220kV变电站无功补偿容量配置分析

任维银

摘要： 国家电网在建设220kV变电站的过程中，通过把握无功功率的一些特点，解决系统稳定性的一些问题。电力系统的无功补偿将会与电压质量有着密切的关联。电力系统的无功电源在任何时期都不能违反分层和分压的基本策略。在调节过程中，能够灵活变通的使用。全局无功优化在实际中很难直接实现。为使局部无功优化达到理想效果，提出了一种220kV变电站无功补偿电源容量的实用计算方法。将主变压器、预测负荷和线路的无功损耗之和作为补偿容量，给出了相应的求解公式，并确定了分组容量。

Abstract： In the process of constructing 220kV substation， the national grid can solve some problems of system stability by grasping some characteristics of reactive power. The reactive power compensation of the power system will be closely related to the voltage quality. Power system reactive power can not violate the basic strategy of stratification and partial pressure at any time. In the adjustment process， it can be used flexibly. Global reactive power optimization is difficult to achieve directly in practice. In order to achieve the desired effect of local reactive power optimization， a practical calculation method of 220kV substation reactive power compensation power capacity is proposed. The sum of the reactive losses of the main transformer， the predicted load and the line is taken as the compensation capacity， and the corresponding solution formula is given and the packet capacity is determined.

關键词： 220kV；变电站；无功补偿

Key words： 220kV；substation；reactive power compensation

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）01-0144-02

0 引言

随着社会的不断发展，国民对用电量的需求越来越大，对于无功需求也相应增长，所以我国的配电系统呈现超负荷现状。基于此，相关工作人员如何针对配电网进行合理、高效的无功补偿是当下保证配电网进行安全运行的前提条件，这与国民能否获得高效、安全的用电有极大的关系。

1 配电网无功补偿装置与方式

1.1 配电网无功补偿配置 配电网无功补偿装置分为主变无功补偿装置和配变无功补偿装置。此外，并联电容器组是配电网无功补偿配置中的一个重要组成部分，其接线有多种，有三角形、星形、有双三角形和双星形之分。在配电网中的功能室产生无功，这就在工作中的平衡体系中弥补了无功的缺额，在实际运用中保持了无功的就地平衡，避免了长远距离的运输。配电网无功补偿配置的内部结构通常可以分为分散式的配电网无功补偿配置、密集型的配电网无功补偿配置两种，以上就是配电网无功补偿配置的情况。

1.2 配电网无功补偿方式 在电网使用的过程中，在变电站的变压器低压方向存在着电容器的无功补偿，也存在少数情况电容器的无功补偿安装在高压母线上。在某些特定情况下，如果无功补偿容量在某一点获得增加，将会造成从该点的电源点所接的串联电路和无功潮流都将会变小。这样来达到我们减少损耗电能的目的，提高用电效率的质量。①变电站集中补偿。变电站集中补偿是在配电网中进行无功补偿的常用方式，是指在变电站在10kV的母线侧面进行集中的补偿方式，主要进行补偿主变的无功损耗。变电站集中补偿装置包括并联电容器和并联电抗器。②配变低压集中补偿。在我国当前的压配电网中，配变低压集中补偿的方法是行业内最常用的一种补偿措施，也是公认的最适合现实的补偿措施。配变低压集中补偿在配变的380V中进行电路的集中补偿，它采用的容器主要是并联电容器。其中，它凭借安全、高效的优点，实现了电网无功的就地平衡。③线路杆上补偿。在我国，线路杆上补偿由于易受环境、气候、工作量大的一系列的限制，它的适应能力很差，所以在实际情况中采用的并不是很多。在实际施工中，它主要针对线路杆塔进行电容器的安装，从而达到实现无功补偿的目的。④用户终端分散补偿。用户终端分散补偿由于安装时的方便灵活，在实际施工的过程中一般用于工业负荷用户。用户终端分散补偿是对于用户自然功率因数偏低等情况研发出来的，所以可以根据用户设备的无功功率需求控制投切。

