110kV变电站无功补偿电容器组优化设计

江西电力第３５卷２０１１年第６期　文章编号：１００６—３４８Ｘ（２０１　１）０６－－００２５—０４　１　１０　ｋＶ变电站无功补偿电容器组优化设计　陈拓新，徐玉琴，张　丽　（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３）　摘要：在对目前江西省１１０　ｋＶ变电站电容器组配置情况进行调研的基础上。提出在３５　ｋＶ侧加装补偿电容器组　来提高变压器高压侧功率因数的设想。分析加装电容器组后对变压器损耗以及电网的经济效益的影响，从而提出　适合于江西省电力系统１１０　ｋＶ变电站电容器组优化设计的建议。　关键词：三绕组变压器；无功补偿；电容器组；优化设计　中图分类号：ＴＭ７１４．３　文献标识码：Ｂ　Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｓｅｔ　ｉｎ　１１０　ｋＶ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｎ　Ｔｕｏ－ｘｉｎ，Ｘｕ　Ｙｕ－ｑｉｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｌｉ　（Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｂａｏｄｉｎｇ　０７１００３，Ｈｅｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　０１＇１　ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｓｅｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｘｉ　１１０　ｋＶ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｌｌ　ｉｄｅａ　ｔｈａｔ　ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｓｅｔ　ｉｎ　３５　ｋＶ　ｓｉｄｅ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ，ａｎａｌｙｓｅｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉ￣ａｆｔｅｒ　ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｓｅｔ．ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｓｅｔ　ｉｎ　Ｉ　１０　ｋＶ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　Ｊｉａｎｇｘｉ　ｐｏｗｅｒ　ｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｓｅｔ；ｏｐｔｉｍｕｍ　ｄｅｓｉｇｎ　容器装设在１０　ｋＶ侧，首先是经济方面不合理，因为　Ｏ　引言　由于补偿和主要负荷不在变压器同一侧。补偿效果　并联电容器组容量的配置应使电网的无功功　不理想，即使下一级３５　ｋＶ变电站完全做到了无功　率实现分层分区平衡，各电压等级之间要尽量减少　就地平衡，ｌ　１０　ｋＶ主变的无功损耗仍可达到主变容　无功功率的交换［１】。