关于变电站无功补偿容量的确定

110kV变电站无功补偿研究摘要：本文主要对110kV变电站无功补偿的补偿容量进行研究，主要阐述了无功补偿考虑因素及设计计算。

在理论方面主要考虑无功负荷和电缆的充电无功功率，主要包括无功负荷的考虑因素及实际情况下的计算方式，电缆充电无功功率的考虑因素和计算方式。

最后通过以上两个因素综合考虑后作为变电站选择容性无功补偿装置或者感性无功补偿的依据，为实际工程案例做了无功补偿计算，最后为变电站无功补偿装置的选择和应用提供借鉴性结论。

关键字：110kV变电站、无功补偿、无功负荷、充电功率。

引言随着我国成为世界第2大经济体，作为一个制造大国电力负荷不断增长，国家出台了若干增量配网相关政策，支持电力改革。

110kV变电站的建设作为增量配网及电力改革的重要抓手将越来越广泛的投资和建设。

电网输中电气设备存在感性原件和容性原件，导致电网为满足用电使用的情况输出有功的同时，同样附带输出无功。

为了提高电网的效率，电力系统需要保证功率因素在合理区间。

根据《电力系统无功补偿配置技术原则》（Q/GDW 1212-2015），“110 kV 变电站的容性无功补偿装置，以补偿变压器无功损耗为主，适当兼顾负荷侧的无功补偿。

补偿容量按照主变压器容量的15%～30%配置，并满足110kV主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95，在低谷负荷时功率因素应不高于0.95”。

无功补偿需要考虑的因素变压器以及用电负荷的设备，大部分属于电感线圈，故此，在以前的110kV 变电站的无功补偿上主要考虑变压器的无功负荷。

无功负荷主要与变压器的负债率及变压器本体性能有关。

110kV变电站的无功补偿中不仅要考虑变压器本体与负荷的无功负荷外，同时需要关注变电站外电源线路的充电功率。

外电源线路的充电功率与外电源线路的敷设方式和长度有关。

由于城市化的推进，110kV变电站的外电源架空线路受到限制，多数情况下，外电源入地敷设取代架空线路。

由于入地敷设的电缆容性特征比架空线缆高出一个数量级，导致外电源线路具有明显的容性特征，这种容性特征将在110kV变电站的使用中向电网倒送无功，这部分无功被称为电缆的充电功率。

图1 系统接线示意图变电站无功补偿电容器容量计算合理进行无功补偿是保证电压质量和电网稳定运行的必要手段，对提高输送能力和降低电网损耗具有重要意义，2007年8月24日国家电网公司下发的《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》要求220kV 变电站“补偿容量按照主变压器容量的10%-25%配置”，35kV~110kV 变电站“按主变压器容量的10%~30%配置”，具体计算方法没有明确指出。

现以我公司220kV 单城变电站扩建增设无功补偿电容器为例进行探讨。

1、变电站基本情况（以山东一变电为例）220kV 单城站在系统中的位置如图1，220kV 鱼台站接入济宁电网与山东省电网相联。

该站1999年建成投运，一期一台主变容量150MVA ，未装设无功补偿设备，作为“提高输送能力”的一项措施，2005年加装无功补偿电容器。

2、计算补偿容量的不同方法依据《电力系统电压和无功电力技术导则》、《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》要求，由不同角度计算可得出不同的容量要求。

