关于110kV电容器组的容量配置方案

张化良，吴怡敏，尹大千

(西南电力设计院，四川 成都 610021)

1 概述

我国第一个投入商业运行的1000kV特高压交流试验示范工程，经过运行实践考验，整体表现情况良好。特高压交流试验示范工程完成试运行，标志着我国在远距离、大容量、低损耗的特高压核心技术和设备国产化上取得了重大突破，是中国乃至世界电力发展史重要的里程碑，对保障国家能源安全和电力可靠供应具有重要意义。中线特高压工程即将开始扩建，通过各专业的工程总结，对目前发现的问题作改进和完善，使特高压工程也逐步走向工程设计典型化，设备配置标准化，建设更加坚强智能电网。110kV并联电容器装置是特高压变电站的重要组成部分之一，而并联电容器装置的主要部分就是电容器组，本文针对110kV电容器组容量配置进行总结和分析，并提出标准化配置的建议供大家讨论和工程设计时选用。

2 特高压变电站的110kV电容器组

我国第一条1000kV特高压输变电工程，起点站和终点站均装设有110kV并联电容器装置。这种装置显著的特点是：电压等级高(最高运行电压为126kV)、单组容量大(最高运行电压126kV下，输出容性无功210Mvar)、回路电流大(在110kV下工作电流1102A)、单台电容器容量大(超过400kvar)、电容器组的单台电容器台数多(多达数百台，因为不同厂家的单台容量不一样，两站电容器总台数并不相同)、每相电容器串并联数多(串联段超过10个，不同厂家单台电容器额定电压不同、串联段数也不相同)、并联台数不小于5台、安装布置上每相采用两个绝缘台架(又称为“双塔”)，单组电容器占地面积大(包括串联电抗器在内为20m×20m，仅电容器组的安全围栏约12m×20m)。装置的标称容量为210Mvar，电抗率配置为5%与12%两种。通过招标选择的设备供货厂家是：起点站为桂林电力电容器有限责任公司(以下简称：桂容公司)，终点站为西安ABB公司电力电容器有限公司(以下简称：ABB公司)。两个厂家提供的电容器组安装容量和单台电容器容量均不相同，但是，都可满足招标文件提出的输出容量要求。电气接线方式与保护方式，按照桂容公司最初提出的方案进行调整后，两个厂家方案统一一致：单星形接线，双桥差保护方式。但是，单台电容器参数(额定电压、容量)和装置的安装容量无法统一，允许两个厂家保留各自差别。

2.1 对110kV电容器组的参数要求

根据系统专业提出的容性无功补偿容量需求，在母线电压126kV下，装置的输出容量要达到210Mvar。根据标准规定，高压并联电容器，对稳态过电压的规定，电容器在1.05倍额定电压下应能连续运行。标准定义的输出容量是：“当装置中电容器组承受的电压等于电容器组的额定电压时，装置额定输出容量等于该装置的额定容量减去配套串联电抗器的额定容量”。按照无功补偿要求和上述标准规定，电容器设备采购招标文件，对两种电抗率的电容器组，分别提出了电压和容量参数要求如下：

额定相电压：126.32/ kV(72.93kV，K=5%，K为电抗率，下同)

电容器组的其他技术要求：单台电容器的额定参数(额定电压、额定容量)，每相的并联电容器台数与串联段数，由于没有标准化规定，考虑到各个厂家对产品的技术研制开发情况不一样，招标文件没有提出统一的参数要求，允许各厂家充分发挥自己的技术特点和研发优势，以便为工程提供性能优良的设备。实际上，中标厂家提供的单台电容器参数确实不相同，并由此而产生了电容器组的安装容量、每相电容器的并串联数都不一样。中标厂家桂容公司和ABB公司产品的简要技术数据如下：

2.2 桂容公司供货参数

2.2.1 K=5%电容器组

单台电容器额定电压：6.08kV

单台电容器容量：464kvar

额定相电压：72.96kV(要求值72.93kV)

