并联电容器对电力系统无功补偿和电压调节问题的探讨

并联电容器对电力系统无功补偿及电压调节问题的探讨

马文成

摘要：变电站并联电容器可以对电网的无功功率进行集中补偿。通过对无功功率的合理补偿，从而达到调节电压、使系统经济和稳定运行。但在实际运行中，往往由于设计原因，无功负荷的分布不可预见性等因素导致变电站母线并联电容器不能合理的补偿无功和调节电压。下面就某站10kV 母线并联电容器运行中存在的问题加以分析和探讨。

关键词：并联电容器、无功补偿、电压调节

某变电站电压等级为110/35/10kV ，两台主变容量分别为25000kVA 和20000kVA 的有载调压变压器，正常时20000kVA 变压器运行，另一台主变热备用，10kV Ⅰ、Ⅱ段母线经分段开关联成单母运行。10kV Ⅱ段母线装var 36003600102K TBB -成套电容器装置，电容器型号为：W BFFH 31180023114⨯-⨯--密集型电容器，每组容量为var 1800K ，两组共3600var K ，其额定电流为89A ，串联电抗器型号为11012--CKGKL 的空芯电抗器，额定电抗率为1%。

1 运行中存在的问题

该站自2000年投运以来，因10kV 母线并联电容器的补偿容量不合理致使电容器不能正常投入运行，因此，10kV 母线输送的无功负荷不能实现就地补偿，从而不利于电网运行的经济性和稳定性。

1.1 影响并联电容器投入运行的因素：

1.1.1 并联电容器投入时补偿容量过剩

图例分析如下： 25003000

3500

4000

4500

5000

5500

2月1月3月4月5月6月7月8月9月10月t

800

900

1000

1100

1200

700有功（kw ）

无功（kvar ）

图 A 10kV 母线2011 年平均有功、无功负荷曲线图

上图数据为该站10kV 母线2011年有功、无功负荷平均值，从图中可以看出，10kV 母线年输送无功负荷最大值为1500var K ，最小值为500 var K ，平均值为1000var K 。若

投入一组容量为var

1800K的电容器时除补偿了10kV母线输送的无功负荷外，还向系统倒送无功容量800var

K。按照规定，电力系统无功补偿应以分级补偿，就地平衡的原则进行，向系统倒送无功时将会引起过电压，系统稳定性受到破坏。因此，向系统倒送无功是不允许的。

1.1.2 并联电容器投入时对母线电压影响较大

若正常运行时投入一台20000kVA的有载调压变压器时，从图A中可知10kV母线年输送有功功率最大值为6000kW，最小值为3000kW，平均值为4500kW。正常运行时，在110kV母线确保电压合格率的情况下，35kV及10kV母线通过有载调压完全可以满足各级母线电压合格率的要求。当电容器投入时，除补偿了10kV母线输送的无功功率外，还向系统倒送了大量无功。此时，变压器输出的无功功率减少，导致高压侧母线向系统输送的无功减少而电压升高。变压器中、低压侧母线电压随之相应升高，尤其低压侧母线电压升高较大，而并联电容器运行时向系统补偿的无功容量与其端电压的平方成正比，电压升高浮度越大，向系统输送的无功容量越大，如此恶性循环，可能导致电容器过电压保护动作跳闸，系统其它设备超过额定电压运行时，其绝缘受到威胁。此时，用有载调压来降低电压运行已不能满足电压合格率的要求。

1.1.3 并联电容器退出运行时对系统经济运行的影响

变电站并联电容器投入电网的目的是为了补偿系统无功的不足，减少电源向系统输送的无功功率，从而提高有功输送容量。因电源向系统远距离输送无功负荷时，在线路及变压器等感性、容性元件及阻性元件上消耗一定的有功功率，因此，电源远距离大容量输送无功不经济。变电站采用并联电容器通过就地无功补偿，可以降低电源向系统及用户输送的无功负荷，从而提高了有功输送容量。相对于电源输送无功时，变电站并联电容器的单位容量费用最低，有功功率损耗最小（约为额定容量的0.3%～0.5%），一次性投资，运行维护简便。因此用系统减少输送的无功功率来相应的提高有功容量的输送能力，从经济性方面比较，并联电容器投资成本小，最多1～2年可收回成本。因此，获得了最好的经济效益。

从以上分析可以看出，当该站并联电容器退出运行时，据查10kV母线年输送无功电能约760万度。因此，在当前负荷情况下，并联电容器退出运行最不经济。

2 应采取的措施

针对以上分析，该站10kV母线并联电容器在电压调整、无功补偿过剩及运行经济性方面存在着相互制约的矛盾，如何解决这一问题，本人提出采取以下措施：

2.1 改变10kV 母线并联电容器的接线方式，改造图如下： W BFFH 31180023/114⨯-⨯-DK 至10kV 电容器柜DK 至10kV 电容器柜

1

J 1G 1C 2C 1J 1C 2

C 1

G 2G 110/12--CKGKL 3

12712．-FD 630104-GW 630

104-GW 5

427125．．-WR Y 3

10-KVRSYW 18531022⨯--YJLV 图B 改造前电容器接线图图C 改造后电容器接线图

图B 为原接线，改造前当一组电容器投入运行时向系统输送的总无功补偿容量为C U Q ω21=，式中：U 为母线端电压，当f 为工频时，ω为一常数，21C C =，因1C 和2C 并联，所以21C C C +=，即1212C U Q ω=。图C 为改造后的接线图，总无功补偿容量为C U Q ω22=，式中：U 为母线端电压，当f 为工频时，ω为一常数，21C C =，因1C 和2C 串联，所以21C C =，即2122C U Q ω= 。所以422121221==C U C U Q Q ωω，即v a r )(90043600412K Q Q ===。

通过计算可知，改造后两组电容器串联后再三相并联接于电网时的总无功功率var 900K 。

考虑到后期无功负荷的增长给补偿带来新的问题，上述改造中在实际设备上可通过如图C 所示加装一组隔离开关来实现，即通过操作拉开2G 隔离开关，合上1G 隔离开关来实现投入无功容量var 900K 。后期无功负荷增长较大时，可通过操作拉开1G 隔离开关，合上2G 隔离开关来实现投入无功容量var 1800K 。

2.2 改变并联电容器的接线方式后对系统及各元件的影响

2.2.1 对系统的无功补偿情况

图A 中，按目前年平均输送无功负荷曲线可以看出，年平均无功输送容量为var 1000K ，改造后并联电容器投入电网运行时补偿的无功容量为var 900K ，因此，可以实现就地补偿无功的能力。对于后期无功负荷增长带来的无功补偿不足时，可通过操作