春节低负荷时期电网无功倒送问题的分析与应对

陆丹丹，夏红光，钟宇军，李 程，方婵畅

（国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山 316021）

春节低负荷时期电网无功倒送问题的分析与应对

陆丹丹，夏红光，钟宇军，李 程，方婵畅

（国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山 316021）

海缆线路的充电功率会对电网无功平衡产生一定的影响，针对2016年春节低负荷时期舟山电网蓬莱供区发生的220 kV侧无功倒送现象，对该供区无功平衡进行计算分析，阐述无功倒送发生的原因。对蓬莱供区2017年无功平衡情况进行计算，针对2017年春节低负荷时期可能发生的无功倒送问题，提出无功配置方案的改进建议，通过分析研究，提出了“十三五”期间蓬莱供区感性无功补偿配置方案。

海缆线路；充电功率；无功平衡；感性无功补偿

0 引言

浙江舟山地区具有独特的海岛地理环境，岛屿之间变电站多使用海底电缆供电。由于海缆具有较大的充电电容，相同长度和电压等级的海缆比架空线路产生的无功充电功率更大。220 kV蓬莱变电站（以下简称蓬莱变）大量采用海缆对周边岛屿的110 kV变电站供电，产生的充电功率对蓬莱供区的无功平衡造成了一定的影响。特别是在春节轻负荷时期，电力负荷水平比较低，更加无法消纳海缆线路产生的充电功率，系统电压普遍偏高，电缆充电功率对全网无功平衡影响尤为突出。根据舟山调度数据显示，2016年春节低谷负荷期间，蓬莱供区曾发生主变压器（以下简称主变）低压侧向220 kV高压侧倒送无功现象，同时220 kV蓬莱变主变高压侧功率因数达到0.99。

根据SD 325-89《电力系统电压和无功技术导则》（试行），220 kV变电站在切除并联电容器后，其一次母线功率因数高于0.98时，应设并联电抗器。因此，有必要对2016年春节期间发生的无功倒送现象进行分析，同时对2017年春节低谷期间及“十三五”期间舟山电网蓬莱供区无功平衡情况进行分析，并提出合理的电网无功补偿配置方案。

1 无功平衡计算

1.1 主变损耗

变压器的无功损耗是电网中主要的无功负荷，一般约占变压器额定容量的10%～20%，主要包括空载励磁无功损耗和负荷电流通过漏抗产生的无功损耗。220 kV变电站为三圈变，若以ST1，ST2，ST3表示通过变压器三侧的功率，忽略变压器空载有功损耗时，近似计算变压器的无功损耗QT为：

式中：SN为变压器额定容量；QZT，QYT分别为变压器阻抗无功损耗和变压器励磁支路无功损耗；Ud1%，Ud2%，Ud3%分别为变压器高、中、低压侧绕组阻抗百分数。

1.2 海缆充电功率计算

海缆的充电功率与海缆型号、电压等级以及导线截面都有关系。据统计，蓬莱供区主要使用110 kV海缆线路，电缆型号为单芯HYJQ41，导线截面为630 mm2和500 mm2。单位长度海缆线路的充电功率计算公式如下：

式中：QC为海缆充电功率；XC为海缆容性电抗；f为系统频率；c为海缆计算电容；UC为系统平均电压，根据舟山电网蓬莱供区的实际运行情况，取115 kV。

表1为不同截面的单芯110 kV海缆参数，根据式（2）计算得到的单位长度不同导线截面的海缆线路的充电功率见表2。

表1 单芯110 kV海底电力电缆参数

表2 不同截面110 kV电缆充电功率计算值

2 无功倒送原因分析

目前，蓬莱供区有220 kV蓬莱变1座，主变容量2×180 MVA，220 kV架空出线2回，海缆线路6回（架空线路损耗不作统计），其中导线截面630 mm2海缆线路80.4 km，导线截面500 mm2海缆线路34 km。220 kV蓬莱供区配置电抗器容量为72 Mvar，详见表3。

根据舟山电网电力调度系统数据显示，2016年春节低谷时期，蓬莱供区发生了无功向主变220 kV侧倒送的现象，首先通过计算分析这一现象产生的原因。

表3 220 kV蓬莱供区电抗器配置情况

（1）根据变电站实际运行情况，2016年春节低负荷时期，高压侧负荷为24 MW，主变110 kV和35 kV侧负荷分别16.8 MW和7.2 MW；预计2016年夏季高峰负荷时期，蓬莱变高压侧负荷为165 MW，主变110 kV和35 kV侧负荷分别115 MW和49.5 MW。

（2）2016年春节期间，蓬莱供区有海缆线路4回，其中导线截面为630 mm2海缆线路66 km，截面为500 mm2海缆线路34 km，计算得到蓬莱供区 110 kV海缆线路产生的充电功率为80.4 Mvar；2016年4月，蓬莱供区新增110 kV变电站1座，新增导线截面为630 mm2海缆线路14.4 km，计算得到2016年夏季高峰负荷期间蓬莱供区110 kV海缆产生的充电功率为92.4 Mvar。

（3）根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》，35～220 kV变电站中，在主变最大负荷时，一次侧功率因数不应低于0.95；在低谷负荷时，功率因数不应高于0.95。蓬莱供区充电功率比较大，根据实际运行情况，蓬莱变高压侧功率因数在高峰和低谷期间都比较高，在0.99左右。在无功平衡时要计入蓬莱变向各110 kV变电站、35 kV侧提供的无功容量，对此在平衡中考虑为：高峰负荷方式，负荷侧（蓬莱变110 kV和35 kV侧）功率因数取0.95～0.98；低谷负荷方式，功率因数取0.92～0.95。