每相并串联数：12并12串

每相电容器台数：144台

电容器组安装容量：200.5Mvar(要求值200.5Mvar)

2.2.2 K=12%电容器组

单台电容器额定电压：6.56kV

单台电容器容量：501kvar

额定相电压：78.72kV(要求值78.75kV)

每相并串联数：12并12串

每相电容器台数：144台

电容器组安装容量：216.4Mvar(要求值216.5Mvar)

2.3 ABB公司供货参数

2.3.1 K=5%电容器组

单台电容器额定电压：6.63kV

单台电容器容量：615kvar

额定相电压：72.93 kV(要求值72.93kV)

每相并串联数：10并11串

每相电容器台数：110台

电容器组安装容量：202.95Mvar(要求值200.5Mvar)

2.3.2 K=12%电容器组

单台电容器额定电压：6.63kV

单台电容器容量：615kvar

额定相电压：79.56 kV(要求值78.75kV)

每相并串联数：10并12串

每相电容器台数：120台

电容器组安装容量：221.4Mvar(要求值216.5Mvar)

3 容量配置分析和建议

3.1 容量配置分析

首先，从两个供货厂家的单台电容器和电容器组技术参数可以看出：为了满足输出容量要求，致使两种电抗率的电容器组，单台电容器容量与安装容量均不一样，两个厂家提供了4种安装容量，其中，桂容公司提供的单台电容器是两种规格，ABB公司单台电容器是一种规格，两个厂家的产品没有互换性。这仅仅是两个变电站的两个供货厂家，如果是3个或4个变电站，由不同厂家供货，很可能电容器组的安装容量与单台电容器容量会有更多规格。据了解，中线工程扩建，南阳站电容器中标厂家，新东北电气(锦州)电力电容器有限公司(以下简称：锦容公司)的电容器组参数与桂容公司和ABB公司又有区别，主要参数如下：

锦容公司参数

K=5%电容器组

单台电容器额定电压：6.07kV

单台电容器容量：486.1kvar

额定相电压：72.84kV(要求值72.93kV)

每相并串联数：12并12串

每相电容器台数：144台

电容器组安装容量：～210Mvar

K=12%电容器组

单台电容器额定电压：6.56kV

单台电容器容量：486.1kvar

额定相电压：78.72kV(要求值78.75kV)

每相并串联数：12并12串

每相电容器台数：144台

电容器组安装容量：～210Mvar

其次，分析一下供货厂家产品技术特点：桂容公司两种电抗率的单台电容器参数不一样，不能互换，供货形式类似国网公司物质采购的标准化要求，电压参数非常接近招标文件的要求值，产品容量得到充分利用。ABB公司单台电容器为一种规格，两种电抗率的单台电容器可以互换，减少备品种类，方便运行更换，这是优点，但是，K=12%电容器组的相电压79.56kV比要求值78.75kV高0.81kV，尽管安装容量达到221.4Mvar，实际输出容量也只有210Mvar，额定容量没有得到充分发挥(容量亏损4.5Mvar，约为总输出容量的2%)，这是缺点。K=12%电容器组，ABB公司的安装容量比桂容公司多5 Mvar，相同条件下的输出容量与桂容公司相等。因此，就这一套设备而言，ABB公司设备经济性指标降低了，两种电抗率采用一种规格的单台电容器，这是无法克服的缺点。

特高压中线扩建工程，对两种电抗率的电容器组，提出的安装容量要求是相同的。中标厂家，锦容公司提供的单台电容器参数，如上面所示，仍然为两种规格(额定电压不一样，额定容量一样)。其中，K=5%的电容器组，单台电容器额定电压，锦容公司取值6.07kV值得商榷。根据计算应为6.077kV，四舍五入应该取6.08kV，其他两个站供货厂家桂容公司西容公司，均取值6.08kV，一期工程也是取这个数值。在母线电压为126 kV时，单台电容器额定电压为6.08kV时，每台电容器的运行电压，接近但不超过1.05倍额定电压；单台电容器额定电压为6.07kV时，每台电容器的运行电压，已经超过1.05倍额定电压少许，也就是说“过限制线”了。给人感觉是“抠门”0.01kV，与标准规定不一致。但是，K=12%的电容器组，单台电容器额定电压与其他两个站是一样的，尚不清楚厂家是如何考虑的。

