi)的0.5%，功率因數(shù)在0.70至0.65之間，每降0.01調(diào)整電費(fèi)梯度為月度正常電費(fèi)的1.0%，功率因數(shù)在0.65以下，每降0.01調(diào)整電費(fèi)梯度為月度正常電費(fèi)的2.0%。

設(shè)月度正常電費(fèi)為A萬元，功率因數(shù)力調(diào)電費(fèi)為B萬元，月度總電費(fèi)為C萬元，計(jì)算原理如表1所示。

某管道壓氣站主電力變壓器的無功和輸電線路較長導(dǎo)致的無功損耗，使得電費(fèi)計(jì)量考核點(diǎn)的無功與SVG設(shè)備補(bǔ)償點(diǎn)的無功不一致，再加上較長距離的110kV高壓架空線對于無功的影響，造成了SVG設(shè)備雖然一直在補(bǔ)償無功，但是考核點(diǎn)仍有部分無功，導(dǎo)致功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，是當(dāng)前功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)的根本原因，但通過邏輯優(yōu)化，采用SVG遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償系統(tǒng)，就能解決該技術(shù)難題。但某壓氣站從2018年下半年開始事實(shí)上形成環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，給正常的無功補(bǔ)償帶來了巨大的困難，本文的研究重點(diǎn)就是在壓氣站處于分列運(yùn)行方式、單母線運(yùn)行方式以及環(huán)網(wǎng)供電運(yùn)行方式下，長程功率的遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)無功補(bǔ)償怎么通過無功再調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)下的無功補(bǔ)償。

1 壓氣站實(shí)際案例分析

1.1 壓氣站環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)概況

表1 國家現(xiàn)行規(guī)定的罰款功率因數(shù)力調(diào)電費(fèi)與月度總電費(fèi)計(jì)算原理表

該壓氣站其負(fù)荷主要為電驅(qū)壓縮機(jī)及輔助系統(tǒng)、工藝設(shè)備、通信、儀表、照明及其他用電負(fù)荷, 站內(nèi)設(shè)電驅(qū)壓縮機(jī)3臺，單臺容量為7.2MW，正常情況下二用一備，同時配備了2臺2000 kvar的SVG無功補(bǔ)償設(shè)備。

該壓氣站是雙路110kV進(jìn)線線路，目前供電結(jié)構(gòu)為環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，即110kV開關(guān)UCB1、UCB2和CCB1處于合閘狀態(tài)，同時2號主變壓器處于停運(yùn)狀態(tài)，10kV開關(guān)CCB2處于合閘狀態(tài)。架空線路采用JL/G1A-240鋼芯鋁絞線，線路長12km，變壓器容量20MVA，空載電流0.4%，短路阻抗10.5%。站內(nèi)變壓器容量2000kVA，變壓器短路阻抗Uk%=6.02%，空載電流0.22%，如圖1所示。

1.2 實(shí)際案例結(jié)論

圖1 某管道壓氣站主接線圖

大多數(shù)情況下的壓氣站在輕載條件下，其外電輸電線路是其最大的無功產(chǎn)生源，站內(nèi)主電力變壓器的無功是次要的無功產(chǎn)生源，所以新型的SVG自動補(bǔ)償遠(yuǎn)調(diào)裝置正是應(yīng)對距離較長的輸電線路產(chǎn)生的無功來進(jìn)行無功再調(diào)節(jié)的，而且是以電網(wǎng)公司電費(fèi)計(jì)量考核點(diǎn)的無功進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。鑒于該壓氣站目前是雙路110kV進(jìn)線線路的環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，根據(jù)兩路110kV線路參數(shù)的基本數(shù)據(jù)，兩路110kV線路參數(shù)應(yīng)基本一致，即阻抗值大致相當(dāng)，但實(shí)際的無功試驗(yàn)證明，兩路110kV線路參數(shù)在阻抗值這項(xiàng)指標(biāo)上完全不同，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，可以判斷兩路110kV線路雖長度基本一致，經(jīng)過地容地貌看似一致，實(shí)際阻抗值的巨大差異，應(yīng)在于兩路110kV線路地容地貌實(shí)際存在差異，繼而線路對地的容抗、感抗存在巨大差異。