（1）按最高负荷时变压器高压侧功率因数不低于0.95计算。

220kV 单城站#1主变压器高压侧最高负荷Smax=P+jQ=108.5+j67.2P=主变损耗P2+负荷电缆损耗P3+最大负荷P4 Q=主变损耗Q2+负荷电缆损耗Q3+最大负荷Q4------主变损耗P2==P0（Fe ）+Pk*(S 30/Sn )^2主变损耗Q2==Sn[Io%/100+Uk%(S 30/Sn )^2/100] 负荷电缆损耗P3==3*I 30^2*R l 负荷电缆损耗Q3==3*I 30^2*X l电力系统阻抗：Xs==Uc^2/Soc Soc=1.732*Ioc*UnUk%=(1.732*In*X T /Uc)*100=(Sn*X T )/Uc^2*100 X T = Uk%*Uc^2/(100*Sn) Pk==3*I n ^2*R T=(Sn/Uc)^2*R T R T == Pk(Uc/Sn)^2---------------Uc:短路点短路计算电压；Soc ：系统出口断路器的断流容量； Ioc ：开断电流； I30：计算电流功率因数85.02.675.1085.108cos φ2222=+=+=QPP补偿容量MVar57.3195)tgarccos0.-85tgarccos0.(5.10895)tgarccos0.-P(tg Q QC=⨯==∆=ϕ (1)(2)按补偿主变压器无功损耗计算MVarSISN36.01015024.010%Q22=⨯⨯=⨯=≈--额定负载漏磁功率MVar S U Q Nk k 505.201015067.1310%2221212=⨯⨯=⨯=-- MVarSUQNk k 1225.17107583.2210%2231313=⨯⨯=⨯=-- MVarSUQNk k 6025.5107547.710%2232323=⨯⨯=⨯=--MVarQQQQ k k k k 0125.1626025.51225.17505.2022313121=-+=-+=MVarS QQQSQNk k k Nk 985.821225.176025.5505.202)(21132312222=-+=-+=MVarS Q Q Q S Q Nk k k N k 0275.08505.226025.51225.172)(21122313233=-+=-+=5.19MVar1509.495.102985.8222222222=+⨯=⨯=∆Nk k SS QQ　MVarS S Q Q Nk k 0001238.0755.19.40275.0222232333=+⨯=⨯=∆ MVarS Q Q Q Q P P Q S Q Q Q Q P P P P Q S S Q Q Nk k k Nk k k k k Nk k 488.10150)0001238.05.119.59.49()9.45.102(0125.16)()()()(222212332223212123322233221212111=+++++⨯=∆++∆+++⨯≈∆++∆++∆++∆+⨯=⨯=∆变压器无功损耗　MVarQ Q Q Q Q k k k T 04.160001238.019.5488.1036.03210=+++=∆+∆+∆+=∆(5)补偿容量QC=ΔQT=16.04 MVar（3）按各种运行方式下电压合格计算无功负荷变化引起母线电压的变化量与变电站在电网中所处的位置有关，计算较为复杂，最好使用某种软件进行计算分析。

10KV无功补偿容量配置方案研究——以棉城变电站为例作者：潘靖罗璇瑶朱远哲来源：《科技创业月刊》 2016年第4期潘靖１罗璇瑶２朱远哲２（1广东电网公司汕头供电局广东汕头５１５０４１２武汉大学电气工程学院湖北武汉４３００70）摘要：１１０KＶ棉城变电站进行主变增容改造时，通过潮流计算分析确定远期的无功补偿容量，并在变电站本期方案确定的基础上，对远期提出两种无功补偿容量的配置方案，并结合相关规程要求，合理地选择出最优的无功补偿方案。

关键词：无功补偿；配置方案；电压波动中图分类号：TM6文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９/ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１6．04．０44*基金项目：中央高校基本科研业务费和广东电网公司科技攻关计划资助项目（项目编号：２０４２０１５ｋｆ００４；２０４２０１４ｋｆ０２３３）。

收稿日期：２０１５－１１－０５变电站的无功补偿容量配置对于电力系统的安全经济运行有着重要的影响，根据规程要求，无功补偿配置应该满足电网的无功功率分层分区平衡，各电压等级之间要尽量减少无功功率的交换，满足降损和调压的需要。

无功功率的平衡是保证电压稳定的基本条件，无功不足会引起电压偏低，反之会使得电压偏高，而保证变电站的无功平衡和抑制电压波动则必须依靠无功补偿装置。

本文以广东棉城１１０ KＶ变电站为例，在变电站本期的无功补偿配置方案确定的基础上，从潮流计算的角度分析变电站远期的无功缺额，综合考虑过电压和谐波情况，合理选择远期无功补偿配置方案，使得各侧的功率因数和电压波动符合规程要求。

２电压波动对无功功率的影响在通常情况下，线路两端电压的相位差较小，在做电压降的近似估算时，可以忽略电压降的横分量，即认为：当系统无功缺失时，通常采用并联电容器或电抗器来提高功率因数。

为了准确地分析电压波动与无功功率的关系，见图１所示。

补偿之前线路首端电压为：若在负荷端投入一容量为ＱC的电容器时，则此时系统首端电压由补偿之前的Ｕ提高到补偿后的Ｕ′，则补偿后的末端电压为：结合式（４）和式（５），可知投入电容器前后的电压变化为：对电力网而言，无功装置投入前后，电压波动一般不大，所以假设，因此，电容器投入前后的电压变化为：所以，补偿前后的电压波动为：由式（8）可得，当投入容量越大，电压波动也越大，但是容量过小时，无功补偿设备投入的台数就会增多，增加占地面积。

35kV~220kV变电站无功补偿装置设计要求和审核要点一、范围规定了35kV～220kV变电站中的无功补偿装置，包括10kV-66kV的并联电容器装置、并联电抗器装置、静止无功补偿装置、静止无功发生器装置的工程设计。