国网公司在输变电工程典型设计和通用设备规范中，非常强调“标准统一，通用互换，……统一设备参数、统一电气接口……实现相同运行条件下同类设备之间的通用互换。” [文4]要求“努力做到可靠性、统一性、通用性、经济性、先进性和灵活性的协调统一”。这些标准化工作原则，也适用于特高压变电站工程建设。

在变电工程建设中，电容器组的容量配置，比较常用的做法是，设计单位根据无功电压调控需求，提出安装容量要求，但是，有极少数设计单位，在个别工程中提出输出容量要求。电容器厂家需要根据输出容量要求条件，计算安装容量，设计单位还需要确认厂家计算值的正确性。其实，无功需求值就是一个范围，是一个随机变化的数值，完全没有必要提出输出容量，再由厂家配置安装容量，把问题复杂化。国网公司在750kV及以下变电站的电容器设备招标时，对两种电抗率的电容器组要求的安装容量是一样的，这样对设备供货要求清晰、明确，利于贯彻标准化，提高经济性。

特高压示范工程，提出的是输出容量要求，已经出现厂家供货设备容量不统一，单台电容器规格不一致，不能实现标准化配置。这个问题如果得不到妥善解决，后续工程将会出现更多的设备参数不一致，这不符合国网公司在工程建设中大力推行标准化的思想。特高压变电站的并联电容器装置，要实现标准化，关键是统一单台电容器参数，两种电抗率的电容器组，最好统一安装容量。

110kV电容器组容量大，单台电容器数量多，每相的并串联数也多，从最优标准化配置考虑：单台电容器最好采用容量优选系列参数(容量为整数)；单台电容器额定电压参数，应使其组成电容器组后的相电压值与要求值相等或尽量接近，以便电容器容量得到充分发挥，如果高于或低于要求值，均不妥(前者造成容量不能充分发挥，后者超过额定电压运行，吃安全裕度)。

3.2 容量配置建议

特高压变电站工程经过试验示范成功运行，后续工程的电容器组，容量如何配置才能更加合理，需要工程设计单位与电容器制造厂协调达成共识，把协商一致的单台电容器参数，作为标准化产品参数，这样，才能达到减少设备种类，达到通用互换。我们提出4个以安装容量为基础的方案，可以满足不同输出容量要求，供大家讨论和选择。下面是各方案的主要特点：

3.2.1 方案一

K=5%与K=12%电容器组，单台电容器参数选取500kvar一种规格，安装容量选取两种规格：K=5%时，安装容量取216Mvar；K=12%时取234Mvar。母线电压为126kV时，K=5%与K=12%的电容器组，输出容量都能达到210Mvar(满足试验示范工程的输出容量要求)。电容器产品为一种规格，额定电压非常接近需求值，产品容量利用好，单台电容器容量500kvar，是标准推荐的容量优选系列，技术成熟，标准化程度高，如果各个厂家的产品外形尺寸能统一一致，电容器组的安装尺寸也可以达到统一，从而实现产品完全的通用互换。缺点是K=12%装置比K=5%装置多1个串联段，将会使电容器组的绝缘台架增加一层，装置高度将会有所增加。

方案一的适用条件是：母线电压为126kV时，每组电容器的输出容量，均要达到210 Mvar(即试验示范工程要求)。

3.2.2 方案二

K=5%与K=12%电容器组，单台电容器参数为两种规格，安装容量为一种规格。K=5%与K=12%时，安装容量均为216Mvar，母线电压为126kV时，K=5%与K=12%装置各1组投入时，输出容量平均值可以达到210 Mvar。单台电容器参数为两种规格，主要是额定电压不相同：K=5%时为6.08kV；K=12%时为6.56kV，单台容量均为500kvar。产品额定电压非常接近需求值，产品容量利用好；500kvar为容量优选系列，技术成熟，标准化程度高，有利于实施标准化。

