110kV变电站动态无功补偿研究

2016-08-10刘乾坤

大科技 2016年8期

关键词：投切变电所电容器

刘乾坤

（国网重庆石柱县供电有限责任公司重庆石柱 409100）

110kV变电站动态无功补偿研究

刘乾坤

（国网重庆石柱县供电有限责任公司重庆石柱 409100）

随着我国电力行业的不断发展，电压等级越来越高，因为电网覆盖范围的不断扩大，导致电网受到多种因素的影响产生电源分布不均衡的现象，要保证电力系统的安全和供电可靠性密闭性要进行无功补偿。无功补偿的创新技术之一就是无功功率动态补偿，以动态无功补偿为主，改善电网质量、节约电能、提高变压器增容利用率满足增容需求、消除电磁污染和提高用电安全可靠性等功能；是静态无功补偿装置最理想的更新换代产品。本文主要阐述了110kV变电所动态无功补偿相关内容。

110kV；变电所；动态；无功补偿

引言

在110kV变电所中，电能质量的重要指标之一就是电压，电压质量的影响范围非常大，影响对象主要有人民生活用电、产品质量、线路损失等。而影响电压质量的一个重要因素就是无功电压，从本质上来说电压问题就是无功问题。因而解决好110kV变电所无功补偿问题具有十分重要的意义。

1 动态无功补偿装置简介

1.1 动态无功补偿装置的基本原理

动态无功补偿装置以三相大功率电压逆变器为核心，其输出电压通过连接电抗器或连接变压器接入系统，与系统侧电压保持同频、同相，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质与容量，当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。其原理如图1所示。

图1 动态无功补偿装置图

1.2 动态无功补偿装置组成

动态无功补偿装置主要由连接电抗器、启动装置、功率模块、控制系统等部分组成，如图2所示。

图2 系统组成示意图

1.2.1 数字控制与保护柜

在无功功率控制调整目标下，使动态无功补偿装置各功率单元接触器、隔离开关、冷却系统、保护装置和有关的安全系统协调运行，逻辑正确；可配备各种综合保护，满足在电力系统中设备安全运行的各种要求；为了满足用户的特殊需求，动态无功补偿装置的控制器可以根据需要增加辅助控制方式，动态无功补偿装置控制程序可根据今后电力系统的发展，或技术的发展灵活更新。

1.2.2 启动柜

通过大功率电阻，实现装置投入过程能量的缓冲；旁路大功率电阻，实现装置正常运行时的快速调节。

1.2.3 功率柜

动态无功补偿装置的核心是基于IGBT的链式逆变器。链式逆变器的每相由多个功率模块串联而成，采用N+2冗余运行。功率模块采用世界知名公司生产的IGBT器件制造，具有一致性好、电流密度高、性能稳定、开关速度快等特点。模块化设计，功率单元的结构和电气性能完全一致，可以互换。插排式设计，方便组装与更换。统一风道设计，装置散热更加可靠。

1.2.4 连接电抗器

用于连接动态无功补偿装置与电网，实现能量的缓冲；抑制逆变器连接到系统中引起的电流突变，起到平波的作用。

1.3 动态无功补偿装置特点

相对于传统的无功补偿设备，动态无功补偿装置具有以下优点：

（1）启动冲击小：动态无功补偿装置部分采用自励方式启动，启动快速且冲击电流限制在很小的幅值；

（2）任意组合的连续补偿范围：动态无功补偿装置可以从额定感性工况到额定容性工况连续输出无功，和固定电容器组合可构成任意范围的连续补偿；

（3）占地面积小：动态无功补偿装置以半导体功率器件构成的逆变器为核心，使用直流电容器储能，无SVC中体积庞大的滤波支路和电抗器，特别适合于对占地面积要求较高的场合；

