220kV变电站最大电容器可投入量研究
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广西 电力 2 0 0 6年 第 5期 2 2 0 k V变电站最大电容器可投入量研究 S t u d y a b o u t M a x i mu m Pe r mi s s i b l e Op e r a t e d Ca p a c i t y o f Ca pa c i t o r s i n 2 2 0 k V S u b s t a t i o n 白先红,吴 雪松,周 航,梁道辉 B AI Xi a n h o n g,W U Xu e s o n g,Z HOU Ha n g,LI ANG Da o-h u i (广西电力工业勘察设计研究院,广西南宁5 3 0 0 2 3)(Gu a n g x i E l e c t r i c P o w e r I n d u s t r y I n v t i g a t io n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e,Na n n i n g 5 3 0 0 2 3,C h i n a)摘要:针对实际运行中存在的因电压太高使得电容器组无法投入运行的问题,计算分析了最大电容器可投入量与变压器 参数、限流电抗器参数、负荷大小、负荷功率因数等多种因素的关系,从而对合理配置补偿电容器给出了相应的建议。关键词:电容器;最大可投入量;无功配置 Ab s t r a c t:Gu a n g x i El e c t r i c P o we r I n d u s t r y S u r v e y a n d De s i g n I n s t i t u t e,Na n n i n g,Gu a n g x i F a c i n g t h e p r a c t i c a l p r o b l e m o n u n a l l o we d o p e r a t i o n o f c a p a c i t o r s a t t o o h i g h v o l t a g e s,r e l a t i o n s b e t we e n ma x i mu m p e r mi s s i b l e o p e r a t e d c a p a c i t y o f c a p a c i t o r s,t r a n s f o r me r p a r a me t e r s,c u r r e n t l i mi t i n g r e a c t o r s,ma g n i t u d e s an d p o we r f a c t o r s o f d e man d we r e cal c u l a t e d an d an a l y md,S O t h a t r e a s o n a b l e i n s t a l l a t i o n o f c o mp e n s a t i o n c a p a c i t o r s i s s u g g e s t e d Ke y wo r d s:c a p a c i t o r;ma x i mu m p e rm i s s i b l e o p e r a t e d cap a c i t y;r e a c t i v e po we r:s u p p l y 中图分类号:TM7 6 1 文献标识码:A文章编号:1 6 7 1 8 3 8 0(2 0 0 6)0 50 0 2 00 3 1 引言 经计算表明,2 0 0 5年丰水期大方式广西 电网 2 2 0 k V层的充电功率 约 1 0 2 6 Mv ar,可平衡该层的 各种无功损耗(包括线路、升压变、降压变、串联限流 电抗器总共 1 7 3 0 Mv ar)的 5 2,但 尚有 4 8 的无 功损耗需要装设电容器补偿,所以,在 2 2 0 k V层装 设一定数量 的无功补偿是必要 的。