方案二的适用条件是：母线电压为126kV时，电容器组输出容量约为210 Mvar(即国网标准化物资采购标准的要求)。

3.2.3 方案三

K=5%与K=12%电容器组，单台电容器参数为两种规格，安装容量也为两种规格。K=5%时，安装容量为216Mvar，K=12%时为222.9Mvar，母线电压为126kV时，K=5%与K=12%装置的输出容量都能达到210 Mvar。单台电容器参数为：K=5%时为6.08kV，500kvar；K=12%时为6.56kV，516kvar。产品额定电压非常接近需求值，产品容量利用好；500kvar为容量优选系列，技术成熟，标准化程度高，516kvar电容器也在工程中多次使用过。

方案三的适用条件是：母线电压为126kV时，每组电容器的输出容量，均要达到210Mvar(这种严酷的输出容量要求欠合理)。

3.2.4 方案四

K=5%与K=12%电容器组，单台电容器参数为两种规格，安装容量为一种规格。本方案采用230 Mvar一种安装容量配置，与国网标准化物资采购标准的要求模式一样(750kV及以下变电站普遍采用)，有利于标准化实施，同时，K=5%与K=12%各1组投入运行时，在120 kV电压下，输出容量平均值达到210 Mvar；单台电容器参数为：K=5%时为6.08kV，532.5kvar；K=12%时为6.56kV，532.5kvar。产品额定电压非常接近需求值，产品容量利用好，缺点是，现有的电容器产品，没有这种规格，要专门为特高压变电站而研制新产品。

方案四的适用条件是：母线电压为120 kV时，装置输出容量为210 Mvar，方案四可供考虑，方案四的可行性稍差。

综合上述，4种容量配置方案都具有一定的特点与优点，方案一～方案四均可满足系统专业对电容器组输出容量的不同要求，从标准化配置考虑推荐方案一和方案二。下面将四个方案的技术数据列入表1供比较。

表1 110kV电容器组推荐方案数据比较

注：(1)表中符号的含义如下：

Un为单台电容器额定电压，kV；Qn为单台电容器额定容量，kvar；Un5%、U5%为分别为电抗率为5%的单台电容器额定电压与电容器组额定相电压，kV；Un12%、U12%为分别为电抗率为12%的单台电容器额定电压与电容器组额定相电压，kV；Qn5%、Q5%为分别为电抗率为5%的单台电容器额定容量与电容器组容量(安装容量或输出容量)，Mvar；Qn12%、Q12%为分别为电抗率为12%的单台电容器额定容量与电容器组容量(安装容量或输出容量)，Mvar。

(2)在120 kV与126 kV电压下，不同电抗率电容器组的输出容量：

4 结语

在我国乃至世界电力发展史上都具有里程碑意义的1000kV特高压交流试验示范工程建设，需要全面总结工程建设经验，努力掌握特高压工程的科学规律，提出更加优化的设计方案和标准化设备配置，这将有利于加快后续工程的设计、建设、运行和各项相关工作的顺利开展，提升我国电网的技术装备水平。加强工程建设标准化，相同运行条件下不同厂家同类设备，应增强统一性和通用性，可缩短工程建设周期，降低设备和工程整体造价，提升特高压技术装备水平，为建设坚强智能电网，促进电力工业可持续发展、推进创新型国家建设具有重要的现实意义和深远的历史意义。

[1]GB 50227-2008，并联电容器装置设计规范[S].

[2]张化良，黄晓明，李越茂.关于特高压变电站低压侧无功补偿装置[J].电力设备，2008，(10).

[3]DL/T 840-2003，高压并联电容器使用技术条件[S].

[4]电力行业标准《1000kV变电站110kV电容器组成套装置技术规范》(2010年报批稿).

[5]《国家电网公司输变电工程通用设备》(2009年版)中国电力出版社.