关于新建输变电工程无功补偿容量的初步计算

胡雨姣

（东莞电力设计院，广东 东莞 523009）

1 变电站无功补偿

电网输出的功率包括有功功率和无功功率。有功功率直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功。无功功率不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换。

无功功率补偿，简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件，合理的无功补偿，可以最大限度的减少网络的损耗，不仅能保证电压质量，而且还提高了电力系统运行的稳定性和安全性。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

根据无功电力分层就地平衡的原则，在编制新建输变电工程的可行性研究报告时，其中很重要的一项工作是确定项目的无功补偿容量。新建输变电工程的无功损耗主要是变压器的无功损耗，故本文主要以变压器无功损耗的计算为例进行论述。

2 计算方法

2.1 直接系数法

根据《电力系统电压和无功技术导则（试行）》（SD 325-1989）第5.7条：220kV及以下电压等级的变电所中，应根据需要配置无功补偿设备，其容量可按主变压器容量的0.10～0.30确定。例如：110kV主变压器容量为63MVA，无功补偿容量范围在6.3～18.9Mvar之间。以笔者所在的东莞地区为例，每台63MVA主变压器配置的无功补偿量约为2×8=16Mvar，为主变压器容量的0.25，行动情况良好，未收到无功不足的反馈。这种计算方法简单易懂，普遍用于220kV及以下变电所中。

2.2 元件参数法

元件参数法的逻辑是：根据不同的主变负载率，计算出变压器各电压侧损耗、变电站无功负荷、变低侧串联电抗器的无功损耗之和，减去线路充电功率即为需补偿的无功容量，计算结果为正值则表示本期需补偿的电容器容量，负值则表示本期需补偿的电抗器容量。由于新建输变电工程中变压器的损耗是主要的损耗，故本文主要就变压器损耗如何计算进行说明，而线路及串抗部分则只给出相关数据。

1）变压器无功补偿原则：中压侧按功率因数由0.95补偿到 0.98计算，低压侧按功率因数由 0.90补偿到0.98计算。

2）变压器参数（以此为例）：S1N/S2N/S3N=240/240/80MVA，220±8×1.5%/115/10.5kV，YN，yn0，dll，Uk1-2%=14、Uk1-3%=35、Uk2-3%=21，I0%=10.5。变压器低压侧断路器额定电流为Ie=4kA。

3）计算步骤

（1）计算变压器各侧负荷容量

负荷率的选取：负荷高峰时负荷率取β=1.0，负荷低谷时负荷率取β=0.15。

变高侧负荷容量计算：S1=S1N×β。

变低侧负荷容量计算：S3=10× 3×Ie×β。

变中侧负荷容量计算：S2=S1-S3。

计算结果见表1。

表1 变压器各侧负荷容量表

（2）计算变压器各侧负荷需补偿无功容量

主变高压侧功率因数一般为0.98，不需补偿，所以补偿基本上是针对中、低压侧的，中压侧按功率因数由0.95补偿到0.98，低压侧功率因数由0.90补偿到0.98。补偿系数为补偿前后的sinφ差值。由于负荷的高低对补偿的要求不一样，所以按不同的负荷率计算补偿容量。

表2 变压器各侧负荷需补偿无功容量表

（3）计算变压器各侧绕组无功损耗

变压器各侧绕组无功损耗主要是绕组的感性无功，需电容器进行补偿，故感性无功量即为需补偿的容性无功容量。

计算变压器各侧绕组感性无功时需根据绕组间短路电压计算各侧的绕组的短路电压。

高压侧绕组短路电压：

中压侧绕组短路电压：

低压侧绕组短路电压：

根据计算出的各侧绕组短路电压计算出的绕组无功损耗见表3。

（4）计算变压器的励磁损耗

根据空载电流百分比I0%计算励磁损耗。计算结果为1.2Mvar。

（5）变压器低压侧串联电抗器无功损耗按参数计算结果见表4。

（6）计算线路的充电功率

主要计算新建线路段的充电功率，按《广东电网规划设计技术原则》，220kV变电站最终规模为：变压器4台，220kV线路6回，110kV线路14回。本文暂按线路全部上齐考虑，假定220kV线路每回2km共12km，采用架空敷设方式，110kV线路每回2.5km共35km，其中15km采用架空敷设，20km采用电缆敷设。

根据上述假定条件计算结果见表5。

4）计算结果

在“3）计算步骤”中，第2～5项为无功损耗，是按单台变压器进行计算的结果，其值之和为单台变压器需电容器进行补偿的无功容量，第6项为全站线路的充电功率，起到电容器补偿的作用，故全站需补偿的无功容量应为：4×单台变压器无功损耗－线路充电功率，计算结果总表见表6。

表3 变压器各侧绕组无功损耗表

表4 串联电抗器无功损耗表

表5 线路的充电功率表

表6 无功平衡表

由上表可见，全站4台变压器需补偿的无功容量为224.71Mvar，平均每台变压器需补偿的容量为56.2Mvar，采用6×10Mvar电容器组可满足要求，这也符合《广东电网规划设计技术原则》的要求。

3 结论

直接系数法和元件参数法均符合《电力系统电压和无功技术导则（试行）》的要求，但直接系数法比较简单易算，普遍应用于110kV变电站，而元件参数法则较为复杂，计算结果也较为精确，能够体现线路充电功率对全站无功补偿的影响程度，东莞院220kV输变电工程中常用此方法。

[1] 《电力系统电压和无功技术导则（试行）》（SD 325-1989）.

[2] 《广东电网规划设计技术原则》（修订）.