适用于35kV～220kV新建变电站，改扩建工程可参照执行。

二、系统要求2.1各级电压无功补偿应根据分层分区、就地平衡的原则确定。

2.2变电站内装设的感性和容性无功补偿设备的容量和型式，应根据电力系统近、远期调相调压、电力系统稳定、电能质量标准的需要选择，同时考虑敏感和波动负荷对电能质量的影响。

2.3无功补偿装置应优先考虑采用投资省、损耗小、可分组投切的并联电容器和并联电抗器。

为满足系统稳定和电能质量要求而需装设静止无功补偿器或静止无功发生器时，应通过技术经济及环境因素等综合比较确定。

2.4变电站内用于补偿输电线路充电功率的并联电抗器一般装在主变压器低压侧，需要时也可装在高压侧。

2.5并联电容器装置一般装设在变压器的低压侧，当条件允许时，应装设在变压器的主要负荷侧。

2.6变电站内装设的并联电容器组和并联电抗器组的补偿容量，不宜超过主变压器容量的30%。

无功补偿装置应按最终规模设计，宜根据无功负荷增长和电网结构变化分期装设。

2.7综合考虑简化接线、节省投资、提高设备补偿效益，对并联电容器组和并联电抗器组进行合理分组，确定无功补偿设备的分组数。

2.8电容器分装在不同组合方式下投切时，不得引起高次谐波谐振和有危害的谐波放大。

2.9投切一组电容器或电抗器所引起接入母线电压的变动值，不宜超过其额定电压的2.5%。

2.10根据电容器组合闸涌流、系统谐波情况以及对系统和电容器组的影响等方面的验算确定分组投切的并联电容器组的电抗率。

当变电站无谐波实测值时，可按GB/T 14549中规定的各级电压母线的谐波电压畸变率及谐波电流允许值计算。

2.11静止无功补偿器中电容器组的设计应避免与其他静止无功补偿支路及系统电源侧产生谐振。

220kV变电站无功补偿容量配置发表时间：2019-03-12T16:34:04.630Z 来源：《电力设备》2018年第28期作者：林庆斌1 太阳锦2 [导读] 摘要：根据220kV变电站在系统中的位置和特点，按照实际参数通过计算确定220kV变电站的无功补偿容量，达到经济配置目的。

（1.南京工程学院江苏南京 211167；2.国网大庆供电公司黑龙江大庆 163458）摘要：根据220kV变电站在系统中的位置和特点，按照实际参数通过计算确定220kV变电站的无功补偿容量，达到经济配置目的。

关键词：220kV变电站；无功补偿；经济配置1 无功补偿的配置原则1.1 基本原则电力系统的无功补偿应遵循分层、分区，就地、就近补偿的原则。

分层平衡的原则是指，不同电压层间无功交换应控制在合理的水平，应使本电压层的无功需求与无功电源基本相平衡，减少无功功率在不同电压层间的流动，避免大量无功功率穿越变压器。

分区平衡的原则是指，不同供电区间的无功交换应控制在合理的水平，应使本供电区的无功需求与区内无功电源基本相平衡，合理控制输电线路输送无功电力，使节点间、地区间、省间的无功交换量在技术上允许、经济上合理。

就地、就近平衡是指应尽可能按节点为单元进行无功平衡。

1.2国家电网公司220kV变电站无功补偿配置原则（1）各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设，经过计算分析，配置适当规模、类型的无功补偿装置；配置的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。

35kV～220kV变电站所配置的无功补偿装置，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不应高于0.95、不低于0.92。

（2）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%。

（3）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变电站无功补偿容量的合理配置摘要：电力系统中，无功合理分布是保证电压质量和经济运行的重要条件。

220kV变电站作为城市电网的重要节点，合理的无功配置对于提高负荷功率因数、减少电力输送损耗、改善电能质量有着十分重要的意义。

在变电站设计中，应根据地区特点对220kV变电站的无功补偿容量进行合理配置和选择。

本文主要分析探讨了220kV变电站无功补偿容量的合理配置情况，以供参阅。

关键词：220kV变电站；无功补偿；容量；配置引言随着社会的不断发展，国民对用电量的需求越来越大，对于无功需求也相应增长，所以我国的配电系统呈现超负荷现状。

基于此，相关工作人员如何针对配电网进行合理、高效的无功补偿是当下保证配电网进行安全运行的前提条件，这与国民能否获得高效、安全的用电有极大的关系。

1 220kV变电站常用无功补偿设备（1）同步调相机。

同步调相机相当于一台不带负荷的同步电动机，是使用最早的无功补偿装置，造价昂贵，操作复杂，因此在并联电容器补偿方式出现后，使用较少，但是在某些要求较高的场合，具有一定的优势：①能够提供平滑无极的无功输出，可以根据系统中无功负荷的变化灵活得对电压进行调整；②既可以做无功负荷，也可以做无功电源；③可以与强励装置配合，在系统高电压剧烈波动时进行调整。

