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。

某220千伏变电站无功容量计算变电站在不同运行方式下供带负荷水平差异较大，无功需求多样，因此为了保证正常运行时电网电压水平合格，减少电网运行损耗，新建变电站工程的无功容量配置至关重要。

为了加深对于无功容量计算的理解，指导新建变电站工程的设计，本文首先通过理论推导，得到变压器无功损耗的计算公式，再以某220千伏变电站为例，将其运用在实际工程中标签：直流输电; 柔性直流; 经济性; 可靠性;0 引言合理的无功容量配置对于變电站安全、可靠、经济运行影响较大。

根据可行性研究报告内容深度要求，新建、扩建的输变电工程中需要论证无功补偿容量的配置[1，2]。

因此为了合理配置低压侧容性、感性无功补偿容量，需要进行在一定负载率及功率因素条件下的无功容量分析计算。

本文根据相关国家规程、规范要求，通过理论计算公式推导，得到变压器无功损耗计算公式，再以某220千伏变电站的新建工程为例，进行无功容量计算、分析，从而有助于加深对于无功容量计算的理解，并运用到实际工作中。

1 无功容量计算原则目前变电站低压侧常有并联电容器及并联电抗器两种无功补偿装置，其中并联电容器主要用于补偿主变压器无功损耗，并联电抗器主要用于补偿输电线路充电功率。

无功容量计算的目的即是，通过计算本站供电范围内，在设计水平年及远景水平年下，大方式及小方式的无功平衡，从而结合调相调压计算结果，确定本期及终期的电容器及电抗器容量配置情况。

在通常设计中，无功容量计算所考虑的电网无功电源有：架空线路、电缆（产生充电功率），无功负荷有：变压器无功损耗，线路无功损耗。

其中线路无功损耗由于相对较小，一般忽略。

在设计水平年及远景水平年，大方式及小方式情况下，将本站范围内线路充电功率减去变压器无功损耗，得到无功平衡情况，进而得到无功补偿容量。

2 变压器无功损耗计算1）计算边界条件（1）进行空载试验时，空载电流忽略有功分量，将其完全视作无功分量;（2）进行短路试验时，绕组阻抗中电阻远小于电抗，因此忽略电阻，短路电压Vs%近似等于Vx%;（3）在计算负载损耗时，忽略励磁支路电流，负载损耗近似正比于输入电流;（4）变压器在运行中，假定电压维持在额定电压。

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。

2020年第7期总第398期新建盛家屯110kV 变电站无功补偿容量的配置刘恋（国网河北廊坊供电公司，河北廊坊065000）随着人们生活水平的不断提高，用电需求大幅增长，变电站新建工程成为电网建设的重头戏。

变电站无功补偿的设计容量，直接影响着电网的电能质量和稳定运行，合理的无功补偿配置能提高系统的功率因数，降低电能损耗，稳定电网和电源端电压，同时还能减少投资成本[1]。

1变电站基本情况根据廊坊地区电网规划和电源建设，现以盛家屯110kV 变电站为典型，完成新建变电站无功补偿容量设计。

结合廊坊北部系统潮流、三河县负荷增长情况、盛家屯站的地理位置，以及周边电网现状，确定盛家屯110kV 变电站接入系统方案为：高楼站至复兴庄站的110kV 双回线路在距高楼站约7km 处，双T 接至盛家屯站，线路长度为2×0.5km ，使用导线型号为JL/G1A-2×240。

变压器单组容量为50MV A ，电压等级为110/10kV ，本期安装2台，终期规模为3台。

根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》[2]，新建变电站无功补偿应满足下列要求：35～110kV 变电站的容性无功补偿装置以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿。

容性无功补偿装置的容量按主变压器容量的10%～30%配置，并满足35～110kV 主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95。

110kV 变电站的单台主变压器容量为40MV A 及以上时，每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置。

110kV 变电站无功补偿装置的单组容量不宜大于6Mvar ，单组容量的选择还应考虑变电站负荷较小时无功补偿的需要。

并联电容器组和并联电抗器组宜采用自动投切方式。

2无功补偿容量的计算盛家屯110kV 变电站供电方式为高楼-复兴庄的110kV 高复一线、高复二线供电。

为减少电网有功损耗和提高电网电压，在变压器低压侧安装并联补偿电容器，按正常接线方式下的最大负荷计算容性补偿容量[3]。