发布时间 : 星期五 文章1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程110kV低压无功补偿装置的配置及运行分析=陕华平 - 图文更新完毕开始阅读4d82822db4daa58da0114aa1
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1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程110kV低压无功
补偿装置的配置及运行分析
实习指导 吴巾克 北方超高压管理处(筹) 陕华平
【摘要】：1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程的无功补偿由1000kV固定高抗、110kV并联电容器组及并联电抗器组实现。本文从1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程的系统无功需求计算出发，对本期工程输送2800MW容量时所需要的无功补偿装置种类及数量进行分析与校核，结合110kV并联电容器组的结构特点、电容器运行中的易发故障，提出特高压交流工程低压无功补偿装置在设计及运行管理中需注意的问题。
【关键词】：特高压、低压无功需求分析、无功控制策略、电容器组易发故障
1引言
中国发电资源地理分布的严重不均衡及负荷的持续增长致使远距离、大容量、低损耗的特高压电网电力输送方式成为电网发展的必然方向。1000kV晋东南-南阳-荆门交流特高压试验示范工程作为中国第一个特高压工程且作为世界第一个以额定电压长期运行的特高压工程，其运行结果将在很大程度上影响到后续特高压电网的建设。
由于特高压线路的充电功率大，随着系统运行方式的改变，线路潮流在较大范围内变化，因而特高压输电系统中的无功盈亏有较大幅度的变化，需要足够的无功调节手段，其中通过特高压变电站三次侧的可自动投切的电容器和电抗器加以调节是无功调节的重要手段。
本文通过对1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程110kV低压无功补偿装置的容量需求进行计算分析，针对并联电容器组单组容量大的特点，结合设计方案及电容器组易发故障提出了110kV低压并联电容器组、110kV低压并联电抗器组运行中需关注的问题。
2 1000kV晋东南、南阳、荆门变电站（开关站）本期建设规模及低压无功补偿装置的接线方式
2.1 本期工程建设规模 2.1.1 晋东南1000kV 变电站
(1) 主变压器1组，容量3000/3000/1000MVA；无励磁调压变压器；主变额定抽头为1050kV/525kV/110kV。
(2) 1000kV出线1回，至南阳开关站。500kV出线5回，至长治500kV变电站3回、晋城500kV 变电站2回。
(3)无功配置规模：至南阳1回线路，长度约为362km，在晋东南侧装设1组960Mvar高压并联电抗器。主变压器低压侧装设4组210Mvar 低压电容器，2 组240Mvar低压电抗器。
2.1.2 南阳1000kV 开关站
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(1) 1000kV出线2回，至晋东南1 回，至荆门1 回。(2)无功配置规模：至晋东南1 回线路，长度约为362km，在南阳侧装设1 组720Mvar 高压并联电抗器；至荆门1 回，线路长度约为283km，在南阳侧装设1 组720Mvar 高压并联电抗器。 2.1.3 荆门1000kV 变电站
(1) 主变压器1组，容量3000/3000/1000MVA；无励磁调压变压器；主变额定抽头为1050kV/525kV/110kV。
(2)1000kV出线1回，至南阳开关站。500kV出线2回，至斗笠500kV 开关站。 (3)无功配置规模：至南阳1回线路，长度约为283km，在荆门侧装设1 组600Mvar 高压并联电抗器。主变压器低压侧装设4组210Mvar 低压电容器，2 组240Mvar低压电抗器。 2.2 低压无功补偿装置的接线方式
晋东南、荆门站110kV低压无功补偿装置电气主接线如下图所示，本期4组低压并联电容器和2组低压并联电抗器分别引接自两段110kV母线，并通过两组开关引接自同一段110kV母线。
3 低压无功需求分析
3.1 低压并联电容器 3.1.1 计算条件
(1)低压并联电容器补偿的目的：特高压站低容补偿将参考500kV变电所并联电容补偿
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的目的：
a.补偿主变压器无功损耗；
b.向中压侧电网输送部分无功，以平衡其损耗；
c.补偿1000kV电网的无功缺额（特别是在事故的情况下）。 (2)1000kV线路长度和高抗配置
1000kV 电压等级采用8 分裂输电线路时，1100kV 电压等级下，每公里线路充电功率按5.3Mvar 考虑。