目前,广西 电网 绝大多数变电站在新建或扩建主变设计时,一般按 变压器容量 的 2 0 进行 配置。然而根据 长期 运行 经验发现,有时候遇到了在 同一座 2 2 0 k V变 电站 中 既有无功缺额又因电压太高难 以投入电容器组的 自 相矛盾的局面。为 了解 决这一 问题,使规划设计阶 段配置的无功补偿容量更好 地满足实 际运行需要,我们开展 了 2 2 0 k V变 电站最:大电容器可投 入量 的 研究工作。2 影响电容器可投入量的主要 因素及相互 关 系 在无功规划中发现,在 2 2 0 k V层装设电容器所 带来的 主要 问题 之一是 补偿量 的问题。一般情况 下,如果运行时电容器投入太多,可能使电容器母线 电压超越上限。由于电压的制约,每座 2 2 0 k V变电 站能够投入的电容量是有限的。为了不浪费资金,规划的总电容量不应超过变电站变压器能投入的电 容最大值。经过调相调压计算发现,2 2 0 k V变电站 各变压器所能投入的电容最大值主要与电网结构、变压器参数、限流电抗器参数、负荷大小、负荷功率 因数、电网电压水平、中低压侧 电压限额(按现行 电 压考核标准)等多种条件有关。为便于分析,下面以 杨柳变电站为例说 明 2 2 0 k V变电站可投入 电容 的 最大值与这些条件之间的关系。计算时所采用的电 网结构、变压器参数、限流电抗器参数按照 目 前实际 收稿 日期:2 0 0 60 4-1 5 作者简介:白先红(1 9 7 5一),女,【师,毕业 于河海大学,主要从事 电力系统规 划与研究工 作。维普资讯 http:/ 2 0 0 6年 第 5期 广西电力 情况,电网电压水平采用对广西网的潮流计算结果。杨柳变 电站主要参数如下:2 1 2 0 MV A主变,变 压器 分接 头额定 电压 为 2 3 081 2 5 1 2 1 1 1 k V;变电站高压侧 电压限定范围 2 1 3 4 2 3 5 4 k V;变 电站 中压侧 电压 限定 范 围 1 0 6 7 l l 7 7 k V;变电站低压侧电压限定范围 l 0 1 0 7 k V。2 1 变 电站可投入 电容的最大值 与负荷量之间的 关 系 杨柳变电站变压器高压侧分接头额定电压按照 实际情况(2 3 0 81 2 5),在 2 0 7 2 5 3 k V范 围 内调节,中低压侧额定电压为 1 2 1 k V l l k V。在本 次计算 中,为使在逐步增加 电容投入量的过程 当中 不使电容母线的电压超高,必须配合变压器抽头调 高,伴随而来的问题是 1 1 0 k V侧 的电压不 断下降,当抽头调到不能再调时(抽头调节到头或者 l l 0 k V 侧的电压下降到下限),逐步增加电容投入量使低压 侧电压 达到上限,求得 的电容 投入量就是对应于此 负荷下的最大无功投入量。剩下的问题就是有功负 荷和无功负荷与电容最大值之间的关系了。计算的 有功负荷采用 8 5 MW,1 4 4 MW和 1 9 2 MW,无功负 荷采用 0 8 0 Mv a r。从计算结果得出三个主要规 律如下:在无功负荷一定的情况下,可投电容最大值 随着有功负荷 的增加而增加;在有功负荷一定的情况下,可投电容最大值 随着无功负荷的增加而增加;当杨柳变负载率超过 4 2(功率因数 0 9 0)时,投入电容器达 变压器容 量 的 2 0,即 4 8 Mv a r 时,电压不超标。2 2 变电站可投入电容的最大值与变压器 阻抗值 及串联限流电抗器阻抗值之 间的关系 为了限制短路 电流,广西电网有相当多的电压 等级为 1 0 k Vf 2 2 0 k V变压器 的低压侧装有 串联限 流电抗器,而串联限流电抗器的阻抗值和变压器本 身的阻抗值对可投入电容最大值影响很大。由于变 压器阻抗和串联限流电抗器阻抗 的共同作用,当电 容器投入时,电容器母线的电压被抬高。阻抗值越 大,电容器投入时电容器母线 的电压被抬得越高,其 电压越容易超越上 限。