较长电缆进线的66 kV用户变电站无功分析及治理

卢国宁，龚树东，孙怀宇，王宇飞，高 峻

（1.沈阳电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110003；2.国网沈阳供电公司电力设备工程局，辽宁 沈阳 110003）

较长电缆进线的66 kV用户变电站无功分析及治理

卢国宁1，龚树东1，孙怀宇2，王宇飞2，高 峻2

（1.沈阳电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110003；2.国网沈阳供电公司电力设备工程局，辽宁 沈阳 110003）

无功电量是考核用电企业的重要指标，以受无功电量考核的某66 kV用户变电站为例进行分析，查找其受处罚的原因，经过理论计算，提出了解决方案，为出现此类问题的用户提供参考。

较长电缆进线；66 kV用户变电站；无功分析；治理

无功电量是考核用电企业的重要指标，按照国家电网公司相关用电管理规定，月考核有功功率电量之和与视在功率电量之和的比值等于0.85不奖不罚，在0.85～1奖励，小于0.85处罚。沈阳地区某66 kV用户变电站由于长期功率因数过低，经常被罚款。因此有必要对其功率因数较低的情况进行分析，查找影响功率因数的主要原因并提出解决方案［1］。

1 现状分析

某66 kV用户变电站有两路电源进线，分别来自2座220 kV变电站。站内主接线为线路—变压器组接线，10 kV侧为单母线分段接线，站内共有2台主变，分列运行。主变及线路主要参数如表1、表2所示。

表1 某220 kV变电站主变参数

表2 某220 kV变电站线路参数

投运以来，其考核点侧 （220 kV变电站出口侧）的功率因数较低，一般为0.7左右，最低达0.363。按照相关用电管理规定，月考核有功功率电量之和与视在功率电量之和的比值等于0.85不奖不罚，在0.85～1奖励，小于0.85处罚，故该变电站处于罚款状态。

2 原因分析

该变电站的考核点侧功率因数较低，而变电站的主变侧功率因数较高，为0.95～0.99，因此应从其考核点侧功率因数的公式构成进行分析。

功率因数计算公式如下：

式中：P为有功功率，kW；S为视在功率，kW。

由式 （1）可见，功率因数低的原因是有功功率P占视在功率S的比例较小。现阶段考核点侧的有功功率仅为1～3 MW，容性无功功率是由运行的电缆线路产生的，一般为2～3 Mvar，且固定不变，因此只有增大有功功率，才能提高功率因数。

当每台主变达到远期规划负荷25 MW，且不考虑机场设备运行产生的感性无功功率时，两个考核点侧的功率因数将达到0.98，若考虑变电站的感性无功功率，此功率因数将更高。可见当该变电站的负荷增至远期负荷时，将不存在功率因数低的问题。

综上所述，现阶段该变电站功率因数较低而受到处罚的原因主要有2点，一是由于其有功负荷较低，站内2台主变容量各为40 MVA，负荷仅为1～3 MW，负载率达不到7.5%，大大低于变压器经济运行的负载率指标，即无法达到规划的负荷指标；二是由于长距离的电缆线路产生较大的容性无功功率。

3 建议方案

为解决该变电站考核点功率因数低的问题，可采取提高有功负荷或感性无功补偿2种方式。从技术实施方面看，根据现有数据进行估算，该变电站考核点的功率因数如需满足考核要求，其每台主变有功负荷应达到8 MW。但从该变电站实际情况分析，短期内有功负荷不会快速增加，故需采取感性无功补偿的方式提高功率因数。

感性无功容量可在66 kV或10 kV侧增加电抗器进行补偿。同容量的10 kV电抗器体积、噪声虽大于66 kV电抗器，但66 kV侧补偿需相应增加开关等一次设备及二次设备，造价将大大提高。同时该变电站66 kV侧的电气设备为线变组的GIS设备，在66 kV侧无法增加补偿设备。从可行性及经济性方面对比，采取在10 kV母线侧安装10 kV电抗器补偿的方案较为合理，可降低成本。

该变电站的现有负荷根据季节变化，在夏季、冬季现有的制冷空调设备、换热机组等大的感性负荷投运时，能增加有功功率及感性无功功率，抵消掉一部分容性无功功率，使电源侧功率因数有所提高，但仍不能满足考核标准。当春季此类设备停运时，有功功率及感性无功功率降低，容性无功功率占比变大，功率因数将大幅下降，故补偿的电抗器应能分组投切或平滑调节，以满足不同负荷条件下的需求。

4 设备选择

从该变电站的负荷变化看，补偿的电抗器应能分组投切或平滑调节，同时考虑远期负荷增大后，需补偿容性无功容量，建议选取平滑调节型的SVG动态补偿装置，其较并联电抗器在容量调节、补偿效果、日常运行与操作、器件损耗、负荷逐期增加时的经济效益、终期经济效益等方面都有较大优势［2-3］。

