某220kV变电站无功补偿设计的研究

发表时间:2021/7/20   来源:《当代电力文化》2021年第8期   作者:吴承俊
[导读] 交流电力系统运行的目的是传输和消费能源,无功补偿在电力系统中具有十分重要的作用,
        吴承俊
        桂林丰源电力勘察设计有限责任公司    广西 桂林  541001

        摘要:交流电力系统运行的目的是传输和消费能源,无功补偿在电力系统中具有十分重要的作用,合理的配置无功补偿可以保持电力系统的电压水平,保证电力系统的稳定运行和用户的供电质量,并可以降低电网传输电能的损耗。本文针对某220kV变电站无功补偿情况及电网的实际情况进行深入的研究,从而合理的配置无功补偿设备,为同类工程设计提供参考。
        关键词:220kV变电站;无功补偿;设计;研究
        1.概述
        某220kV变电站为220/110/10kV三级电压,现有1台主变,主变容量为150 MVA,具有4回220kV 出线线路,220kV线路较长,总长度达到142km,110kV 出线线路网络正在逐步完善中,该变电站的负荷水平将逐步提高。该变电站在10kV侧安装了4组并联电容器,总容量30Mvar,同时在10kV侧安装了2组并联电抗器,总容量20Mvar(每组10Mvar)。所在区域电网最高电压等级为220kV,该区域电网小水电接入较多,风电容量较大,220kV线路较长。在实际运行中,该变电站的220kV母线电压最高值达到242.18kV,220kV母线电压偏高,但由于10kV母线电压不高,故10kV并联电抗器并未投入运行。现该变电站需扩建2号主变,扩建主变容量为150 MVA,本期配置4组并联电容器,总容量30Mvar,但由于现状10kV并联电抗器并未投入运行,故需对无功补偿进行深入研究,以确定本期是否需要增加10kV并联电抗器,确保变电站扩建后能安全稳定运行。
        2.变电站主变各侧母线电压实际情况
        根据调度自动化系统的数据,该变电站2020年~2021年主变各侧母线电压情况见表2-1。
表2-1                    变电站2020年~2021年主变各侧母线电压情况表


        从表2-1中可以看出,2020年、2021年该变电站的10kV母线电压水平较好;2020年该变电站的220kV母线、110kV母线电压偏高,2021年1~2月该变电站的220kV母线、110kV母线电压有所回落。根据初步查阅的结果,进一步对该变电站2021年1~2月220kV母线电压进行更详细的分析,该变电站2021年1~2月220kV母线电压情况见表2-2。
        表2-2                变电站2021年1~2月220kV母线电压情况表



        从表2-2中可以看出,随着该变电站所供的110kV网络逐步完善,供电负荷逐步提高后,2021年1~2月变电站的220kV母线电压有所回落,母线电压大部分时间维持在235.3~236.5之间,电压水平比2020年相对较好。
3.变电站小方式下主变各侧有功、无功输送情况
        为分析小方式下主变各侧有功、无功输送情况,提取了该变电站2020年~2021年丰水期、枯水期典型日主变负荷水平较低时主变各侧负荷情况,见下表3-1。
表3-1          变电站2020年~2021年典型日主变各侧有功、无功情况表
序号    年月日    主变220kV侧有功(MW)    主变220kV侧无功(MVar)    主变110kV侧有功(MW)    主变110kV侧无功(MVar)    主变10kV侧有功(MW)    主变10kV侧无功(MVar)    投入并联电容器数量    投入并联电抗器数量
(注:电力由母线流入主变为正,由主变流入母线为负)
        从表3-1中可以看出,在主变负载率较小(20%以下)且有电容器组投入的情况下,电容器组补偿的无功除向负荷输送无功外,剩余无功将向主变220kV侧反送;在主变负载率较小(20%以下)但无电容器组投入的情况下,未发生向主变220kV侧反送无功的情况;而在主变负荷稍大(达到30%)时,也未发生向主变220kV侧反送无功的情况。结合表2-2来看,2021年1月8日,变电站投入了2组电容器,从220kV侧流入主变的无功偏少,当天电压最高达到237.82kV;而2021年2月8日,变电站未投入电容器,未出现向系统反送无功的情况,当天电压最高为236.2kV,仅比上限值235.4kV略高。
         此外,2021年2月,该变电站在负荷低谷时期进行了并联电抗器的试投,在并联电抗器试投时,并联电容器组退出运行,并联电抗器试投后220kV母线电压维持在233.7~234.3之间,电压处于较好水平。
        由此可以看出,在负荷低谷时段未退出电容器组导致无功向220kV系统反送,且未投入并联电抗器吸收220kV线路轻载时的剩余充电功率,是220kV母线电压偏高的主要原因。
4.丰小方式潮流计算及电抗器配置
        设置该变电站主变压器抽头234/115/10.5,近区500kV变电站、220kV变电站电容器均退出运行,近区500kV变电站投入电抗180Mvar,近区220kV变电站投入电抗20Mvar,该变电站未投入电抗器及电容器。
        2022年在丰小运行方式下,220kV电压水平为236.3kV,该220kV变电站供电区110kV电压在116.3kV,电压偏高。当采取投入1组10Mvar的电抗器时,220kV电压降为235.6kV,110kV电压降为115.1kV,电压水平较为合理。
        2025年在丰小运行方式下,220kV电压水平为236.1kV,该220kV变电站供电区110kV电压在116.2kV,电压偏高。当采取投入1组10Mvar的电抗器时,220kV电压降为235.4kV,110kV电压降为115.0kV,电压水平较为合理。
        根据计算,该220kV变电站线路的充电功率为22.6Mvar,2022年丰小方式下无功盈余12.8Mvar,2025年丰小方式下无功盈余10.2Mvar,根据就地平衡原则,该220kV变电站在运行中需投入1组10Mvar电抗器。
        综上所述,本期扩建工程仅扩建主变一台,且根据电网规划,该220kV变电站在“十四五”期间无220kV线路接入的规划,本期扩建工程未改变220kV网架规模,该220kV变电站前期已按照20 Mvar的总容量分两组(每组10Mvar)配置并联电抗器补偿,配置容量已满足运行要求,因此本期扩建工程不需新增并联电抗器。
           经上述分析,本期扩建工程不需新增电抗器,为了更有利于运行方式的灵活调整,本期将10kV Ⅰ段母线原有 2号电抗器改接至10kV Ⅱ段母线,使得每一段母线上各有一组并联电抗器。
        该220kV变电站220kV母线电压在现状运行中偏高的问题,建议运行单位从运行管理方面着手,在负荷低谷时段及时退出电容器,实时监测母线电压,在适当时段投入并联电抗器,同时注意相邻220kV及以上变电站的运行配合,通过优化运行方式来调整220kV系统的电压处于合理范围。
5.结语
        220kV变电站属于较高电压等级的变电站,当其所供区域地方电源较多、220kV出线线路回路数较多、线路长度较长时,在负荷低谷时段容性无功剩余较多,较易出现母线电压偏高的问题,这时就有可能需要同时配置并联电容器和并联电抗器,负荷高峰时投入并联电容器提供容性无功,负荷低谷时投入并联电抗器吸收容性无功,确保变电站母线电压处于合理水平。在实际工程设计中,需要对电网、变电站现状运行数据进行详细分析,最终合理的配置无功补偿,使变电站安全稳定运行。
参考文献
[1]电力工程电气设计手册.电气一次部分. 北京:中国电力出版社,2013.
[2]电力系统设计手册. 北京:中国电力出版社,2014.
[3]罗福强.浅谈变电设计中的无功补偿[J].中国高新技术企业,2018.
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