2 配电网无功补偿配置优化原则

2.1 设定装设无功补偿设备配变的最小容量 在进行配电网无功补偿的时候，首先要做的就是设定装设无功补偿设备配变的最小容量，因为配变容量和配变供电量都比较大的时候，装设无功补偿装置就会有降损的空间；但是配变容量和配变供电量都比较小时，纵使装设了无功补偿装置，也没有降损的空间，这就导致了投资方无法收回的结果。endprint

2.2 无功分级协调 在安装无功补偿配置的时候，相关的工作人员一定要从整体中考虑我国配电网无功补偿装置配置，并且一定要根据各地区不同的电压等级变电站、10kV及以下配电网、用户侧等方面，通过配电网无功配置情况的调查和研究，做出准确的判断和制定相应的计划。在文章中，笔者参考了三大地区的配电数据，主要由于各个地方不容性无功配置水平差异较大，导致功率因数差异较大[1]。在设置低压网无功的就地平衡时，要避免中压网甚至高压网为低压无功负荷提供无功补偿，避免大量跨越电压等级流动，导致网损增加的情况出现。

2.3 划分好无功管辖地区 在配电网中，无功管辖地区一定要参考、遵守就地平衡的首要原则。“就地平衡”在实际施工中，首先要划分“管理的地区”。一旦确定了无功补偿的“管理地区”，就相当于确定了无功补偿的地区和每个地区上无功补偿设备的管辖范围，只有这样，才能做到各管理单位和相关工作人員在实际施工中分级管理、各司其职的高效工作模式。在我国，100千瓦等以上用电的部门功率因数不能低于0.85以下，而一些农业上的用电功率因数要求在0.85以上，这要求着划分好无功管辖地区。

现下，配电网的无功优化在实现安全、经济、高效的电力系统中占有重要的作用。对配电网的无功补偿配置原则进行分析与探讨有利于达到配电网经济安全可靠运行的目的。

3 无功补偿电源容量模型与算法

无功补偿的计算方法有很多种，主要是对用户的要求功率进行补偿。大多数情况下，10千伏用户要求功率因数达到1.0。但是由于我国目前的状况限制了补偿的方式，还不能达到经济补偿的程度。具体情况是，当变电站以最大负荷方式下工作时，变电站需要用户完全不需要系统提供的无功。当不是处在最大负荷方式下工作时，这时用户应该合理的调整补偿容量，不给系统输送无用功。如果按照经济补偿的原则来计算，用户需要高科技的设备以及高水平的操作手段，同时也要付出许多资金。可以看到我国变电站运行的管理方式和设备都没达到理想状态，所以无功补偿设备的操作不能太频繁，也不能满足用户无功自平衡的基本要求，这些任务给电业部门带来了巨大的压力。

根据我国相关法律规定，当地处在用电高峰期的时段。用户的功率因数应该达到以下要求，一些用于生产的工业部门和高压供电应该配备调整电压的装置。功率因数低于0.9以下都视为不合格。其他100千瓦等以上用电的部门功率因数不能低于0.85以下，而一些农业上的用电功率因数要求在0.85以上。

当前投入使用中的大多数电力系统和用电用户中，都按照功率因数为0.9作为补偿。这种补偿方式和经济原则比较起来，电力系统无功补偿容量，则更占有优势。

3.1 计算条件 首先应该确定是哪种类型，才能具有针对性的选择计算公式正确的计算，要考虑无功负荷的几大因素。他们分别是频率、幅值和速率。然后在确定无功变化的频率为每天达到的次数。如果幅值较大的话，应该把并联电容器作为首要选择。第一，10伏的负荷功率因数应该以0.9去计算。第二，按照国家相关的一些规定，当用户处在用电高峰期的时段，220千伏变电站主变变高公因数应该高于0.98。110千伏变电站应该高于0.95。但不是处在用电高峰期的时段，功率因数应该按照0.95以下计算。

