110kV变电站设计中无功补偿容量计算及选型思路构建

高红专（南瑞（武汉）电气设备与工程能效测评中心，湖北武汉 430070）

110kV变电站设计中无功补偿容量计算及选型思路构建

高红专
（南瑞（武汉）电气设备与工程能效测评中心，湖北武汉 430070）

由于110kV变电站中巨大部分的负荷都产生于异步电动机，所以异步电动机在运行的时候，需要耗费很多无功功率，根据就地补偿原则分析，必须在变电位置中装置无功功率装置。此种变电设计中一般使用断路的顺利运行。在经济发展的带动下，电力行业得到了快速发展，本文主要对变电站设计中无功补偿容量计算和选型思考的构建进行分析，介绍了在不同情况下无功效补偿容量的方法，并针对性的提出一些无功补偿容量方案，希望可以给变电行业的研究提供参考。

变电站 无功补偿容量 配置方案

1　110kV变电站加装无功补偿装置后的重要性

为了保证电力系统在负荷集中区域电压的稳定，除了让电力系统中无功电源产生的无功功率和无功负荷及无功损耗平衡，还应该备用无功功率电源。无功补偿的合理设置，既可以稳定电网功率因素，减少供电变电和输送线路产生的损耗，还可以稳定电网和电源端使用的电压，对供电质量的提升具有很大作用，同时还减少了施工成本。反之，将会出现供电系统电压不稳定、谐波增大等多种伤害。进行无功补偿装置电网设计的时候，必须按照全面规划、分层分区补偿等原则，合理确定补偿容量和分布配置方式。

2　无功补偿容量的计算和检验

无功补偿装置的种类非常多，根据《电力系统电压和无功电力技术原则》，现阶段，变电站无功补偿装置通常使用并联电容组。下面根据不同要求和作用针对性的提出两种对无功补偿容量计算的方法：

2.1将110kV母线功率因素作为原则计算补偿容量

根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》和电网配置中的相关要求发现，110kV变电站使用的无功补偿容量必须按照主变容量的20%左右进行配置，而且将变电器高压部分的因数控制在0.95以上了，低谷负荷功率因数不能高于0.95，系统轻负荷发生时，110kV以下变电站的电缆线路如果非常复杂，可以切除电容组，切除后依然出现系统侧送无功功率，可以在变电站中、低压母线等位置安装并联电容器。

通常情况下，直接供电的公用变电所，最大容性无功量就是母线负荷所补偿的最大容性无功量和主变压器补偿的最大容性之和，表示方式如下所示：

Q=Q1+Q2（Q表示变电站安装的最大容性无功量；Q1表示负荷需要补偿的最大容性无功量；Q2表示主变压器需要补偿的最大容性无功量。负荷需要的最大容性无功量如下式所示：（其中P表示母线最大有功负荷；φ1表示补偿前最大功率因素角；φ2表示补偿后最小功率因素角。主变压器产生的最大容性无功量如下式所示：

其中Ud代表进行补偿的变压器一侧电压百分数值；Im表示母线完成装设补偿后，使用变压器得到的一侧最大负电流数值；Id代表变压器需要进行补偿时，一侧额定电流数值（A）；Io表示变压器空载电流百分数值；Se表示变压器需要补偿时，额定电量（kVA）。

2.2按照变电器输出的恒定电压对无功补偿容量进行选择

使用110kV的用户都必须使用专用的变电站而且都是两绕变压器，如果负荷电压不能满足要求，就必须进行横调压。无功补偿电容中最小容量按小负荷退出，进行最大负荷选择时，可以根据电压比决定，简而言之，在最小负荷时，将变压器电压比k数值确定出来，然后分别得出高侧分接头电压：其中，U`2min表示最小负荷对高压侧母线电压的计算；U2N是最小低压绕组额定电压；U2min表示用户需要的母线电压。根据相关分析得出，分接头电压数值选取与分接头比较类似。K=（1+接头值）×U1N/U2N，其中U1N表示高压接头绕组产生的额定电压。补充容量可以表示为：

其中U`2max表示最大负荷算到高压侧低压母线电压；X表示电源侧等值电抗；U2Cmax表示需要最大负荷时，产生的低压母线电压。

3　建立无功补偿装置配置方案

可以将110kV电路使用的无功补偿装置安装在主要负荷上，使用断路器投切并联用户容器装置满足终端和用户转变的无功补偿。平时常用的并联电容器可以按照结构划分为集合式和框架式。由于集合电容器体积非常大，所以，比较适合户外安装。110kV电路用户进化成那个框架式模式，电容器内部装置由隔离开关、电抗器、放电线圈、铁构件、保护网和避雷器等组成。

进行电容器补偿装置设计的时候，必须先对系统非线性设备中总容量Q和系统设备中总容量P的比例关系进行分析，然后再选择无功补偿采用的形式。如果Q小于P的20%，可以将无功补偿控制为纯电容标准型；如果Q大于P的20%同时小于50%P，则将无功补偿使用串联电抗器进行连接；如果Q大于P的50%，滤波型是无功补偿的基本类型。

选择电容器的时候，必须对谐波含量进行预测，然后再确定电抗率K值。如果只需要限制合闸涌流，可以使用0.1-1%的电抗率的阻尼电抗器。如果抑制五次之上，谐波电压依然放大，可以使用电抗率在4.5%-5%的电抗器；如果电网谐波出现三次含量较大，剩余较小，可以使用电抗率在12%的电抗器。同时使用后置方式布置电抗器，铁芯电抗器适合户内框架式电容组配置，户外电容器使用空芯电抗器。

一般将选取C2级真空断路器作为投切电容器中的断路器使用，同时断路器必须具备频繁的操作性能；分、合闸的时候，触头弹跳不能高于限定数值，开断时不会发生重击穿；可以承受电容器关闭涌流、电路短路电流、电容器高频涌流等状况使用。使用过并联电容器操作的电压保护避雷箱必须使用无空隙金属氧化物进行避雷操作。

4　结语

本文主要分析了110kV电路设计中无功补偿容量计算和选型思路构建，对无功补偿设计的重要性等做了详细阐述。变电站进行运行的时候，由于负荷特性的变化会出现谐波大小和含量的变化，所以可以利用对谐波含量的控制进行分组投切。

［1］张利生.电网无功控制与无功补偿［J］.中国电力出版社，2014，（05）.

［2］陈祖宏.110kV变电站设计中无功补偿容量计算及选型分析［J］.低碳世界，2015，（10）.

［3］曹小鹏.110kV张梁变电站工程设计及应用研究［J］.西安科技大学，2014，（06）.

高红专（1977—），男，湖北汉川人，研究生，工程师，电网节能、电能质量监测与控制。