220kV变电站无功补偿容量计算与分析

阳水财

摘 要：目前许多变电站普遍存在负荷过重的状况，需要加装无功补偿装置来提高电网输送能力。本文从电网变压器产生无功损耗的机理出发，对220kV电力变压器无功功率进行了分析和计算，旨在提高输电设备的利用率，降低电力系统设备的耗损和有功网损，减少能耗和发电费用，供相关人员参考借鉴。

关键词：电力变压器；无功补偿装置；无功损耗；容量计算

中图分类号： TM41 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-246-2

0 引言

变电站要提高电网输送能力、降低电网的工作损耗，就需要对变电站无功补偿容量进行计算，并通过计算结果设置合理的无功补偿装置，从而提高变电站工作效率，保证电网的安全运行。

1 220kV电力变压器无功功率分析及计算

当前社会上应用的电力变压器中由内部铁芯中的激磁产生的无功功率（Q1），以及副边漏磁产生的无功功率（Q2）即变压器总的无功功率（Q）。

在变压器输入输出电压稳定时，铁芯所产生的无功功率等于变压器的空载试验无功功率：

符号解释：i0为变压器激磁电流百分值；SN为变压器额定容量；Q0为变压器空载试验时的无功功率。

式中的Q1是一个恒定量，与铁损一样，与整体变压器的重量和材料有关，在两端电压不变的条件下。

电力变压器漏磁产生的无功功率（Q2）与负荷电流（i）同时变化，设定主变高、中、低压侧绕组的短路电压分别为：UK1、UK2和UK3，则有：

变压器手册或者是制造厂所提供的短路电压值，均按照折算成与变压器额定负载容量相对应的值，基于此，三绕组变压器的等值绕组电抗表示为公式：

符号解释：SN为变压器额定容量；VN为额定线电压。

基于此，三绕组变压器主变的无功损耗可表示为：

符号解释：S1为主变高压侧绕组通过的负荷容量，S2为主变中压侧绕组通过负荷容量，S3为主变低压侧绕组通过的负荷容量，单位为MVA；V1为主变高压侧绕组的计算电压，V2为主变中压侧绕组的计算电压，V3为主变低压侧绕组计算电压，单位，kV；XT1为主变高压侧绕组的电抗值，XT2为主变中压侧绕组电抗值，XT3为主变低压侧绕组电抗值，单位，Ω。

在变压器电压变化量不考虑的情况下，主变两侧阻抗电压折算到一次侧，计算电压值取VN，即表示为公式：

符号解释：β为变压器负载率。

由以上公式可得出变压器的无功损耗的计算需要得到变压器空载电流值i0以及短路电压值UK。变压器出厂手册和铭牌上均可查找到变压器空载电流值i0以及短路电压值UK。下文描述的表1中介绍的几种变压器的无功损耗可以通过计算得出（表中的KQ是变压器的电力损耗系数，即，KQ=Q1+Q2/β·SN）。

2 220kV输电线路无功损耗

图1是交流输电系统数学模型。在高压输电线路，单位长度的电阻和电抗的比值较小，所以在对输电线路进行输送能力分析的时候，电阻值忽略不计。

由上图可知：

①当P*<1，即P0，线路发出无功。反之，则线路吸收无功。

②随着线路变长，吸收和发出的无功功率也随着负荷的变化而变化，因此在进行远距离输电时需要进行无功补偿。

③当输电距离固定，有功功率与无功功率存在非线性关系，输送的有功功率远远不及消耗的无功功率增长得快。

3 计算算例

某区域电网中220kV变电站规划如图3所示，本期建设2台180MVA主变。拟采用SFSZ10-180000/220型号的变压器。

①主变无功损耗。当运行一台180MVA主变带，且负荷为80%时，三绕组主变无功损耗19.77Mvar；负荷为45%时，损耗为5.77Mvar。

②电压层间无功缺额计算。主变带负荷为80%时，220kV、110kV和10kV的功率因数分别按0.95、0.95、0.9计算，电压层间无功缺损为：130×SIN（COS-10.95）+50×SIN（COS-10.9）-144×SIN（COS-10.95）=17.4Mvar。

③线路无功损耗。将C站侧负荷认为是60%，线路吸收无功3.4Mvar。

如果同时运行两台，当主变带负荷为80%时，损耗的无功功率是39.54Mvar，电压层间无功缺损34.8Mvar。将C站侧负荷认为是60%，线路吸收无功3.4Mvar。则C站无功缺额为77.7Mvar。

4 结语

实验结果表明，通过对220kV变电站电网进行无功补偿容量计算，合理安装无功补偿装置，可以提高电网质量，也降低了供电虚高造成的单位电量造价虚高，同时减少了电网损失，对于电力系统的运行起到了极大的促进作用。

参 考 文 献

[1] 严浩军.变电站电压无功综合控制策略的改进[J].电网技术，1997（10）.

[2] 国海，李咏鹿.无功补偿方案的确定及其问题的解决[J].现代农业科技，2006（11）.