目前，电力系统中１１０　ｋＶ变电　量的１０％～１２％，而电容器配置在低压侧，就会使主　站普遍采用在１０　ｋＶ低压侧加装并联电容器组以　变的无功损耗增加６％～８％．达到主变容量的１６％～　满足电网对无功功率的需求。一方面是出于节约无　１９％。这无疑是一笔巨大的浪费　。另外，在１０　ｋＶ　功补偿装置的造价考虑，另一方面是认为３５　ｋＶ侧　侧有负荷出现时还会受到电压的限制。而不能充分　负荷的无功应按照分层分区平衡的原则，由下一级　补偿。　变电站来补偿。但随着负荷的增长，仅在１０　ｋＶ侧　在当前国家节能降耗的大政方针下，如何节省　加装无功补偿装置的做法已经不能满足变压器高　主变的无功损耗也是亟待解决的问题。经过理论研　压侧对功率因数的要求［２－３］。　究，发现无功补偿装置在３５　ｋＶ侧可使主变节省约　电力系统中１１０　ｋＶ变电站三绕组变压器的主　１／３的无功损耗，并能使电网更加安全、稳定、经济　要负荷大部分集中在３５　ｋＶ侧。《并联电容器装置　的运行。　设计规范｝￣（ＧＢ５０２２７—９５）中明确指出：“高压并联电　通过对江西省赣西供电公司钤北１１０　ｋＶ变电　容器装置应装设在变压器的主要负荷侧”。并联电　站进行无功补偿容量的计算，提出几种补偿方案。对　收藕日期：２０１１－１０－２５　作者简介：陈拓新（１９８８－），男，研究生，从事智能电网无功优化研究。　比各补偿方案下变压器损耗、网损、电压质量以及　功率因数等指标，从而确定江西电网１１０　ｋＶ变电　站无功补偿的最优方案。　１　变电站补偿容量的确定　一般来说，目前新建１１０　ｋＶ变电站在初建时　都会依据１１０　ｋＶ变电站典型设计和ＧＢ　５０２２７—　１９９５（并联电容器装置设计规范》的要求，按照主变　压器容量的１０％～３０％确定电容器的安装容量。但对　已投运的变电站，由于所带负荷性质清楚，谐波电　压、潜供电流、暂时过电压等因素都已明确，电网电　压、系统短路容量、有功、无功情况十分清楚，此时　如果存在无功缺额就应根据变电站的实际情况考　虑增加无功补偿装置　。　依据《电力系统电压和无功电力技术导则》、　《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》　要求，由不同角度计算可得出不同的容量要求阎。现　以江西省赣西供电公司钤北１１０　ｋＶ变电站为例进　行分析计算如下。　１．１按最高负荷时变压器高压侧功率因数不低于　０．９５计算。　忽略变压有功损耗的情况下高压侧负荷为　Ｓ１　Ｓ３＋ｓＴ　（１）　ｔ唧＝等＝　＝０．６４２　（２）　ｃｏｓ￣＝Ｏ．８４１５　补偿容量为：　Ｑ＝Ｐ・（ｔａｎｔｐ－ｔａｎ（ａｒｃｃｏｓ　０．９５））＝ｌ１．５３　Ｍｖａｒ　（３）　１．２补偿容量按负荷所需补偿容量同时补偿补偿　变压器无功损耗和输电线路无功损耗计算　按照《电能质量技术监督规程》规定，１００　ｋＶＡ　及以上的高压供电的电力用户，在用户高峰负荷时　侧功率因数不宜低于０．９５；一般用户，功率因数不　宜低于０．９［６】。　１）重负荷时，所需补偿容量为：　Ｑｃ　ｆｔｇ￣０１　ｆ—ｌｔｇｔｐ２　ｆ）＝３．５５５　Ｍｖａｒ（４）　２）变压器需要补偿容量计算：　主变压器型号为ＳＦＳＺ１０－３１５００／１　１０、额定容量　为３１５００／３１５００／３１５００、阻抗电压百分比高、中、低分　别为１０．２４、－０．６９、７．０１；空载电流百分比０．１３％、变压　器空载损耗３４．７　ｋＷ、变压器额定负载损耗（中一低）　１８１．７　ｋＷ、（高—低）２１６．８　ｋＷ、（高一中）２０９．８　ｋＷ。变压　器不能自动调压，现已经在ｌ０　ｋＶ侧投入了无功补　偿容量为３　Ｍｖａｒ的电容器组，电抗率选择为４．