500 kV 岗市变无功功率下网问题研究

呙虎，李晨坤

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙410007)

500 kV 岗市变位于常德市区西北部，现有变电容量2 ×500 MVA。目前岗市变500 kV 出线有5回，分别是至石门电厂1 回，至五强溪1 回，至葛洲坝换流站1 回，至艾家冲1 回和至复兴1 回。220 kV 出线有10 回，分别是至石门电厂2 回，至铁山2 回，至零阳2 回，至浮桥2 回，至明山1 回和至创元1 回。运行中发现岗市变下网无功功率较大，一方面增加了主网网损，不利于经济运行;另一方面限制了主变有功功率的控制限额:当岗市2台主变下网无功功率之和≥350 Mvar 时，岗市、复兴3 台主变下网控制功率之和从1 100 MW 下降至900 MW，岗市2 台主变下网控制功率之和从650 MW 降至450 MW〔1〕。为做好地区无功功率平衡，降低无功功率下网较大对主变输送能力的抑制，有必要对岗市变无功功率下网问题进行分析研究。

1 运行现状

截止2012 年底，常德地区拥有发电装机2 647.9 MW，其中火电1 930.8 MW，水电717.1 MW。500 kV 变电站1 座，变电容量1 000 MVA;220 kV 变电站9 座(不含创元)，变电容量2 400 MVA。500 kV 线路5 条，长度494.057 km;220 kV 线路29条，长度988.072 km。常德地区220 kV 及以上电网结构示意图如图1 所示。2012 年常德电网不含创元的最大负荷为1 396.48 MW，最小负荷为322.05 MW。〔2，3〕

500 kV 岗市变无功补偿情况如下:1)高压并联电抗器270 Mvar，其中岗市—艾家冲线路岗市侧装有1 ×150 Mvar，岗市—复兴线路岗市侧装有1×120 Mvar;2)中压并联电抗器120 Mvar，装于岗市变220 kV 母线;3)低压并联电抗器240 Mvar，其中#1 主变35 kV 侧装有2 ×20 +2 ×40 (Mvar)，#2 主变35 kV 侧装有3 ×40 Mvar;4)未装设低压并联电容器。常德地区220 kV 主变低压侧并联电容器共计49 组，总容量336 Mvar;低压侧并联电抗器共计7 组，总容量70 Mvar〔2〕。

创元铝业为大型电解铝企业，位于常德市桃源县，分2 期建成。一期安装有载调压整流变压器4台，每台容量82.715 MVA，配置了4 ×15 Mvar 的并联电容器，但由于设备原因目前很少投入使用;2 期安装有载调压整流变压器5 台，每台容量117.543 MVA，未配置无功补偿设备。创元铝业的电解负荷基本稳定在有功功率约510 MW，无功功率约230 Mvar。创元铝业一方面通过铁山—创元双回线路和岗市—创元线路与主网相连，另一方面还有2×300 MW 的自备火电厂，厂用电负荷约30 MW左右。图2 为创元铝业的系统一次主接线示意图。

对2012 年和2013 年不同时间的运行监测数据进行整理，得到500 kV 岗市变的下网功率及分布数据见表1 所示。

表1 500 kV 岗市变下网功率及分布MW+Mvar

从表1 可知，500 kV 岗市变下网的无功功率大部分通过岗市—铁山、铁山—创元线路送往创元。创元电厂全停时创元从系统吸收的无功约230 Mvar;创元电厂满发时由于电厂发出的无功不同，创元铝业从系统吸收的无功大约从120 Mvar 至200 Mvar。

2 方案分析

根据文献〔4〕 “电力用户应根据其负荷性质采用适当的无功补偿方式和容量，在任何情况下，不应向电网倒送无功电力，保证在电网负荷高峰时不从电网吸收大量无功电力”的要求，为解决岗市变下网无功功率较大的问题，拟定以下3 种无功功率补偿方案:

1)在创元铝业加装无功补偿设备，使创元电厂不与系统发生无功交换。

2)增加创元电厂机组无功出力，使创元电厂不与系统发生无功交换。

3)在岗市变加装无功补偿设备，无功补偿容量与方案一相同。

2.1 潮流分析

以2012 年冬大方式为例，对3 种无功功率补偿方案进行潮流分析。补偿前的系统条件如下:创元铝业的负荷为496 MW、231 Mvar，220 kV 母线通过铁创双回与电网相连，岗创线备用;创元电厂2 台机组满发(功率因数0.97)，经过升压变后提供给创元铝业的无功功率为70 Mvar;创元铝业未投入无功补偿设备，从系统吸收161 Mvar 的无功功率，此时岗市变下网无功功率为301 Mvar;创元铝业220 kV 母线电压为225 kV，岗市500 kV 母线和220 kV 母线电压分别为528 kV，229 kV。