（2）并联电容器。

电容器作为无功补偿装置，具有显著的优势。

首先，它造价低廉，运行和维护简单，损耗少，效率高，并且几乎没有噪音。

但是它只能作为无功电源使用，输出的无功是阶跃变化的，并且在系统电压急剧变化时失去调节作用。

（3）并联电抗器。

并联电抗器大多作为无功负荷使用，将电网电压限制在一定水平内，还可以与中性点小电抗配合，消除潜供电流。

目前，大多采用损耗小、造价高的高压电抗器。

（4）静止补偿器。

静止补偿器（SVC）是近年来由于电子技术的进步而兴起的一种电力电子补偿装置。

与以上三类补偿设备相比，可以对动态冲击无功负荷进行补偿。

SVC最大的优点是可以快速进行调节。

无功补偿和变压器的容量选择摘要合理的无功就地补偿和选择变压器容量可以降低损耗，提高系统运行的经济性，是电力需求侧管理的重要内容。

本文将二者有效结合，推导了最经济运行的公式，通过简单迭代来确定无功就地补偿容量和变压器容量的选择。

算例证明了其效果。

关键词无功补偿变压器容量最佳负载率无功补偿和变压器的容量选择Planning of Reactive Compensation and Transformer CapacityAbstract: Rational planning of local reactive compensation and transformer capacity is very important for demand side management to reduce power losses and improve the economical power system operation. The best economical formulas are deduced through connection of the both. The capacity determination of local reactive compensation and the rational transformer capacity can be got through simple iteration. Examples are presented to show the effectiveness.Keywords: reactive compensation transformer capacity optimal load coefficient1 前言电力市场的开放使电力需求侧管理越来越受到关注。

电力需求侧管理指的是电力公司采取有效的激励和诱导措施以及适宜的运作方式，与用户共同协力提高终端用电效率，改变用电方式，为减少电量消耗和电力需求所进行的管理活动。

110kV变电站设计中无功补偿容量计算及选型分析陈祖宏【摘要】本文着重论述了110kV变电站合理加装无功补偿装置的作用,介绍两种不同情况下计算无功补偿容量的方法,并提出无功补偿装置设备的配置方案.【期刊名称】《低碳世界》【年(卷),期】2015(000)033【总页数】2页(P65-66)【关键词】变电站;无功补偿;主变;配置方案【作者】陈祖宏【作者单位】怀化电力经济技术研究所,湖南怀化418000【正文语种】中文【中图分类】TM714.3引言110kV变电站的负荷中有很大一部分是异步电动机，一般异步电动机的用电量约占总负荷的60%多。

异步电动机和主变在运行中需要消耗感性无功功率，根据就地补偿的原则，需要在变电站加装容性无功装置。

110kV变电站设计中一般采用断路器投切的并联电容器装置，并联电容器组通过向电网提供阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压。

1 110kV变电站加装无功补偿装置的重要性电力系统中的无功电源所发出的无功功率应与系统中的无功负荷及无功损耗相平衡，为了保证负荷集中地区电压稳定和正常供电，同时还要有一定的无功功率备用电源。

合理的无功补偿设置，在电力供电系统中起提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高设备的供电能力，稳定受电端及电网的电压，提高供电质量，减小成本投入的作用。

反之则可能造成供电系统电压波动、谐波增大等诸多危害。

无功补偿装置接入电网的设计，应按全面规划、合理布局、分层分区补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布配置方式。

2 无功补偿容量的计算及检验无功补偿装置很多，根据《电力系统电压和无功电力技术导则》，目前110kV变电站无功补偿装置一般均选用并联电容器组。

以下根据不同要求和作用提出两种计算无功补偿容量的方法：2.1 以110kV母线功率因数满足要求为原则计算无功补偿容量根据《电力系统电压和无功电力技术导则（试行）》、《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》和《国家电网公司电力系统电压质量和无功电压管理规定》等相关规程规范要求，110kV变电站无功补偿容量按照主变容量的10～30%配置，并满足变压器最大负荷时高压侧功率因数不低于0.95，在低谷负荷时功率因数不应高于0.95，以及“在系统轻负荷时，对110kV及以下的变电站，当电缆线路较多且切除并联电容器组，仍出现向系统侧送无功功率时，应在变电站中、低压母线上装设并联电抗器”的原则。