５％。　江西电力第３５卷２０１１年第６期　空载漏磁无功损耗：　Ｑｏ　Ｓｏ＝Ｉｏ％・Ｓ￣ｘ１０－２－＿０．０４１　Ｍｖａｒ　（５）　额定负载漏磁功率：　Ｉ　ｌ：Ｕｒｎ％・Ｓ２Ｎ＞（１０＿２＿３．２２５６　Ｍｖａｒ　｛　１３＝　１３％・￥３ＮＸ１０－２＝５．６３２２　Ｍｖａｒ　（６）　【Ｑ　＝　・￥３Ｎｘ１０－２＝２．０１２８　Ｍｖａｒ　ｆＩ　：　‘　：３．４２２５　Ｍｖａｒ　｛ｌ　　厶　ｄ）址一０．１９６９　Ｍｖａｒ　（７）　ＩＩ　　二　吐：２．２０９７　Ｍ　ａｒ　取功率因数为０．９，即ｃｏｓｔｐ＝０．９，最大负荷时３５　ｋＶ　侧的功率为：　Ｓ￣＝２８．３＋ｊ１３．７　ＭＶＡ　１０　ｋＶ侧的功率为：　ｓ３＝８．５＋ｊ４．１１　ＭＶＡ　ｃ．２　△　１＝　１｛　＝５ｏ　１Ｎ　．７６５　Ｍｖａｒ　ＡＱｋ：Ｑ￣簧＝－ｏ．１９６　Ｍｖ８１＂　（８）　２　△Ｑ船＝　一＝０．１９８　Ｍｖａｒ　ｏ　３Ｎ　所以．变压器的无功损耗为：　ＡＱｒ＝Ｑｏ＋Ａ　１＋ＡＱｕ＋ＡＱ￣＝５．８０８　Ｍｖａｒ　（９）　３）计算出３５　ｋＶ侧和１Ｏ　ｋｖ侧在最大负荷下各　线路无功损耗总量为　ＡＱＬ＝２．４２　Ｍｖａｒ。　综合考虑变压器无功损耗、输电线路无功损耗　以及负荷所需补偿容量。得出总补偿容量为　Ｑ＝Ｑ　△Ｑ　－Ｉ－ＡＱＬ＝１１．７８　Ｍｖａｒ　（１０）　为满足各项要求，取两种计算方法的最大值，补　偿容量应为：　Ｑｉ２Ｍ￣ｍａｘ（Ｑｃ　＝１　１．７８　Ｍｖａｒ　由于在１０　ｋＶ侧投入了补偿容量为３　Ｍｖａｒ的　电容器组，则还需加装的电容器组补偿容量为：　Ｑｃ＝Ｑ￣．－－Ｑｃ１ｏ＝１　１．７８－３＝８．７８　Ｍｖａｒ　２比较各补偿方案下的变压器有功损　耗和无功损耗　现对钤北变实施３种无功补偿方案，见表１。　表１无功补偿电容器组配置方案　Ｍｖａｒ　江西电力第３５卷２０１１年第６期　变压器有功损耗和无功损耗的计算公式分别　公式。　如下：　配电网潮流计算的模型可以描述为：对一个有　ＡＰ＝Ｐｏ＋［（Ｐ２＋Ｐｓ）２＋（Ｑ２＋Ｑｓ）　］ｘＲｋ１　（１　１）　个节点的配电网，已知量为根节点（或电源点）的　＋（Ｐ２２＋　）　（聃Ｑ３２）　ｂ　电压　、各节点的负荷值Ｒ．ｉ　ＱＬ，ｔ（其中ｉ＝１，２，…，　△Ｑ＝、／（　）２．Ｐ０２＋　（１２）　１）、配电网拓扑结构和各支路的阻抗。待求量为　各节点的节点电压　（其中ｉ＝１，２，…，　１）、流经各　笋　ｂ　支路的功率　Ｑｊ（其中ｊ＝ｔ，２，…，肘一１）、各支路的　电流和系统的有功损耗等。　其中：Ｐ０为变压器的空载损耗；　令３５　ｋＶ侧负荷量与钤北变总负荷的比值为　Ｒ“为变压器ｉ侧的等效电阻　。采用前推回代法，实现网络损耗的程序计算。网　ＲＨ＝　．）　＝１，２，３；　、　（１３）　损计算结果见表３。　为变压器ｉ侧的等效电抗；　表３不同负荷情况下各补偿方案的网损值　ｋＷ　＝　１’２＇３；　（１４）　为变压器空载电流百分比；　％为变压器ｉ侧阻抗电压百分比；　为变压器ｉ次绕组的短路损耗；　为变压器ｉ次绕组的额定容量。　从表３的数据可以看出，３５　ｋＶ侧所带负荷量　计算出各补偿方案下变压器的有功损耗和无　与钤北变总负荷量的比值越大，方案３降低网损的　功损耗。见表２。　效果越明显。　表２各补偿方案下变压器的有功损耗和无功损耗　４比较各补偿方案对电压质量和功率　因数的改善效果　按不同补偿方案对钤北变进行无功补偿后，配　电网各节点电压、变压器各侧及各输电线路功率因　数计算结果分别如表４和表５所示：　从表２的数据可以看出，当采用方案二，即新　表４各补偿方案下的节点电压值　ｋＶ　投入的无功补偿电容器组加装在３５　ｋＶ侧时，能最　大程度地降低变压器损耗值。　