在杨柳变 电站计 算负荷 为(8 5+i 8 5)MV A情况 下,假设 杨柳变低压侧 串联 限流电抗器 的型号 由 目前 的 XKK一1 02 0 0 01 0 型换成金马变电站所采用的 XK GKI 一1 03 5 0 0 8型,计算得到可投入电容最大值由 3 6 Mv a r 变为 4 0 M v a r。2 3 2 2 0 R V变压器的变比对 电容可投入量最大值 的影响 2 2 0 k v变压器的变比对电容可投入量最大值 影响很大。广西 电网 2 2 0 k V变压器 目前采用 比较 多的变 比为 2 2 0 1 2 1 1 1 0和 2 2 0 1 2 1 1 0 5,这两 种变比相比,前者可投电容最大值较小,后者可投电 容最大值较大,因为在保 证 l l 0 k V侧电压不超越下 限的情况下前者更容易使 2 2 0 k V变压器低压侧电 压超越上限。从 以上分析可知,虽然一座变 电站的可投电容 最大值在一定程度上可以参考其它变电站的情况,但对于一座具体变电站总是需要进行详细计算才能 确定。据对广西 电网部分 2 2 0 k V变电站(1 6座)详 细计算结果表明,其规律与杨柳变 电站的一致。在 一般情况下,广西 电网 2 2 0 k V变电站(电容器母线 电压等级为 1 0 k V 的变电站)按照主变容量 的 2 0 配置电容器后,若变压器负荷率达到 6 0 以上时,所装设的电容器可以全部投入。3 与最大可投入电容器相关的其他问题 3 1 运行 中注意远方 1 1 0 R V变 电站的电压质量 在运行中还需注意和考虑的情况是,如果运行 状况达到计算条件所得到的电容最大值,也只能使 该变电站各侧的电压合格,而 由该 2 2 0 k V变电站供 电的距离稍远一点 的 1 1 0 k V变电站的 l l 0 k V侧的 电压不一定合格(可能越下限),因为当按最大值投 入电容器的时候,该 2 2 0 k V变电站 1 1 0 k V侧所对 应的电压 已经达到该侧 电压限定值下 限的边缘,到 达供 电远方 l l 0 k V变电站 的时候,由于有 电压降,使远方 l 1 0 k V变 电站 l l 0 k V侧 电压极易 突破下 限。因此,严格来说,2 2 0 k V变 电站不应 该运行在 1 1 0 k V侧电压限定值下限的边缘,而应该略高于这 个边缘,才能够使受电的 1 1 0 k V变电站电压不易突 破下限。也就是说,在运行 的时候,最好不要达到电 容最大值。3 2 多台低压侧额定电压不同的变压器并联运行 对有多台主变而低压侧母线额定电压不同的变 电站可投入电容最大值问题,下面 以林村变 为例进 行分析。林村变现有主变两台(9(】十1 2 0)MV A,额 定电压为 2 2 081 2 5 1 2 l l l k V。目前正在 扩建 的第三 台主变 容量为 l 8 0 MV A,额定 电压 2 2 081 2 5 1 2 l 1 0 5 k V。在扩建第 三台 主 维普资讯 http:/ 广 西电力 2 0 0 6年 第 5期 变的同时新装设 99 Mv a r电容器 组,其 中在 9 0 MV A,1 2 0 MV A和 1 8 0 MY A主变低压侧装设 容量分别为 29 Mv a r,39 Mv a r 和 49 Mv a r。为分析方便,将原有两台主变(电容器母线额定电压 都为 1 1 k V)合并 简称 1,2号 主 变,新增 的 1 8 0 MV A 主变简称 3号主变。按两种基本运行方式进 行分析。运行方式 1:负荷水平参 照 2 0 0 5年丰水期大 方式下的负荷(1 8 2+j 1 8 2)MV A。计算时,迫使 1,2,3号主变无功电容按照主变容量正 比例分配增 加,1,2号主变低压侧 电压达到上限,3号 主变低压 侧电压未达到上限。此时 1,2号和 3号主变投入电 容分别 为 2 3 Mv a r和 2 0 Mv a r,得到 电容最大值为 4 3 Mv a r。1,2号和 3 号主变都还有闲置容量,待将 来负荷增 长到 3 1 2 MW(c o s q)=0 9 3,载容 比=8 0)时,1,2 号和 3 号主变得到的电容最大值分别 为 5 2 Mv a r 和 4 5 Mv a r,到那时,目前所装设 的电容 可以全部投入运行。