2 環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)下的SVG遠(yuǎn)端無功協(xié)調(diào)補(bǔ)償

2.1 SVG自動補(bǔ)償遠(yuǎn)調(diào)裝置基本組成

SVG無功補(bǔ)償裝置的主電路采用鏈?zhǔn)侥孀兤魍負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，Y形連接，10kV裝置每相由12個功率單元串聯(lián)組成，運(yùn)行方式為N+1模式。圖2為SVG裝置的連接原理圖。

圖2 10kV SVG無功補(bǔ)償裝置的連接原理圖

2.2 環(huán)網(wǎng)供電條件下的SVG遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)無功補(bǔ)償試驗(yàn)

該壓氣站兩條110kV線路，一條是12km左右的110kV石黃西線，一條是12km左右的110kV石黃東線，由于壓氣站停運(yùn)2號主變，1號主變由110kV石黃西線供電，因萬州地調(diào)合環(huán)壓氣站110kV母聯(lián)，故110kV環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)形成，壓氣站1號主變由110kV石黃西線和110kV石黃東線共同供電，而國網(wǎng)公司電費(fèi)計(jì)量點(diǎn)在遠(yuǎn)端12km處的兩個節(jié)點(diǎn)，由于環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)的形成，特別是壓氣站目前還處于輕載狀態(tài)，故若兩條線路參數(shù)不一致，兩條線路同時無功補(bǔ)償?shù)碾y度加大，同時還要考慮環(huán)網(wǎng)功率或越站功率的存在，經(jīng)某壓氣站環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)的環(huán)網(wǎng)調(diào)試試驗(yàn)工作證明，同為12km左右的110kV的石黃西線和石黃東線線路電氣參數(shù)不同，經(jīng)無功補(bǔ)償?shù)脑囧e試驗(yàn)證明，兩條110kV線路阻抗值差異較大，因壓氣站于2017年已經(jīng)進(jìn)行了無功補(bǔ)償遠(yuǎn)端調(diào)節(jié)試驗(yàn)，其試驗(yàn)工作工況針對的是兩臺主變同時運(yùn)行的單母線分段供電結(jié)構(gòu)，無環(huán)網(wǎng)現(xiàn)象，停運(yùn)2號主變加環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成后，原無功補(bǔ)償遠(yuǎn)調(diào)策略未發(fā)生變化，故形成石黃西線功率因數(shù)0.98以上，石黃東線0.52左右的局面，因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)存在，且兩條線路參數(shù)不同，試驗(yàn)線路阻抗值差異較大的同時，還要試驗(yàn)環(huán)網(wǎng)功率或越站功率的影響原供電的程度，壓氣站環(huán)網(wǎng)供電無功補(bǔ)償試驗(yàn)完成后，新的遠(yuǎn)端環(huán)網(wǎng)無功補(bǔ)償試驗(yàn)取得成功，總功率因數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.90以上。

但該管道從2018年以來，部分站場為了節(jié)本增效，110kV變電站的運(yùn)行方式開始由雙電源單母線分列運(yùn)行的方式，改為單電源單母線運(yùn)行的方式，這就給按分列運(yùn)行方式設(shè)計(jì)的兩臺SVG無功補(bǔ)償裝置的正常運(yùn)行造成了影響，外界電氣參數(shù)的變化，就需要對兩臺SVG無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行新的邏輯更改，來適應(yīng)既存在分列運(yùn)行方式和單母線運(yùn)行方式的新工況。

大多數(shù)情況下的壓氣站在輕載條件下，其外電輸電線路是其最大的無功產(chǎn)生源，站內(nèi)主電力變壓器的無功是次要的無功產(chǎn)生源，所以新型的SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)正是應(yīng)對距離較長的輸電線路產(chǎn)生的無功來進(jìn)行無功再調(diào)節(jié)的，而且是以電網(wǎng)公司電費(fèi)計(jì)量考核點(diǎn)的無功進(jìn)行動態(tài)協(xié)調(diào)補(bǔ)償。

