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摘要：在对目前内蒙古省220kV变电站无功补偿配置调研的基础上，提出选用220/66/10kV三绕组变压器，利用新增的10kV电压等级装设无功补偿装置。以蒙东某220kV变电站为例，对比66kV侧装设无功补偿方案的电压波动、功率因数、占地面积和造价投资等指标，从而确定该变电站无功补偿的最优方案。
关键词：无功补偿；不同电压等级；优化设计
1引言
无功电源不足，使得电力系统运行电压水平低，会造成如电力系统损耗增加、设备损坏、电力系统稳定度降低等问题。因此在受电端安装无功补偿装置，可提高功率因数，降低线路损耗。实际补偿过程中，无功补偿容量的配置应使电网的无功功率实现分层分区平衡，各电压等级之间要尽量减少无功功率的交换。
目前内蒙古220kV变电站通常为220kV/66kV，无功补偿装置大部分集中在66kV侧。高压无功补偿装置存在占地面积较大、造价较高等问题，考虑新增10kV电压等级来加装无功补偿装置以满足电网对无功功率的需求。通过对蒙东某220kV变电站进行无功补偿容量的计算，提出两种补偿方案，并对两种补偿方案的电压质量、占地面积和造价投资等指标进行比较，确定该变电站无功补偿的最优方案。
2变电站无功补偿
2.1无功补偿标准
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》（国家电网生[2009]133号）第二十一条要求：“新建变电站和主变压器增容改造时，应合理确定无功补偿装置容量，以保证35～220kV变电站在主变最大负荷时，其高压侧功率因数应不低于0.95；在低谷负荷时功率因数应不高于0.95，且不低于0.92。”。
根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》（Q/GDW212—2008）的要求：
“各电压等级变电站无功补偿装置的分组容量选择，应根据计算确定，最大单组无功补偿装置投切引起所在母线电压变化不宜超过电压额定值的2.5%”。
“220kV变电站的容性无功补偿以补偿主变压器无功损耗为主，适当补偿部分线路及兼顾负荷侧的无功损耗”。
“220kV变电站容性无功补偿装置的单组容量，接于66kV电压等级时不宜大于20Mvar，接于10kV电压等级时不宜大于8Mvar”。
“220kV变电站安装有2台及以上变压器时，每台变压器配置的无功补偿容量宜基本一致。”
2.2变电站无功负荷和无功电源
1）电压层面的无功负荷。工程实际中，可按照导则要求的功率因数估算电压层面的无功负荷。
2）变压器。变压器的无功损耗包括空载励磁无功损耗和绕组漏抗无功损耗。
①两绕组变压器的无功功率损耗计算：
其中Sjs—变压器计算负荷，MVA；SN—变压器额定容量，MVA
—变压器空载电流百分值；
—变压器短路电压百分值；
②三绕组变压器的无功损耗计算
其中Sjs1、Sjs2、Sjs3—分别是变压器高、中、低压侧计算负荷，MVA；SN—变压器额定容量，MVA
—变压器空载电流百分值；
—分别是变压器高、中、低压侧折算至一次侧的短路电压百分值。
3）输电线路。电力线路上的无功功率损耗分2部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。串联电抗中的损耗呈感性；并联电纳中的损耗呈容性，又称为充电功率。
4）电力系统中无功电源包括发电机、同步调相机、静止电容器、静止无功补偿器、静止无功发生器以及输电线路并联支路充电功率等。
3变电站不同电压等级无功补偿配置实例
以蒙东某220kV变电站为例进行分析。
3.1变电站规模
该220kV变电站终期规模为2台120MVA主变，220kV采用双母线接线，出线8回；66kV采用单母线分段接线，出线20回。
本期规模为1台120MVA主变，220kV本期采用双母线接线，出线3回，均采用架空线出线。66kV采用单母线分段接线，出线12回，均采用架空线出线。
3.2无功补偿方案
方案一：选用三相双绕组油变压器。主变参数如下：
电压比：230±8×1.25%/66kV；
容量比为：120MVA；
接线组别：YN，d11；
阻抗电压：Ud=13%。
方案二：选用三绕组非自耦变压器，主变参数如下：
电压比：230±8×1.25%/69/10.5kV；
容量比为：120/120/60MVA；
接线组别：YN，d11，d11；
阻抗电压：Ud1-2=14%，Ud1-3=23%，Ud2-3=8%。
计算条件如下：
①该变电站负荷高峰时每台主变负载率按80%考虑。
②考虑到本工程线路输电距离长，并考虑到高峰负荷时线路上无功损耗较平时大，因此无功平衡时，负荷侧母线（66kV母线）功率因数按照0.94考虑，主变高压侧（220kV母线）功率因数控制在0.95及以上。
不考虑补偿线路无功损耗，同时补偿部分负荷侧无功损耗的基础上，两种方案无功补偿容量计算结果如表1所示。
表1无功补偿容量计算结果
由计算结果可知，该220kV变电站可采用如下两种无功补偿方案：
（1）方案一：采用双绕组变压器，每台主变66kV侧配置2组10Mvar电容器。
（2）方案二：采用三绕组变压器，每台主变10kV侧配置2组8Mvar电容器。
4无功补偿方案比选
4.1技术分析
根据已知的系统等值阻抗数据，采用PSASP7.16软件建立潮流计算等值模型，计算和对比两种无功补偿方案对变电站母线电压调节能力，如表2、3所示。
表2方案一无功补偿校核结果
表3方案二无功补偿校核结果
由表2、3可知，两个方案补偿效果均满足对变电站高压侧功率因数和母线电压波动的要求。但是，方案一中容性无功裕度较大，造成电容器利用效率不高。方案二在满足要求的前提下优化无功补偿的容量，采用小容量电容器补偿，提高了补偿精度。
4.2占地面积
方案一每台主变66kV侧需补偿2组10Mvar电容器。66kV10Mvar框架式电容器，单组电容器尺寸8000×9000mm（W×L）。本期2组10Mvar电容器占地面积为144㎡，远景4组共计288㎡。
方案二每台主变10kV侧需补偿2组8Mvar电容器。10kV8Mvar框架式电容器，单组电容器尺寸6800×5600mm（L×W），本期2组8Mvar电容器占地面积76.16㎡，远景4组共计152.32㎡。
4.3经济性比选
表4投资主要数据对比
注：表4中设备价格参照国网2017年最新设备价格信息表。
由表4可知，与方案一相比，方案二降低了前期的投资。
5结论
经过计算和对比分析，综合考虑无功补偿容量、电气和开关设备成本、土建造价及征地费用等指标，蒙东某变电站无功配置方案为选用220/66/10kV三绕组变压器，每台主变10kV配置2组8Mvar电容器；不考虑感性无功补偿装置。通过方案优化既满足本期及远景安全运行要求，也具有优越的价格经济性。
参考文献:
[1]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册[M].中国电力出版社,2010.
[2]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].中国电力出版社.1991
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作者简介：
陈丽（1990-）女，助理工程师，系统设计专业。