（4）优异的谐波输出特性：动态无功补偿装置既可以输出近似正弦波的无功电流，也可以滤除谐波电流；

（5）高效率：动态无功补偿装置采用新型低损耗IGBT功率器件，直接输出电压范围1～35kV，省去了连接变压器，装置效率可达99%以上；

（6）超强补偿能力：动态无功补偿装置输出电流不依赖于系统电压，表现为恒流源特性，在系统电压跌落到20%时仍可以输出额定无功电流，具有更宽的运行范围。

1.4 动态无功补偿装置的作用

110kV变电所中运用动态无功补偿装置具有以下几点重要优势：

（1）真正实现无功自动跟踪投切。采用单片机对电网无功进行自动跟踪监测；对电容器投切电子开关进行全自动控制，响应及时迅速，杜绝了对电网危害甚大的过补现象。

（2）实现了对电容的等电位投入，零电流切除，投入切除一步到位，不会发生“投切振荡”和“合闸涌流”现象，彻底克服了以往交流接触器等机械触点投切电容器时涌流大，电压冲击大，打火、振动以及使用寿命短的缺点。

（3）调节更加精细。电容器分组采用8：4：2：1（容量之比）的比例，使用较少的电容器即可组成16种组合，并使调节更加精细。

2 运用动态无功补偿装置的意义

（1）能提高发、输、供电设备的利用率。使用本装置后，用户负荷功率因数将大为提高（接近1.0），电网与负荷之间交换的无功功率将大为减小，有功功率可相应增加，电网负载能力得到提高，从而提高了发、输、供电设备的利用率。例如一台1000kVA的变压器由cos准1=0.7提高到cos准2=0.95，变压器可相当于增容25%，可有250kVA的容量被增用。

（2）能降低输电线路损耗。线损与通过线路电流的平方成正比。功率因数越低，无功电流越大，造成的线损就越大。采用本装置提高了功率因数，线损也就大大的降低了。例如一条配电线路cos准=0.7，线损率为10%，将cos准提高到0.95，则线损可减少41%，即线损率可减少4.1%；若该线路送电平均功率为P=300kW，则补偿后可减少损耗功率ΔPQ=300×4.1%=12.3kW，全年可节约电量 ΔW=12.3×24（h）×365（d）=107748kWh。

（3）能提高电压质量。线路电压损失与线路电流成正比，提高功率因数减少线路无功电流，也就减少了线路电压损失。同时，本装置能显著抑制电压闪变，消减谐波，且能对不平衡负荷实现分相补偿，可使公用母线电压正弦波形畸变率和电网负序电压达到国家标准。

（4）减少用户开支，降低生产成本。例如某企业月平均用电量为100000kWh，月平均功率因数为0.7，按规定当月电费加收10%，以0.46元/kWh计算，当月应加收电费为：100000×0.46×10%=4600元。同时功率因数提高后，每月又可以节约一笔额外的线损电费。

3 110kV变电所动态无功补偿方案

3.1 某110kV变电所主接线

该变电所拥有两台主变。110kV侧有两回电源进线，2461线引至1号主变110kV侧，2462线引至2号主变110kV侧。110kV侧两端母线通过母线开关项链，系统110kV侧现有八回出现，系统35kV有两段母线。35kV1段母线下有两回负荷出现，两组并联电容器补偿装置。35kV二段母线下同样有两回负荷出现，两组并联电容器补偿装置。系统并联电容器组无功补偿和动态无功补偿装置主接线如图3所示。

图3 某110kV变电所无功补偿主接线图

3.2 动态无功补偿方案

加强对系统现有并联电容器补偿装置投切的控制，这样就可以使得系统的功率因素处于较高的水平。但是如果以负荷波动情况为依据多册对电容器组进行投切作业，就会导致电容器以及开关设备的使用寿命受到影响。并且如果是采用人工的操作方式的话，必须要将负荷情况作为依据进行电容器投切操作，这样就存在操作频繁以及可行性差的缺点。并且在负荷较轻的情况下允许用投入电容器组补偿的方法就是导致补偿过度。就目前情况来看，系统变压器容量的利用率只有55%以及61%，一旦负荷增加，那么现有的无功补偿设备就会无法对负荷无功补偿的要求进行满足，因而必须对无功补偿装置进行扩容。但是如果采用并联电容器组，那么并联电容器组必须进行成组投切，很容易导致补偿过度的现象。

所以可以对目前系统中备用的3360线路上的开关柜进行利用，在系统中增加一套动态无功补偿装置，将其安装在35kV二段母线上。运用该无功补偿装置可以实现无功补偿容量的连续动态可调性，可以达到以下目的：①能够对电容器的投切次数进行显著的减少，对设备的使用寿命进行延长；②能够对系统电压进行有效的稳定；③能够对无功功率的动态补偿进行实现，从而解决过度补偿或者补偿不够的现象。