引黄工程北干线平鲁泵站无功补偿浅析

李 鹏

（山西黄河水文化发展有限公司，山西 太原 030002）

1 引黄工程北干线简介

万家寨引黄工程位于山西省西北部，该工程由总干线、南干线和北干线组成，长约449 km。总干线由万家寨大坝至偏关县下土寨分水闸；南干线由下土寨分水闸至宁武县头马营；北干线由下土寨分水闸向东和至大同市附近。年设计引水总量12亿m3，南干线向太原市供水6.4亿m3，北干线经偏关、平鲁、朔州、山阴、怀仁至大同市附近供水5.6亿m3。北干线工程主要包括1座平鲁地下泵站、4座调节水库及3座调流阀室等。北干线每年10月至次年7月引水期间，平鲁泵站运行向大梁水库蓄水，以解决八九月停止引水期间北干线各供水区的用水。

2 平鲁泵站供电、运行方式

2.1 供电方式

平鲁泵站年运行约7300 h（每年除八九月外，其他时间基本连续运行）。泵站负荷包括泵站用电和大梁水库用电等。泵站最大用电负荷约8.8 MW，泵站电源采用双回线路主备供电，主电源采用引自井坪变电站的110 kV进线，线路全长5.57 km；备用线路为下土寨变电站的下大线，线路全长47 km；另外引一条10 kV母线作为泵站备用电源。供电系统110 kV侧采用单母线接线方式，10 kV侧采用单母分段接线方式，站内安装2台SZ10-8000/110主变压器。

2.2 机组运行方式

平鲁泵站安装有5台单级双吸卧式机组，正常工况3台运行、2台备用，最大负荷时考虑同时运行4台，1台备用。5台机组各配套1台变速异步电动机，机组容量1800 kW，额定功率因素为0.86（滞后），额定电压10 kV，对应设置5台变频器装置用于机组启动和变速运行，转速变化范围为100%~90%，且机组也可退出变频器做定速运行，定速运行时无功补偿装置投入运行。

3 平鲁泵站无功补偿容量分析

根据供水需求的变化，北干线机组运行方式会发生相应变化，考虑4台机组同时运行，其所带泵机负荷的功率因数按0.85考虑，通过计算得出以下两种方式运行时无功补偿容量为：平鲁泵站负荷由井坪站110 kV线供给（井坪接自铺上）；平鲁泵站负荷由方城站110 kV线供给（方城经下土寨至平鲁）。

根据计算结果可知，平鲁泵站10 kV母线电压达到10.2 kV时，以上两种方式运行需装设2.6 Mvar并联电容器，此时主变二次侧功率因数均可达到0.94以上。按照电网实际要求，系统侧功率因数一般需达到0.97左右，因此需将无功容量补至3.2 Mvar以上，平鲁泵站在两种不同运行方式下功率因素才能满足电网要求，泵站母线电压在允许范围内，满足运行要求。

4 平鲁泵站无功补偿装置

平鲁泵站无功补偿为SVG（静止无功发生器），设备型号为XDVAR-L10/3.2/3.2，型式为链式，额定输出容量为3200 kvar。SVG无功补偿装置采用一体化独立金属柜体设计，其中包括控制系统、功率单元、电抗器和启动装置等，各个功能单元分别装于一立式封闭金属柜内，并构成一个紧密的整体。SVG装置经高压电缆接至10 kV母线。成套装置采用全控型元器件IGBT，系统总电路采用链式串联结构，星型连接，SVG功率电力电子元器件采用直接空冷+强制风冷却方式。

此型号SVG原理是将自换相桥式电路通过变压器或电抗器并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，通过控制其交流侧电流就可使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。在补偿容量足够的前提下，10 kV母线侧的实时功率因素数值高于0.96，动态响应时间不大于10 ms。无功功率输出特性为电流源输出，在系统电压降低到20%仍能输出额定无功电流。

本装置由4个功率柜、1个控制柜、1个启动柜和连接变压器组成。

5 无功补偿在平鲁泵站中的作用

北干线平鲁泵站10 kV母线侧并联SVG无功补偿装置，在实际运行时，主要控制目标是无功功率及母线电压，同时起到补偿谐波的作用。

设定电压参数后，根据目标值调节自身的无功输出，以满足线路中恒定电压的要求；装置提供恒无功和负荷补偿两种方式：当系统电压低于设定的电压值后，装置输出容性无功以提升系统电压。当系统电压高于设定值，装置输出感性无功以降低系统电压。

平鲁泵站的高压变频装置整流桥的交流侧是谐波电流源，别博电流注入引黄工程供电系统后，会在系统各处电压产生谐波分量，有可能与供电系统形成串联或并联谐振，还可能会引起更为严重的谐波放大问题。而泵站装设的无功补偿装置通过计算补偿对象中的谐波和无功等电流分量，可对大小和频率变化的谐波进行补偿，同时设定补偿基波无功和补偿谐波的情况下，装置优先补偿基波无功，然后在容量范围内补偿相应的谐波。

通过以上方式，SVG装置动态跟踪平鲁泵站电能质量变化，根据变化情况动态调节无功输出，保证了泵站的无功补偿和无功平衡，对平鲁泵站在负荷变化下的高功率因素、低损耗运行，增加110 kV线路有功功率的输送比例，降低线路损耗，提高经济效益发挥了积极作用，同时该装置运行调节特性好，保障了泵站机组运行稳定性，提高了系统安全性。

目前平鲁泵站已投入运行，运行情况良好，无功补偿设计合理，满足安全可靠运行的要求。