變電站10kV電容器組的配置
發布時間：2020-04-21 11:15:00 來源：振航電氣有限公司
引言
目前，電力系統中為了提高電壓質量，減少網絡損耗，普遍配置了無功補償裝置，由于電容器組容量可大可小，即可集中使用，又可分散配置，具有較大的靈活性，且價格較低，損耗較小，維護方便，故為目前系統中使用廣泛的無功電源之一。變電站設計中一般將電容器組布置在10kV側。由于10kV側配置電容器存在系統短路容量較小、分組數較多、易發生諧振等問題，故如何合理選擇10kV電容器組就顯得尤為重要。
1、電容器總容量的選擇
變電站安裝的"容性無功量"的選擇原則為：對于直接供電末端變電所，其容性無功量應等于裝置所在母線上的負荷按提高功率因數所需補償的容性無功量與主變壓器所需補償的容性無功之和。即：
通過式(1)、(2)、(3)對變電站無功容量進行估算，負荷所需補償的容性無功量約為主變容量的5%~10%(按補償到功率因數0.96考慮)，主變壓器所需補償的容性無功量14%~16%。
綜上所述，變電站的容性無功補償以補償主變的無功損耗為主，現變電站均按照主變容量來配置電容器補償容量。根據《國家電網公司電力系統無功補償技術配置原則》(以下簡稱配置原則)要求，變電站可按照主變壓器容量的20%-25%配置容性無功補償裝置。因此變電站的電容器組總容量除個別情況外，大多數情況應按照以上要求配置，與電容器組的電壓等級無關。
2、電容器分組容量的選擇
確定了電容器組總容量后，還需對電容器組分組容量進行選擇。
(1)若分組容量過大，會引起投切時母線電壓波動增大、變電站投運初期負荷變小，無法投入電容器進行無功補償等問題。
(2)若分組容量過小，會引起增加設備投資、減少變電站出現回路數、增大維護工作量、增大變電站的布置難度等問題。
因此電容器分組的總原則應是：在滿足系統要求的前提下，盡量加大分組容量，減少組數。
2.1 電容器分組容量與母線電壓波動的研究
電容器在進行投切操作時，將引起母線電壓的變化，其變化幅度為：
從式(4)可以看出，母線電壓波動率與投切電容器的容量成正比，與母線三相短路容量成反比?！冻鞘须娏W規劃設計導則》中規定：變電站10kV側母線短路電流需控制在20kA以內， 10kV側限短路容量為1.73210.520=363.7MVA,根據《配置原則》要求，以投切單組補償設備引起的所在母線電壓的變動值不宜超過額定電壓的2.5%計算。10kV側單組電容器容量限值為Qfz=363.72.5%=9.09Mvar。另外，由于20kA為變電站在大方式下需保證的短路電流，若在小方式下，則達不到20kA，相應的短路容量也要隨之減小。
綜上所述，為保證投切電容器時母線電壓波動在2.5%以內，變電站10kV電容器組的分組容量應通過計算確定。結合以往經驗，220kV變電站分組容量不宜大于8Mvar，110kV變電站不宜大于6Mvar。
2.2 電容器分組容量與諧波放大的研究
投入并聯電容器裝置后，為防止其引起高次諧波電流放大和諧振(主要針對3、5、7次諧波而言)，需在其回路裝設串聯電抗器。目前變電站一般在電容器組中串接5%的電抗器，使電容器支路對5次及以上諧波均呈感性，可有效抑制5次及以上諧波的危害，但對3次諧波可能有電流放大作用。為抑制3次諧波的危害，可采取以下措施：
3>>
1、電容器組串接12%～13%的電抗器，使電容器支路對3次及以上諧波均呈感性。但隨著串接電容器容量增大，會相應增加回路的電能損耗，增大電容器端子的運行電壓，縮短電容器使用壽命。因此從經濟性方面考慮，這一措施僅在部分變電所使用。
2、恰當選擇電容器分組容量，躲開3次諧波放大區。但此措施對3次諧波電流仍有放大作用，即系統內的3次諧波電流，在投入電容器組后肯定要比投入前增大。在使用時，可根據電容器安裝處3次諧波的污染程度，調整允許諧波電流的放大倍數，選擇具體的分組容量。
根據式(4)及(5)，當n=3、A=5%、K=2時，取小運行方式下10kV短路容量為240MVA，運行方式下短路容量為363.7MVA，則 應小于9.6Mvar或大于33.2Mvar。即電容器投切時嚴禁投入9.6Mvar至33.2Mvar之間容量，否則就會對其內流過的3次諧波產生不允許的放大倍數，甚至引起諧振，威脅設備安全。
而K值的選擇是由電容器安裝處3次諧波的污染程度決定。若污染程度較輕，則K值可選的較大，相容短路容量下，危險區就較窄;若污染程度較重，則K值可選的較小，危險區就較寬，相應的電容器分組容量選擇就需要謹慎。
2.3電容器分組容量選擇的應用
以常見的50MVA主變壓器的110kV變電站為例，每臺主變壓器配置總容量10Mvar臺電容器，分組容量不超過5Mvar。10kV母線短路容量選擇限值363.7MVA與小值240MVA進行考慮。
3 結束語
隨著電網的不斷發展，變電站單臺主變壓器容量不斷增大，按照主變壓器容量配置的電容器組總容量也在不斷增大。若考慮減小電容器組總容量，則不能滿足系統電壓和功率因數方面的要求。因此導致電容器組總容量多在上安全區。而為控制電容器投切時的母線電壓波動，10kV單臺電容器容量又不宜過大，所以Qc值落入危險區的概率大。因此在電容器分組時，應具體情況具體分析，不要根據經驗盲目選擇。另一方面還應該著眼于控制諧波源，盡量使其產生的諧波分量減少或在諧波源的外部采取措施，如裝設濾波器等吸收一部分諧波電流，使允許的K值增大，危險區域變窄，將更有利于電容器的分組選擇。
參考文獻
[1]中華人民共和國建設部.并聯電容器裝置設計規范GB50227-2008.北京：中國計劃出版社，2008.
[2]電力工業部電力規劃設計總院.電力工程設計手冊.北京：中國電力出版社，2004.
[3]中華人民共和國國家電網公司.城市電力網規劃設計導則Q/GDW156-2006.
[4]汪立俊.220kV變電站10kV電容器組的選擇.2010.
浙公網安備 33038202002294號