计算后，整个蓬莱供区无功平衡见表4，平衡中忽略了系统的有功损耗及线路无功损耗。

计算表明，在低负荷时期，蓬莱供区主变110 kV和35 kV侧负荷水平低，负荷所需的无功容量比较低，主变无功损耗也较小，因此无法更多地消纳海底电缆产生的容性无功，更易发生无功倒送现象。2016年春节低谷负荷时期，蓬莱供区产生72～74 Mvar的容性无功，蓬莱供区电抗器配置容量为72 Mvar，因此可能产生1～2 Mvar的无功倒送，计算结果与舟山电网调度系统数据显示的2016年春节期间蓬莱供区主变倒送约3 Mvar无功的情况基本吻合；2016年夏季高峰期间，蓬莱供区新增14.4 km海缆，海缆线路充电功率增大，主变无功损耗也增大，蓬莱供区产生50～70 Mvar的容性无功，未发生无功倒送现象。

表4 蓬莱供区2016年无功平衡Mvar

3 蓬莱供区无功配置方案

对2017年蓬莱供区无功平衡情况进行分析，并提出相应的无功补偿措施，以防止2017年春节低谷负荷时期无功倒送现象的再次发生。

2017年春节低谷期间，蓬莱供区无新增电网项目投运。预计2017年春季低谷期间，高压侧负荷为30 MW，主变110 kV和35 kV侧负荷分别21 MW和9 MW；2017年高峰负荷期间，高压侧负荷为180 MW，主变110 kV和35 kV侧负荷分别126 MW和54 MW。蓬莱供区采取无功补偿措施后，蓬莱变高压侧功率因数控制在0.98，高峰负荷方式110 kV侧、35 kV侧功率因数取0.95～0.98，低谷负荷方式，功率因数取0.92～0.95。

2017年春节低谷时期和夏季高峰时期的无功平衡情况见表5。

2017年高峰负荷时期，蓬莱供区可能会产生54～77 Mvar的无功；2017年春节低谷负荷时期，蓬莱供区可能产生84～87 Mvar的容性无功，根据目前蓬莱供区的电抗器配置情况，建议至少还需增加15 Mvar的容量电抗器。

“十三五”末期，蓬莱变将扩建1台主变，届时，蓬莱变主变容量为2×180+240 MVA。蓬莱供区将新增110 kV变电站1个，新增导线截面为500 mm2的海缆线路1回，长度34 km，新增导线截面为630 mm2的海缆2回，长度为8 km，计算得到海缆充电功率为124.1 MVar；预计2020年夏季高峰期间，高压侧负荷为250 MW，主变110 kV和35 kV侧负荷分别175 MW和75 MW，2020年春节低谷负荷为45 MW，主变110 kV和35 kV侧负荷分别31.5 MW和13.5 MW。“十三五”后期蓬莱供区无功平衡情况如表6所示。

表5 蓬莱供区2017年无功平衡Mvar

表6 蓬莱供区2020年无功平衡Mvar

计算表明，在2020年高峰负荷时期，蓬莱供区可能会产生75～106 Mvar的无功；负荷低谷期间，蓬莱供区可能会产生111～115 Mvar的无功，按照目前蓬莱供区容量72 Mvar的电抗器配置情况，“十三五”期间，蓬莱供区至少还需配置43 Mvar容量的电抗器。

4 结论

对于海缆线路产生的容性无功，一部分可通过线路末端电力负荷来消纳，另一部分通过变压器运行时的无功损耗来消纳。但是在轻负荷时期（比如春节低谷时期），负荷急剧降低，居民负荷占比升高，无功需求减少，导致海缆线路产生的无功无法被消纳，且由于变压器在轻载运行状态下，无功损耗也变小，因此在海缆线路产生的充电功率没办法被消纳的情况下，导致了线路末端电压升高，从而进一步导致海缆线路充电功率的增大。因此在变电站设计中，要以节假日轻负荷时期的数据为依据，充分考虑电缆充电功率的影响，提高感性无功补偿装置配置的准确性。

目前，舟山电网蓬莱供区已发生感性无功补偿装置配置不足的问题，到2017年春节前，蓬莱供区至少需要增加15 Mvar的电抗器； “十三五”期间，随着新建变电站的投入，海缆线路进一步增多，海缆充电功率进一步增大，将需配置至少43 Mvar感性无功补偿装置。

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（本文编辑：徐 晗）

Analysis and Treatment of Inverse Reactive Power Feeding of Power Grid in Low-load Period during Spring Festival

LU Dandan，XIA HongGuang，Zhong Yujun，LICheng，FANG Chanchang
（State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan Zhejiang 316021，China）

∶Charging power of submarine cable has impact on reactive power balance of power grid.On the basis of inverse reactive power feeding from 220 kV side in Penglai power supply area of Zhoushan power grid during low load in Spring Festival of 2016，reactive power balance in the area is calculated and analyzed，and the causes are expounded.Furthermore，reactive power balance in the area is calculated.For the potential inverse reactive power feeding during low load in Spring Festival of 2017，improvement of reactive power configuration scheme is proposed；through analysis and discussion，a configuration scheme for inductive reactive power compensation in Penglai power supply area during"the 13th Five-year Plan".

∶submarine cable；charging power；reactive power balance；inductive reactive power compensation

.201704007

1007-1881（2017）04-0027-04

TM714.3

B

2016-11-24

陆丹丹（1987），女，工程师，主要从事电力规划工作。