动态无功补偿技术和其在220KV电网应用配置设计

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摘要：为使电网能够实现无功的就地平衡，降低线损节能，通常是在配电系统中装设动态无功补偿装置。本文详细介绍了动态补偿装置的原理和在其输电网中的应用，还针对性的介绍了其在220kV电网中的配置设计。

关键词：动态无功补偿；电压稳定；220kV 应用；配置

前言：随着我国国民经济的迅速发展，全社会的用电量在不断增加，电网运行的经济性日益受到重视。降低损耗，提高电力系统运行的经济性是电力系统所面临的一个实际问题。动态无功补偿是电力系统经济运行研究的一个重要方面。

1.动态无功补偿装置的工作原理

动态无功补偿装置应用于电力系统中对系统产生的影响有以下几个方面：

1.1 增强系统的暂态稳定性。

动态无功补偿装置安装在中长距离输电线路中点处可以改善系统的暂态稳定性，它的P-δ特性曲线给故障后的电机所提供的减速面积和暂态裕量比没有补偿的情况下要大。

1.2 很好的支持系统电压，以防止电压崩溃。

在系统发生故障或者负荷电流（尤其是无功电流）急剧增大的瞬间，动态无功补偿装置能够对系统进行瞬时的无功补偿来支撑电压以抑制电压崩溃的趋势，使得电压更加稳定。

1.3 有效的阻尼系统振荡。

动态无功补偿装置可以用很高的速度平滑地调节无功和电压，具有调制状态工作的能力。它可以在一个与工频50Hz不同的频率下作适当的浮动，如果浮动与系统摇摆或振荡频率相同而相位相反的话，那么就可以增大系统的阻尼而抑制振荡。

1.4 补偿不平衡负荷。

负荷不平衡时，动态无功补偿装置不平衡控制策略可以补偿系统使供电电流变成三相平衡，能够使单相负荷变成三相平衡负荷而没有无功分量。

1.5 抑制负荷侧电压波动 和闪变，校正功率因数。

动态无功补偿装置也有其自身的弱点，它是阻抗型补偿，随着电压的降低其无功输出也会与电压成平方关系降低，若采用基于电压源逆变器的STATCOM将会取得更好的效果。

2.220kV变电站无功补偿配置

同时变电站站内若配置大量的无功补偿设备，不仅会影响到变电站的整体投资费用，而且在部分土地紧张的情况下大幅增加了站内电气布置的难度，还可能引起设备的利用率偏低的问题，增加了电网维护的工作量和成本。因此选择合理的无功补偿方案对于变电站的建设和电网运行都具有很重要的意义。

目前220kV系统的日电压波动比较大，而且很多变电站所带负荷具有一定的冲击性，使得低压电网电压波动比较大，因此电能质量达不到国家的标准，甚至可能会影响部分企业的正常生产。

根据《电力系统电压和无功电力技术导则》相关规定，220kv及以下电压等级的变电站中，应根据需要配置相对应的无功补偿设备，其容量可按变压器容量的10%~30%确定，在主变压器最大负荷时，它的二次侧出线功率因数应不小于0.95~1.0。但是对于220kV变电站一次侧并没有提出具体的要求，需结合电网的性质进行具体的分析研究来确定

2.1 220kV电网的无功损耗主要包括输电线路的无功损耗和主编的无功损耗这两部分。

2.1.1 输电线路的无功损耗

运行中的输电线路，既是无功负荷也是无功电源。其线路无功损耗是系统无功损耗的一个重要组成部分，同时线路充电率也是系统无功的重要来源之一。线路产生的无功电压与运行电压的平方成正比，消耗的无功电压与其导线内通过电流的平方成正比。

2.1.2 主变的无功损耗

220kV主变损耗是220kV变电站无功补偿容量配置中的重要影响因素，变压器的无功补偿损耗随着负载率的增大而增加。

2.2 无功配置方案

2.2.1 无功补偿分组容量选择

根据《电力系统设计手册》的相关要求，并结合各地电网特点来设置。例如某地220kV采用无载调压方式，无功补偿设备配置在35kV一侧，35kV侧都带负载，因此在要求主变容量不大于240MVA的情况下，单组无功补偿设备的容量小于或等于20Mvar。主变容量为300MVA时，单组无功补偿设备的容量小于或等于25Mvar.为给运行留有余地并简化分组容量，有条件下变电站配置的单组电容器容量可在10Mvar~20Mvar之间。

2.2.2 各侧功率因数要求

在不考虑线路影响的情况下，变电站无功平衡的相关分析表明，在中低压侧功率因数是0.95的情况下，只考虑220kV主变损耗，要是要求220kV变电站高压侧功率因数补偿到0.98，则要求变压器配置的电容器补偿容量约为其主变容量的15.0~16.8%：要是要求220kV变电站高压侧功率因数补偿到0.99，那么必须要求变压器被制的电容器补偿容量约为其主变容量的18.9%~20.7。

不倒送无功到系统的情况下，220kV变电站的高压侧功率因数要补偿到0.98所要求的补偿容量，在主变负载率达到其设计的高峰负载率的50%左右时，所配置的电容器就可以全部投入。

220kV变电站高压侧功率因数补偿到0.99所要求的补偿容量，则需要在主变负载率达到设计高峰负载率的70%以上时，所配置的电容器才可以全部投入。

2.2.3 相关配置设计

变电站，根据以上分析得出，对于进线采用全架空形式的终端变电站，主要是对其变压器的无功损耗的中低压侧的负荷功率因数进行补偿。

对于进线采用全电缆或是电缆架空形式的终端站，结合电缆部分线路的充电功率进行统一的考虑，在配置合适的电抗器的基础之上，考虑相应的电容器的补偿，总电器容量不宜超过其主变容量的五分之一。

一般中间变电站的中电容器补偿容量应为主变容量的五分之一左右。另外，为了给电网运行留有足够的无功功率调节的裕度，部分有条件和需求的变电站可考虑配置约相当于主变容量四分之一左右的电容器。

结束语：

动态无功补偿装置广泛应用于输电网、配电网、大型工矿企业中，起到了无功补偿、电压支撑、抑制闪变等关键作用。随着科学技术的发展以及电网安全和电力用户的需要，动态无功补偿技术将会得到更为广泛的应用，而且应用的方式也会随着使用场合的不同而灵活的采用不同的无功补偿方式，或者同时综合应用多种无功补偿技术。