３　比较不同负荷情况下各补偿方案的　网损降低效果　由于电力系统中阻抗的存在。电能在转换、输　送、分配过程中不可避免地伴随着大量的损耗产　生，并且损耗也是相当巨大的。因此设法降低网络　损耗也是电力系统的重要目标。　钤北变电站将无功补偿电容器组加装在３５　ｋＶ　侧后，必然使系统网络结构发生变化，所以，重新计　算网损显得尤为重要。　网损的计算公式可以分为两类。一类是根据系　统总网损等于全网各节点总净注入功率。用节点注　入表示的公式：另一类是根据系统总网损等于系统　中各支路损耗功率之和，用支路电流或功率表示的　江西电力裹５不同补偿方案下变压器各侧及输电线路功率因数　第３５卷２０１１年第６期　因数；同时，将对１１０　ｋＶ变电站无功补偿的配置起　到指导作用。总之，１１０　ｋＶ变电站电容器组优化配　置的研究，得到１１０　ｋＶ三绕组变压器中、低压侧不　同负荷情况下无功补偿的最优配置方案。给配电系　统带来了巨大的经济效益和社会效益。　参考文献：　【１】马乃兵．变电站并联补偿电容器组的配置【Ｊ】．电力电容　器。１９９９。２０（２）：ｌｌ一１４．　【２］杨道驰，于进杰，李威．变电站无功补偿容量的确定【Ｊ】．广　西轻工业，２００９，２６（５）：４５－４６．　【３】高平安，宋玉昆，赵铭．浅析变电站及配电网电容器容量　的合理配置　．黑龙江电力，２００３，２５（３）：１８４—１８６．　［４】李颖峰．考虑补偿电容时三绕组变压器经济运行分析田．　从表４和表５的数据可以看出．方案３对改善　供用电，２０ｏ８，２５（１）：２８—３１．　电压质量、提高功率因数的效果最为明显。　【５】马长林．１ｌＯｋＶ变电站并联无功补偿配置的选择与分析　叨．机电信息，２００９，９（２４）：１５３—１５４．　５　结束语　该项目的研究。对具备条件的变电站进行改　造，主变中压侧配置无功补偿，必将节省大量的有　【６］侯广松．变电站无功补偿电容器容量计算叨．山东电力　技术，２００６，３３（６）：３７—３８．　【７］谢良德，杜睿．在运行１１０ｋＶ变电站电容器容量的选择　【Ｊ】．湖北电力，２０１０，３４（１）：６１—６２．　功和无功损耗，降低线损，改善电压质量，提高功率　’’●＇●，’＇’＇●，●Ｄ］ｌｂ＇＇，，，，’’＇＇＇，，，＇】　’，，，，’，　＇，＇　，，’’’＇，＇●●＇’　＇，＇＇ｌ＇●＇＇＇＇Ｉ－●●，ｌ＇’’’＇＇’＇，，’’’Ｉ＇＇，，，　（上接第１７页）施工人员、维护人员的经验得到了　积累，管理和技术水平得到了迅速提升。截止２０ｌ１　年７月１５日，赣西供电公司易完成智能电表安装　【Ｊ】．电测与仪表，２００６，（０７）．　【３］朱兆优，饶运涛．低压电力载波自动抄表系统应用设计　叨．电工技术杂志，２００３，（０３）．　［４】翟章．电力通信几种主要传输方式的应用分析【Ｊ】．电力系　４４　３０３户，虽因集中器供货不足，只实现采集上线　３８　２０３户，但已采集成功３５　３８８户，采集成功率达　到９２．６３％。　统通信，２００６，　Ｄ６）．　［５］赵阳，周海军，邵世祥．一种远程自动电话抄表系统【Ｊ］．电　子技术，２００１，（０５）．　参考文献：　【１】邓文，赵伟，顾锦源，胡生．电能自动抄表技术及相关思考　【６】李晓娥．供电企业信息资源的整合【Ｊ］．电力信息化，２００５，　㈣．　【７］　佟显峰，孙孟波．低压电力线远程集中抄表系统的应用　【Ｊ】．电测与仪表，２００１，（Ｏ１）．　【２】朱庆豪，曾营．基于ＧＰＲＳ的远程自动抄表系统的设计　【Ｊ】．农村电气化，２００６，（０７）．　藕　囊