110千伏变电站10kV无功补偿装置的选择

摘 要：每个变电站原则上均应配置一定容量的感性无功和容性无功，一般可大致按主变压器容量的10%～30%估算。具体变电站配置无功补偿容量应根据无功规划和各地电网的具体情况进行计算分析，做出最佳补偿容量和配置方案，已达到电力系统经济运行和节省电力建设投资的目的。

关键词：变电站；小水电；充电功率；无功

对没有调相和调压计算依据的变电站进行无功补偿装置的选择及容量计算，一般从无功负荷和无功电源两方面考虑。

一、无功负荷

1、变压器自身无功功率损耗Q1=[S2×UK%/（Sn2×100）+I0%/100] ×Sn

其中：S 变压器实际负载容量；

Sn 变压器额定容量；

UK% 变压器阻抗电压百分比值；

I0% 变压器空载电流百分比值。

2、变压器供电无功负荷Q2=Scos ψ tan ψ

其中： S 变压器实际负载容量；

ψ 功率因数角，取cos ψ =0.9。

3、无功负荷QA=Q1+Q2

二、无功电源

1、110千伏网络提供的无功功率Q3=Stanθ

其中： S 变压器实际负载容量；

θ 功率因数角，取cosθ=0.95。

2、线路的充电功率Q4=单位长度的充电功率×线路长度（一般只计110kV及以上的架空线路和35kV及以上的电缆线路）

其中：送电线路和电缆线路单位长度的充电功率见《电力系统设计手册》（电力工业部电力规划设计总院编，中国电力出版社）和《两种无功功率补偿的计算方法》（济南大学学报（自然科学版）。

3、同步发电机Q5 （对于一般的变电站可不考虑此项）

某些专供小水电上网的变电站，由于通过该站上网的小水电较多，因此会导致变电站无功过剩、10kV母线电压较高的现象，此时，还应根据具体情况考虑小水电所产生的无功功率Q5=Ssinθ

其中： S 小水电容量；

θ 功率因数角，取cosθ=0.8。

4、无功电源QB =Q3+Q4+ Q5

三、无功平衡Qr=QB-QA

当Qr≈0，表示系统中无功基本平衡；

当Qr﹥0，表示系统中无功功率能够满足要求且有适量的备用，若数值较大则说明系统中无功功率过剩，需考虑加设电抗器补偿来维持系统平衡。

当Qr﹤0，表示系统中无功功率不足，应考虑加设电容器无功补偿装置。

四、实例计算

某110kV变电站主变容量1×40MVA，变压器阻抗电压UK%=10.5%；空载电流I0%=0.4%；该站以1回110kV线路接入某220kV变电站，其中单回架空线路长约20km；单回电缆（800 mm2）线路长约0.5km；本站现有10kV电容补偿设备1×（2×4008） kvar。

变电站投产后，原接入35kV变电站的小水电陆续转由该110kV站上网，小水电容量达19.89MW，因此造成近几年该站夏季出现无功过剩、10kV母线电压普遍较高的现象。

本期扩建1台40MW主变，线路维持原有状况不变；终期主变容量3×40MVA，双回线路接入该220kV变电站，线路长度与前期一致。要求合理配置无功补偿装置，满足变电站远期规划要求，并解决目前站内10kV母线电压普遍较高等问题。

计算分析过程：

首先根据前面公式计算各项数据， 通常取负载率为90%（重载）、60%（经济运行）和30%（轻载）三种情况分别计算，以计算变压器在各种极端状况下的无功负荷情况。

线路充电功率查表得架空线路单位长度充电功率为0.034Mvar/km；电缆线路单位长度充电功率为0.82Mvar/km。

由于通过该站上网的小水电较多，按功率因数cosθ=0.8考虑，可算出小水电的无功功率为Q=Ssinθ=19.89×0.6=11.9Mvar，根据小水电出力的特点，本工程分为夏季和冬季分别考虑该站的无功平衡。其中夏季考虑小水电无功出力，冬季不考虑。计算结果详见表1和表2。

根据夏季平衡结果可知，由于小水电无功出力较大，导致无功剩余较多，因此除重载情况可根据实际情况投入电容器组外，其他情况下均不需要电容器无功补偿。其中在经济运行情况下，无功有少量剩余，可以不投入电容器，无功基本保持平衡；而在轻载情况下，由于无功剩余较大，需投入电抗器来保持无功平衡，最高需补偿8.9MVar。根据母线电压波动范围不宜超过±2.5%的规定，单组电抗器容量不能超过6MVar，因此本工程需配置2台4000kvar电抗器才能满足要求。

根据冬季平衡结果可知，在重载情况下，每台主变可根据实际情况投入1台或2台电容器；在经济运行情况下，每台主变可投入1台电容器；在轻载情况下，可根据实际情况选择投入1台或不投电容器。由于前期工程已有2台4008kvar电容器组，因此本期还需配置1台4008kvar电容器。

根据平衡结果可知，远期本站3台主变时，需再增加2台4008kvar电容器。

综上所述，建议本期工程新增1台4008kvar并联电容器组和2台4000kvar并联电抗器组，并根据负荷及小水电出力情况灵活投切。

通过以上实例计算可以看出，变电站无功补偿容量的选择与该变电站变压器参数，线路类型和长度以及其他无功电源均有着密切的关系，只有根据变电站所在电网的具体情况才能确定该站所需无功补偿装置的具体类型和容量。

作者简介：王晶晶，注册电气工程师，1982年出生，2004年毕业于湖南大学电气专业，毕业后一直在从事变电站系统设计工作。