不同位置之间的电压数值，也存在很明显的差别。由于受到许多原因的限制，主变变压侧额定电流如果超过4000安培的话，将会出现损坏。所以主变低压侧最大的负荷容量为某一个值，当超过这一数值时，将会对供电造成损害。当负载率是最大或者最小的时候，都有独立的数值予以对应，在计算的时候一定要找准数值去计算。变电站与电容器并联的补偿有以下两点原因：第一，将主变的无功损害进行补偿；第二，一些无用功主要补偿在不同电压处在不同位置的无功缺额。

本着系统无功补偿容量充裕的原则，本文将220 kV变电站所需无功补偿电源容量定位为对主变压器、负荷侧和线路消耗的无功损耗的全额补偿，即

？驻Q=？驻QT+？驻QC+？驻QL（1）

式中，ΔQT为主变压器无功损耗；ΔQC为负荷的无功损耗；ΔQL为线路的无功损耗。

3.2 主变压器无功损耗计算

主变压器无功损耗计算公式为

式中，I0（%）为变压器空载电流百分比（%）；Ud（%）为需要进行补偿的变压器一侧的阻抗电压百分比（%）；Im为母线装设补偿装置后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值，kA；In为变压器需要补偿一侧的额定电流值，kA；Se为变压器需要补偿一侧的额定容量，MV·A。

根据上述公式，在主变压器型式确定的情况下，变压器无功损耗与主变压器各侧实际通过的功率有关，即与主变压器负荷率、中低侧负荷分布等有关[2]。

3.3 负荷无功损耗计算

负荷侧的无功损耗计算公式为

？驻QC=Qjs（tan？渍1-tan？渍2）（3）

式中，Qjs为计算有功负荷；？渍1为补偿前的功率因数角；？渍2为补偿后的功率因数角。

3.4 无功缺额的计算方法 当主变为承载最大负荷的情况时，220千伏变电站的变高功率因数应该按照0.98进行计算。通过变高功率因数可以把110千伏和10千伏区别开来。他们分别是0.95和0.9。当主变承载最小负荷的情况时。220千伏变电站的220千伏侧和110千伏侧的功率因数就相同了，都是按照0.95计算。而10伏一侧的功率因数依然按照原来的进行计算。

3.5 如何选择分组容量 分组容量的选择要按照以下几个要求。第一，所有安装的补偿设施要引起母线电压的变动值，这个值一定不能超过额定电压的2.5%。对负荷调压变压器连接的电容器，电压出现的变动值不能超过某一额定的数值。第二，为了减轻成本的压力，尽量增大组件的容量，以便减少分组的数量。

4 电力系统的无功补偿的意义和作用

从近几年来的发展形势上看，人们与电力系统的关系变得更加密切，这给如何合理科学用电提出了挑战，导致现如今用电方面出现一些问题。无功功率的出现，将人们的用电水平带入到了一个新的台阶，标志着用电系统取得了重大的突破。通过对无功功率的使用，改变了从前用电系统不平衡的局面，而且无功功率补偿可以把一些不平衡的系统纠正过来，为工业用电和人们生活用电保驾护航。

5 结束语

本文提供了一种220kV变电站无功补偿电源容量的实用计算方法，即将变压器无功损耗、负荷侧及线路的无功损耗之和作为补偿容量。这种方法解决了全局优化中存在的节点过多、变量过多、数据庞大以及难以求解的问题。下一步的研究重点将是在局部无功优化过程中建立经济性最优模型，在满足电压和功率因数合格的约束条件下求取最优配置。

参考文献：

[1]刘刚.220kV变电站无功补偿容量配置分析[J].供配电，2013（08）.

[2]肖中波.电网无功补偿的研究[J].电子世界，2017（01）：53-54.

[3]杜欢.220kV变电站无功补偿容量配置分析[J].广东输电与变电技术，2008（04）.endprint