由于南阳特高压站本期建成开关站，无法配置低压无功设备，因此，进行无功平衡计算时，晋东南～南阳和南阳～荆门特高压线路的无功损耗考虑分别由晋东南和荆门站补偿。
本期各变电站1000kV出线高抗的配置结果如下表：
表3.1 本期各变电站1000kV出线高抗配置表
线路名称 线路长度 高抗配置(Mvar) 首端 南阳～晋东南 荆门～南阳 362 283 720 600 末端 960 720 87.6% 88.0% 高抗补偿度 (3)500kV线路长度
为了降低低容配置规模，晋东南站本期5回出线的无功损耗考虑由对侧补偿，不参与无功平衡计算；南阳本期无500kV线路；荆门站本期2回出线的无功损耗考虑由对侧补偿，不参与无功平衡计算。
(4)系统运行方式
特高压试验示范工程规划2008年底左右投产，正常运行方式下输送潮流约在2400MW左右，并考虑设备可连续输送2800MW的能力。 3.1.2 需求计算
低压电容器补偿容量的计算公式：
QC?QLT?QL?QB?QG
QC——低压电容器的补偿容量；
QLT——变压器的无功功率损耗，分为励磁支路损耗和绕组漏抗损耗两部分； QL——输电线路串抗的无功功率损耗，与所通过电流的平方成正比； QB——输电线路电容的充电功率； QG——线路首末端高抗的配置容量。
晋东南站中，吸收无功的元件包括：变压器无功损耗、晋东南-南阳线路无功损耗、晋东南与南阳站高抗(960+720 Mvar)，发出无功的元件包括：晋东南-南阳线路充电功率、低容，两者相互平衡之后求出低容需补偿容量。
代入主变励磁电抗等参数计算可知，系统输送2400MW容量时，晋东南站低容需补偿的无功功率约为560 Mvar，如下表所示。荆门侧低容需补偿的无功功率约520 Mvar。
表3.2 输送2400MW时晋东南站低容需求计算表 序号 1 2 项目 回路数 1 线路长度/主变容量(MVA/km) 3000 输送有功功率(MW) 2400 无功功率(Mvar) 变压器无功损耗 1000kV线路无功损耗 无功损耗(Mvar) 346 高抗容量线路充(Mvar) 需补偿容 3
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电功率 -1919 -1919 量(Mvar) 215 215 3 4 晋东南-南阳1 合计 向500kV输送无功(Mvar) 需低容补偿容量合计(Mvar) 1 1 362 362 2400 2400 453 453 0 560 1680 1680 特高压试验示范工程投产初期，设备的输送能力约在2800MW，对特高压输送2800MW的无功需求进行计算，晋东南站低容需补偿的无功功率约为849 Mvar，荆门站低容需补偿的无功功率约为773 Mvar。 3.2 低压并联电抗器 3.2.1计算条件
低压并联电抗器补偿目的：
《电力系统安全稳定导则》（DL755-2001）第2.3.2条，“电网的无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则，并应随负荷（或电压）的变化进行调整，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率，330kV及以上电压等级线路的充电功率应基本上予以补偿。”
根据稳定导则要求，晋东南、南阳和荆门站低压并联电抗器的配置主要考虑补偿变电站周围的1000kV和500kV线路的剩余充电功率。 3.2.2 需求计算
低抗与低容不同时运行，低容运行时输送功率较大，低抗投运时，线路处于空载状态，计算时不计主变及线路的无功损耗。
低压电抗器补偿容量的计算公式：
QC??QB?QG
QC——低压电抗器的补偿容量； QB——输电线路电容的充电功率； QG——线路首末端高抗的配置容量。
代入参数计算，本期晋东南站低抗需补偿的剩余充电功率约为239Mvar。荆门站低抗需补偿的剩余充电功率约为233Mvar。 3.3 计算小结
综合上述计算结果，晋东南和荆门特高压站本期的低压侧无功配置见表4。由表可见，特高压输送2400MW功率时，晋东南站需补偿无功560Mvar，荆门站需补偿无功520Mvar，本期配置的低压电容器容量4x210Mvar可满足运行需求，并留有一定裕度；特高压输送2800MW功率时，晋东南站需补偿无功849Mvar，荆门站需补偿无功773Mvar，本期配置的容量为4x210Mvar可满足运行需求，但必须全部投入运行。
特高压线路空载运行时，晋东南站需吸收无功239Mvar，荆门站需吸收无功233Mvar,本期配置的低压并联电抗器2x240Mvar可满足运行需求，并留有一定裕度。
表3.3 本期特高压站低压无功设备配置结果表 单位：Mvar 站名 晋东南 低压电容器 无功设备 输送2400MW 输送2800MW 低压电抗器 输送2400MW 输送2800MW 低压电抗器 无功需求 560 849 239 520 773 233 本期配置 4x210 2x240 4x210 2x240 荆门 低压电容器 4