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
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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
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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）
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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.