3 復(fù)雜電網(wǎng)情況下的SVG遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償

3.1 SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)組成

如圖3所示，在安裝SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的過程中，需要考慮用戶側(cè)變電站事故狀態(tài)下的無功補(bǔ)償，所以這時候就需要考慮兩條110kV、兩臺SVG設(shè)備的協(xié)調(diào)無功補(bǔ)償問題，所以在這里首先解決這個問題，通過高速光纖將1號SVG和2號SVG無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行互連，同時要讓SVG設(shè)備采集10kV母聯(lián)110M，110kV母聯(lián)10M，110KV進(jìn)線CT，CT1，CT2信號。

圖3 SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)主接線示意圖

3.2 SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)事件邏輯

預(yù)先設(shè)定線路母聯(lián)合為1，電流互感器CT有電流為1，其事件邏輯真值表如表2所示。

綜合各種雙機(jī)補(bǔ)償情況后，相應(yīng)事件邏輯如表3所示。

同時將電費(fèi)計(jì)量用CT電流傳感器安裝于電網(wǎng)公司上級網(wǎng)側(cè)變壓器（110kV/10kV）的二次側(cè)，用于測量進(jìn)線電流，測得的電流信號通過光纖傳輸系統(tǒng)連接至SVG設(shè)備的主控板的信號輸入部分。在遠(yuǎn)端無功動態(tài)補(bǔ)償邏輯啟動后，SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)就利用此電流傳感器計(jì)算對側(cè)變電站的網(wǎng)側(cè)計(jì)量點(diǎn)（110kV或35kV）的功率因數(shù)或無功電流，為遠(yuǎn)端無功協(xié)調(diào)補(bǔ)償提供依據(jù)。SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中的遠(yuǎn)端電流互感器，要通過光纜傳輸系統(tǒng)，從中引出CT信號接入SVG主控板，從而在改進(jìn)邏輯控制下進(jìn)行無功補(bǔ)償。具體的SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)操作如下：

1）某管道某壓氣站的大功率電機(jī)處于閑置或檢修狀態(tài)；

2）出線開關(guān)處于分閘狀態(tài)，進(jìn)線處于合閘狀態(tài)；

3）合SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制電源，站控UCS發(fā)無功遠(yuǎn)端補(bǔ)償命令給SVG設(shè)備，此時SVG設(shè)備的控制軟件調(diào)整為無功遠(yuǎn)端補(bǔ)償協(xié)調(diào)模式；

4）站控UCS系統(tǒng)發(fā)合進(jìn)線開關(guān)命令給SVG設(shè)備，SVG設(shè)備啟動自身風(fēng)冷系統(tǒng)，等待風(fēng)冷運(yùn)行5min后，SVG設(shè)備啟動預(yù)充電系統(tǒng)，預(yù)充電成功合閘后，SVG設(shè)備上電，無功遠(yuǎn)端補(bǔ)償模式自檢，就緒（就緒狀態(tài)上傳給站控UCS系統(tǒng)）、無故障、無報(bào)警；

5）SVG設(shè)備就緒后，合電抗器旁路開關(guān)，SVG設(shè)備進(jìn)入無功遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償模式的待機(jī)狀態(tài)，等待站控UCS系統(tǒng)命令；

6）站控UCS系統(tǒng)發(fā)啟動命令給SVG設(shè)備，SVG設(shè)備根據(jù)兩路110kV或35kV進(jìn)線開關(guān)的狀態(tài)來判斷對應(yīng)補(bǔ)償參數(shù)的選值（兩路110kV或35kV線路補(bǔ)償?shù)膮?shù)提前下載到變頻器的軟件中，兩路補(bǔ)償參數(shù)可根據(jù)實(shí)際的主變參數(shù)、110kV線纜的型號、長度、間距等計(jì)算估算，并結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)而得出補(bǔ)償值）；

7）假定現(xiàn)補(bǔ)償I段母線，除了預(yù)先設(shè)定本段的補(bǔ)償參數(shù)外（容性無功），還要采集I段10kV側(cè)的站內(nèi)無功電流（一般為感性無功），此電流隨著站內(nèi)輔助用電的負(fù)荷變化會有波動；