1)在创元铝业加装150 Mvar 的容性无功补偿设备，而创元电厂2 台机组保持功率因数0.97 运行，则创元铝业从系统吸收的无功功率减少至5 Mvar，此时岗市变下网无功为218 Mvar，比补偿前下降83 Mvar;创元铝业220 kV 母线电压为232 kV比补偿前上升7 kV，岗市500 kV 母线和220 kV 母线电压分别为530 kV，232 kV 比补偿前分别上升2 kV，3 kV。

2)增加创元电厂无功功率出力，将创元电厂2 台机满发时的功率因数从0.97 降至0.89，使电厂经过升压变后提供给创元铝业的无功功率达到217 Mvar，则创元铝业从系统吸收的无功功率减少至14 Mvar，此时岗市变下网无功为222 Mvar，比补偿前下降79 Mvar;创元铝业220 kV 母线电压为232 kV，比补偿前上升7 kV，岗市500 kV 母线和220 kV 母线电压分别为530 kV，232 kV，比补偿前分别上升2 kV，3 kV。

3)在岗市变加装150 Mvar 的容性无功补偿设备，则岗市变下网无功降至227 Mvar，比补偿前下降74 Mvar。此时创元铝业仍从系统吸收159 Mvar的无功功率。创元铝业220 kV 母线电压为229 kV比补偿前上升4 kV，岗市500 kV 母线和220 kV 母线电压分别为530 kV，232 kV 比补偿前分别上升2 kV，3 kV。

冬大方式下3 种方案的潮流计算结果对比见表2 所示。

表2 3 种无功补偿方案的潮流计算结果对比

对比3 种方案的潮流计算结果可知，方案1(在创元铝业加装无功补偿设备)和方案2 (增加创元电厂机组无功功率出力)均能明显减少创元铝业从系统吸收的无功功率，从而降低500 kV 岗市变下网的无功功率。方案3 (在岗市变加装无功补偿设备)虽然降低了岗市变下网的无功功率，但是大量无功功率仍然通过岗市—铁山—创元线路被创元铝业吸收。

2.2 网损分析

在冬大方式下，3 种无功补偿方案补偿前后全网网损计算结果见表3 所示。

表3 补偿前后网损计算结果 MW

从网损计算结果可知，方案1 (在创元铝业加装无功补偿设备)和方案2 (增加创元电厂机组无功功率出力)由于减少岗市下网无功功率的同时也减少了大量无功功率通过线路输送到创元铝业，因此网损水平基本相同，均比补偿前要小;方案3(在岗市变加装无功补偿设备)虽然减小了岗市下网的无功功率，但是仍有大量无功功率通过线路送往创元，因此网损水平虽比补偿前低，但比方案1和方案2 要高。

2.3 暂态稳定分析

在冬大方式下，3 种方案补偿前后对常益张地区500 kV 线路、主变和220 kV 线路进行暂态稳定计算，结果表明:

1)常益张地区500 kV 线路发生三相故障，3种方案补偿前后电网均能保持稳定。

2)岗市变、复兴变的高压侧、中压侧发生三相故障，3 种方案补偿前后电网均能保持稳定。

3)常益张地区220 kV 线路发生三相故障，3种方案补偿前后暂稳计算结果没有明显变化。

从暂态稳定分析的结果可知，3 种无功功率补偿方案对常益张地区电网的暂态稳定水平均没有明显影响。

3 结论

潮流、网损和暂态稳定的对比计算分析结果表明:方案1 (在创元铝业加装无功补偿设备)和方案2 (增加创元电厂机组无功功率出力)均能够有效减少创元铝业从系统吸收无功功率，从而降低岗市变下网的无功功率，同时没有降低系统的暂态稳定性;方案3 (在岗市变加装无功补偿设备)虽然也能降低岗市变下网的无功功率，但是较方案1 和方案2 效果要略差，网损水平也高之。

当创元电厂发生故障或停电检修时，方案2 所受影响要比方案1 大。因此，为解决岗市变无功下网较大的问题，建议采用方案1，即在创元铝业加装无功补偿设备。无功补偿设备的容量与创元电厂的运行状态有关，若考虑创元电厂2 台机组的功率因数均保持在0.97，创元铝业基本不与系统发生无功交换，则需要装设的无功补偿设备容量约为160 Mvar;若考虑创元电厂全停，创元铝业基本不与系统发生无功交换，则需要装设的无功补偿设备容量约为230 Mvar。

〔1〕国家电网公司华中分部. 华中主网2012 年冬季稳定规定〔S〕. 2012.

〔2〕湖南省电力公司. 2013 年度湖南电网运行方式(强电部分)〔R〕. 2012.

〔3〕湖南电力公司常德电业局. 2013 年度常德电网运行方式〔R〕. 2013.

〔4〕国家电网公司. Q/GDW 212—2008 电力系统无功补偿配置技术原则〔S〕. 北京:中国电力出版社，2008.