5 补偿容量确定

5.1 变压器的无功损耗计算

主变空载无功损耗计算公式如下：

式中：SNT为主变容量，MVA；I0为主变空载电流，A。

主变负载无功损耗计算公式如下：

式中：Uk为主变阻抗电压，%。

变压器的无功损耗计算公式如下［4-5］：

式中：KT为负载波动损耗系数，通常取1.05；β为主变负载率，%。

由计算得，1号主变无功损耗 （感性）为Qs1＝312.4 kvar，2号主变无功损耗 （感性） 为Qs2＝312.9 kvar。

5.2 1号进线无功容量

电力电缆的充电无功容量为

式中：B1为每km电缆导纳值，通常取8.91×10-5S；L为1号电缆长度，通常取10.165 km；UN为线路电压，通常取66 kV。

架空线的充电无功容量为

式中：d为架空线间距，通常取4 m；r为导线半径，m；U为线路电压，通常取66 kV；L为线路长度，km。

1号进线无功容量为

需要在10 kV母线侧加装无功补偿装置容量为

5.3 2号进线无功容量

电力电缆的充电无功容量为

式中：L为2号电缆长度，通常取9.926 km。

架空线的充电无功容量为

2号进线无功容量为

需要在10 kV母线侧加装无功补偿装置容量为

5.4 容量选择

根据以上计算结果，并留有一定裕量，可在该变电站10 kVⅠ、Ⅱ段母线各安装1套容量为5 Mvar的SVG型动态无功补偿装置，单套设备可实现-5 Mvar（容性） ～5 Mvar（感性）的平滑连续无功功率调节，且具有有源滤波功能。经调试后，该装置可改善考核点侧的功率因数，满足考核要求。

6 方案布置

新增的SVG平面布置可利用已有的电容器室改造布置，2套SVG应放在靠窗户位置，采用强迫风冷方式。强迫风冷方式主要是靠SVG本体自带风机，将设备的发热量以最快速度排到户外，其主要技术条件是排风道要短，否则会影响通风量，如果太长，由风机向外排出的风会在风道中形成窝风、堵风问题，影响设备散热，在夏季环境温度较高时，还可能导致设备跳闸，因此建议2套设备靠窗户摆放。

7 经济效益分析

从经济效益方面看，该变电站现在每月被罚电费在春季时最大，每月约100万元，在其余季节稍好，最低会被罚款30万元，1年约被罚款600万元。而该变电站负荷在近2年不会增大太多，故如果靠提升有功负荷来提高功率因数，那么在2年内至少还将被罚电费1 200万元。

由以上分析，如果增加感性无功补偿设备，建议采用SVG平滑调节的无功设备，在该变电站10 kVⅠ、Ⅱ段母线各安装1套容量为5 Mvar的SVG设备，总投资约400万元，可改善考核点的功率因数，还有望达到奖励电费指标。因此，从技术和经济效益上，增加感性无功补偿设备是解决功率因数过低、避免被处罚的最好方案。本文从实际案例着手进行分析，为同类用户提供参考。

［1］ 王 晛.大连地铁投运对电网侧电能质量的影响 ［J］.东北电力技术，2012，33（7）：20-23.

［2］ 陈 晟.传统无功功率理论及其局限性 ［J］.东北电力技术，2007，28（7）：37-39.

［3］ 张维也.电网无功功率补偿采用的主要技术 ［J］.黑龙江科技信息，2013，16（32）：99.

［4］ 李春东.SVQC型变电站无功补偿装置与AVC区域控制系统接口方案研究 ［J］.东北电力技术，2013，34（7）：18 -22.

［5］ 戈东方，钟大文.电力工程电气设计手册：电气一次部分［M］.北京：中国电力出版社，1989.

量符号的组合规则

1.对于两个字母构成的量符号，当它们出现在公式中时，为避免误解为2个量的相乘，其与另外两乘的量之间一定要加居中圆点 “·”或空出1／4个字的位置。

2.对于矢量相乘，不加乘号与加 “·”或 “×”的意义是各不相同的，千万不能随意相互变换。

3.矢量相除，可采取以下方式表示：χ／y，χ·y-1，χy-1。采用斜杠 “／”作相除号时，同一行中的“／”不能多于1条。

当分子或分母为多项式时，如采用斜杠 “／”，对多项式必须使用括号。

摘自 《量和单位的使用原则及方法》

Reactive Power Analysis and Control on 66 kV User Substation with Long Cable Lines

LU Guo⁃ning1，GONG Shu⁃dong1，SUN Huai⁃yu2，WANG Yu⁃fei2，GAO Jun2
（1.Shenyang Electric Power Survey and Design Institute，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.State Grid Shenyang Power Supply Company Electric Power Equipment Engineering Bureau，Shenyang，Liaoning 110003，China）

Reactive power is an important indicator for assessing electricity companies.This paper analyses a 66 kV user substation by reactive power of assessment to find out the reasons.By theoretical calculation，a solution are proposed，this paper is to provide a ref⁃erence for more and more users with similar problems.

Long cable lines；66 kV user substation；Reactive power analysis；Control

TM63；TM761＋.1

A

1004-7913（2015）11-0037-03

卢国宁 （1983—），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为电力系统规划。

2015-07-19）