运行方式 2:计算负荷水平仍然使用 2 0 0 5 年 丰水期大方式下的潮流数据(1 8 2+j 1 8 2)MV A。计算时,只以变压器各侧母线电压限定值为标准来 确定 电容 的投入,1,2号主变和 3号主变低压侧 电 压同时达到上限,此时 l,2号和 3号主变投入 电容 分别为 1 6 Mv a r 和 4 5 Mv a r,得到电容最大值为 6 3 Mv a r。1,2号主变装设 的 4 5 Mv a r电容有 2 7 Mv a r 电容不能投入。3 号主变装设的 3 6 Mv a r 不但可以 全部投入,还可增加投入 9 Mv a r。待将来负荷增长 到 3 1 2 MW(C O S-0 9 3,载容 比:8 0)时,1,2号和 3 号 主变 得 到 电容 最 大值 分 别 为 4 5 Mv a r和 7 2 Mv a r。到那时,目前所装设 的电容可以全部投入运 行。由此可见,低压侧额定 电压 为 1 1 k V的 电容器 母线电压较容易达到上限。按照设计所配置的电容 器情况看,1,2号主变低压侧近年内还有较多闲置 电容,而 3号主变低压侧 电容又显不够。因而,林村 变目 前这种配置电容的方式在近期显得不合理,类 似林村变这种低压侧额定电压不 同的变压器并联运 行的情况,在设计时不应仅按 照主变容量分配各变 压器低压侧电容容量。4 结论和 建议 2 2 0 k V变 电站各 变压器所 能投入的 电容最 大值主要与电网结构、变压器参数、限流电抗器参 数、负荷大小、负荷功率因数、电网电压水平、中低压 侧电压限额等多种因素有关。在无功配置时不一定 非要一次性按变压器容量配足 电容器,应充分考虑 这些因素的影响,根据负荷 的增长情况逐步配足,否 则在初期轻负荷时电容器 闲置较多,造成资金浪费。一般情况下,广西电网主变低压侧 电压等级 为 l 0 k V的 2 2 0 k V 变电站,按照主变容量的 2 0 配置电容器后,若变压器负荷率达到 6 0 以上时,所装设 的电容器可以全部投入。变 比为 2 2 0 1 2 1 1 1的变压 器宜 改 为 2 2 0 1 2 1 1 0 5。2 2 0 k V 变压器 中低压侧 的变 比对 可投 入电容最大值影响很大。广西电网 2 2 0 k V变压器 目前采用 比较多的两种变 比为 2 2 0 1 2 1 1 1和 2 2 0 1 2 1 1 0 5,这两种变比相比,前者电容可投最大值较 小,后者电容可投最大值较大,因为前者更容易使 2 2 0 k V变压器 低压侧电压超越上限。在具有两种 低压侧额定 电压(1 0 5 k v 和 1 1 k V)的变 电站,由 于其中低压侧的负荷互相牵制,这种情况更加严重。所以建议 广西 电网将原 变 比为 2 2 0 1 2 1 1 1的 2 2 0 k V降压变压器改为 2 2 0 1 2 1 1 0 5。参考文献 1 李颖峰,刘永福 无功补偿 的优化配置 j 供用电,1 9 9 9,1 6(2):4 0 4 2 2 傅周兴,耿稳强,王生成 无功就地补偿及补偿容量的 配置方法 J 低压电器,1 9 9 5,(5):3 5 3 8 3 纪雯 电力系统设计手册I N 北京:中国电力出版社,11 9 9 8 4 梁道辉 广西 电网无功规划与调相调压计算 R 南 宁:广西电力工业勘察设计研究院,2 0 0 3 5 梁道辉,林洁,秦波 广西电网无功规划与调相调压计 算(修编)R 南宁:广西 电力工业勘察设计研究院,2 0 0 3 6 梁道辉,秦波,蒙国勇广西电网合理无功补偿分析 R 南宁:广西电力工业勘察设计研究院,2 0 0 4 7 梁道辉,秦波,周航,吴雪松,白先红 广西电网无功补 偿专题研究 R 南宁:厂西 电力工业勘察设计研究 院,2 0 0 5 8 Q E s G 2 0 0 0 4 2 0 0 5 中国南方电网公司电力系统电 压质量和无功电力管理标准 S 维普资讯 http:/
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