变电站设计中无功补偿配置分析摘要：无功补偿装置的科学、合理的配置，保证电网的潮流分布，为用户提供可靠、优质的电能。

本文以变电站设计中无功补偿配置分析为例，对自动电压控制（AVC）体系结构和相关的电压控制方式进行了深入分析。

提出了相应的改进意见，以期对AVC的发展起到一定的借鉴作用。

关键词：主变压器；并联电容器；电抗器；AVC系统1引言在输电线路传输能力大的情况下，电力系统的无功空间和对变压器的无功损失进行补偿的关键在于对其进行无功补偿。

随着经济的快速发展，各城市大部分地区都开始使用500 kV的电网，城市的网络发展速度很快，有些地方的负荷已经远远超出了正常的范围，在输电和配电系统中，输电线路和变压器的损耗大部分都是由无功功率引起的，而终端电压的升高也是如此。

2变电设计中无功补偿的必要性及原则2.1变电设计中无功补偿的必要性变电所是电网中的一个关键节点，它是电网的集中与分布。

由电力传输线传输到变电所，由变电所进行的降压、分布，再由变电所向使用者提供电力。

电力设备的有功功率来自于供电，电力系统中的输配电线路、变压器、电力装置等都具有一定的电抗，因而在电力生产、输送过程中，必然会出现无功损失，从而形成电网中的无功负载。

电网中的主要无功负载有异步电动机、变压器、线路等。

电力使用者的有功功率消耗与线路电压、电流、功率因素有关。

在确定了电源电压后，通过适当的无功补偿，可以在保证负载的情况下，增加电网的运行效率，减少电网的有功和无功损失，从而达到节能和提高经济效益的目的。

2.2变电设计中无功补偿的原则电网变电所分布的范围很广，输电线路长度也各不相同，因此，在不同的电压等级下，其设置的侧重点也是不一样的。

(1)电网无功功率，在电网的峰谷期，都要按照“分层分区”的基本均衡原理来配置和操作。

在变电所的设计中，要考虑到变电所的电压等级，以及各变电所所处的供电区域，合理地确定所需的功率及功率大小。

(2)330 kV或更高的输电线路，每条线路的充电能力都很强；同时，由于传输能力大、电力半径大、线路长度较长，线路的充电能力将超出线路所需的无功功率，从而使电网的工作电压偏高，从而给设备的绝缘和运行带来危险。

关于变电站无功补偿容量的确定摘要：合理进行无功补偿是保证电压质量和电网稳定运行的必要手段，对提高输送能力和降低电网损耗具有重要意义。

本文首先分析了无功功率补偿的目的，进而阐述了变电站补偿容量的确定原则，最后论述了按调压要求并联电容器补偿容量的选择，以供参考。

关键词：变电站无功补偿；容量；确定随着电力负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。

但由于接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷，自然功率因素低，将会影响发电机的输出功率；降低有功功率的输出；影响变电、输电的供电能力；降低有功功率的容量；增加电力系统的电能损耗；增加输电线路的电压降等。

因此，连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率。

当前，随着电力网的发展而引起的无功潮流的变化，以及用户无功补偿水平的提高，变电站的无功补偿要随时相应的进行调整，有的时候甚至需要拆迁。

因此，在确定变电站的补偿容量时，要兼顾近期与远期。

1 无功功率补偿的目的电网中的无功功率负荷部分属于感性负荷，如异步电动机、输电线路、变压器；而无功功率的电源主要有发电机、并联电容器、同步调相机、静止补偿器。

无功功率的产生基本不消耗能源，但是无功功率沿电力网传输却要引起有功功率损耗和电压损耗。

合理配置变电站无功功率补偿容量，可改善功率因数，尽量避免发电机降低功率因数运行，减少网络中的有功功率损耗和电压损耗；可改善电压调节，使用户端的供电电压维持在规定范围内；可调节负载的平衡性，使不平衡负载变成平衡负载等。

在具体设置补偿装置时，应遵循分散补偿和降低网损的原则，根据电网电压、系统稳定性、有功分配、无功平衡、调相调压，以及限制谐波电压、潜供电流、暂时过电压等因素，须经过电网计算才能合理的确定补偿位置和补偿容量，以达到节约投资降低网损的效果。

2变电站补偿容量的确定原则2.1 35kv及以上电压等级的变电站，其无功功率补偿主要在于补偿主变压器的无功功率损耗（包括空载无功功率损耗和负载无功的损耗），因此，35～63kv变电站的补偿容量，一般可按主变压器的10％～15％确定；110kv变电站的补偿容量，一般可按变压器容量的15％～20％确定。