8）SVG設(shè)備啟動無功遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償邏輯（改進(jìn)后算法），并根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定值和10kV側(cè)采集的電流信號進(jìn)行綜合計(jì)算，得出需要對本段線路需要補(bǔ)償?shù)臒o功。

3.3 SVG無功補(bǔ)償雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵點(diǎn)

1）需考慮無功補(bǔ)償?shù)那疤釛l件，SVG雙機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)適合于電網(wǎng)公司或供電局的電費(fèi)考核點(diǎn)在110kV或35kV側(cè)的遠(yuǎn)端（部分省份有近遠(yuǎn)端同時考核的情況，可根據(jù)算法整定計(jì)算，可以滿足功率因數(shù)達(dá)到供電公司的考核指標(biāo)）；

2）壓氣站內(nèi)10kV側(cè)的功率因數(shù)會滯后，具體的功率因數(shù)取決于實(shí)際的補(bǔ)償效果，但由于不是供電公司的考核點(diǎn)，可以不做考慮，以110kV或35kV側(cè)遠(yuǎn)端為準(zhǔn)。

以上的參數(shù)調(diào)整設(shè)置實(shí)際上是更改了SVG設(shè)備輸出的動態(tài)無功功率，大致簡化計(jì)算邏輯如下。①如果 SVG 輸出感性無功電流： 實(shí)際輸出無功 = 檢測無功 + 感性無功偏移系數(shù)× 設(shè)備容量；②如果 SVG 輸出容性無功電流：實(shí)際輸出無功 = 檢測無功 + 容性無功偏移系數(shù) × 設(shè)備容量。

在采樣點(diǎn)檢測到的遠(yuǎn)端無功的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際考核點(diǎn)的情況，進(jìn)行進(jìn)一步的修正。

4 結(jié)束語

SVG遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償雙機(jī)系統(tǒng)是應(yīng)對距離較長的輸電線路產(chǎn)生的無功來進(jìn)行無功再調(diào)節(jié)的，在原有的SVG設(shè)備上增加高速光纖，并修改相應(yīng)控制邏輯，同時適應(yīng)分列運(yùn)行方式、單母線運(yùn)行方式和環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式的新工況，能夠做到無功補(bǔ)償點(diǎn)的位置和電費(fèi)考核點(diǎn)的位置一致，保證將電費(fèi)考核點(diǎn)的無功補(bǔ)償為0，由于是SVG雙機(jī)協(xié)調(diào)補(bǔ)償，可以真正提高電費(fèi)考核點(diǎn)的功率因數(shù)，最終不會被電網(wǎng)公司征收功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，減少企業(yè)的運(yùn)營成本。

表2 SVG雙機(jī)遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償事件邏輯真值表

表3 SVG雙機(jī)遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)補(bǔ)償事件邏輯真值表

當(dāng)壓氣站處于環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)下，SVG無功補(bǔ)償遠(yuǎn)端協(xié)調(diào)系統(tǒng)要對兩條距離較長的輸電線路產(chǎn)生的無功進(jìn)行無功再調(diào)節(jié)，同時平衡環(huán)網(wǎng)功率或越站功率，在原有的SVG無功補(bǔ)償策略上增加再調(diào)節(jié)策略，并修改相應(yīng)控制邏輯，該再調(diào)節(jié)策略要根據(jù)不同的壓氣站現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，同時整個無功補(bǔ)償策略要適應(yīng)環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)的無功補(bǔ)償，也要適應(yīng)壓氣站分列運(yùn)行方式下的無功補(bǔ)償，并做到無功補(bǔ)償點(diǎn)的位置和電費(fèi)考核點(diǎn)的位置一致，保證將電費(fèi)考核點(diǎn)的無功補(bǔ)償為0，同時考慮SVG雙機(jī)互為備用的補(bǔ)償機(jī)制，才可以真正提高電費(fèi)考核點(diǎn)的功率因數(shù)，最終不會被電網(wǎng)公司征收功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，減少企業(yè)的運(yùn)營成本。