500kV变电所无功补偿设备额定电压的选择与配合.pdf

4 2 东北 电力技 术 2 0 0 8 年第8 期 5 0 0 k v变电所无功补偿设备额定电压的选择与配合 t he s e l e c t i n g a n d ma t c h i n g o f ra t e d vo l t a g e o f re a c t i v e po we r co mp e n s a t i o n de v i c e s f o r 5 0 0 k v s u b s t a t i o n 孔庆东 ( 吉林省电力勘测设计院，吉林长春1 3 0 0 2 1 ) 摘要：对东北 5 0 0 k v电网实际运行中无功补偿设备额定电压与主变压器额定电压配置情况进行调查 ，对无功补偿设备各种 运行方式进行计算与分析 ，提出装于远方发电厂5 0 0 k v送出线上高压电抗器额定 电压为 5 2 5 k v，装于 5 0 0 k v变电所 5 0 0 k v进出线上高压电抗器额定电压为 5 1 0 k v；装于 5 0 0 k v变电所低压侧低压 电抗器额定电压比5 0 0 k v主变压器低压侧额定 电压低 2 3 ；装于5 0 0 k v变电所低压侧电容器的额定电压比5 0 0 k v主变压器低压侧额定电压高2 3 。 关键词：无功补偿；高压电抗器；低压电抗器；电容器；变压器 中图分类号t m6 3 ；t m4 7；t m5 3 文献标识码 b 文章编号 1 0 0 4 7 9 1 3( 2 o o 8 )0 8 0 0 4 2 0 4 在过去 5 0 0 k v变电所设计和施工建设 中，5 0 0 k v高压电抗器额定 电压有选用 5 5 0 k v、5 2 5 k v或 5 0 0 k v；低压电抗器额定 电压有选用 与 5 0 0 k v变 电所主变压器低压侧额定 电压相等或 比主变压器低 压侧额定电压低 2 5 ；电容器额定 电压有选 用比 5 0 0 k v 变 电所 主变压 器低压 侧额定 电压高 5 或与主变压器低压侧额定 电压相等。通过对东 北 电网 5 0 0 k v变电所 内无功补偿设备额定 电压实 际情况调查、计算、总结与分析，提出5 0 0 k v电 厂、5 0 0 k v送 ( 始 )端变 电所 和 5 0 0 k v受 ( 终 ) 端变电所内高压电抗器、低压电抗器和电容器等无 功补偿设备额定电压 的选择与配合 。 1 无功补偿设备的运行方式 1 1 高压电抗器 由于限制潜供电流、工频过电压或操作过电压 的要求，装设在 5 0 0 k v线路上的5 0 0 k v的高压电 抗器，在任何运行方式下都必须投入运行 ( 5 0 0 k v输电线路上潮流为 自 然输送功率或大于自然功 率时也不能退出运行 ) 。 若 5 0 0 k v变 电所 5 0 0 k v进 出线 路都是短 线 路，不需在 5 0 0 k v侧装设高压电抗器，变电所 内 只装 2组主变压器时 ，每组 主变压器低压侧可装 3 组低压电抗器和 3组电容器 ；变 电所 内装 3组 以上 主变压器时，每组主变压器低压侧可装设 2 组低压 电抗器组和2 组电容器。不足部分应装设高压电抗 器来补偿 ，此时在 5 0 0 k v高压 电抗器前 面应装设 5 0 0 k v断路器 ，以便在 大负荷或 5 0 0 k v输电线上 潮流在 6 0 0 m v a以上时切除高压电抗器，达到能 投切的效果 。 1 2低压 电抗器 低压电抗器是补偿 5 0 0 k v输 电线路的充 电无 功功率 ，当小负荷运行方式 5 0 0 k v输电线路上潮 流小 ( 轻载 ) ，输 电线 上无功损失也少 ，低压 电抗 器应投入运行 ；当大负荷运行方式 5 0 0 k v输 电线 上潮流大 ( 重载 ) ，5 0 0 k v输 电线上无功损失多 ， 需补偿输 电线路的充 电无功容量小 ，低压电抗器可 以部分退出运行，甚至全部退出运行。 1 3电容器 电容器是补偿变压器无功损失及变压器供电区 无功负荷尖峰 ，当小负荷方式 5 0 0 k v输 电线 路负 荷轻 、5 0 0 k v输 电线上无 功损失小 、5 0 0 k v输 电 线剩余充 电无功可 向变压器供 无功损失 时 5 0 0 k v 变电所可不装 电容器 ，即使有也可以退出运行 。当 大负荷方式 5 0 0 k v输 电线上负荷重 、5 0 0 k v输 电 线无功损失多、5 0 0 k v输电线剩余充电无功功率 小不能向变压器供无功时，需装设 电容器供变压器 无功损失 。 1 4 负荷方式过渡时低压电抗器和 电容器 投切方式 当系统从大负荷向小负荷运行方式过渡时，由 于输电线上潮流减小，系统 电压升高，5 0 0 k v主 变二次侧电压也升高。为减小电压波动，先切电容 器。切一组电容器后主变从系统受无功功率增加， 引起主变压器的压降增大及未切除电容器的无功 出 力降低，因而又增大了主变压器从系统受无功功 维普资讯 2 0 0 8 年第8 期 东北电力技术 4 3 率，并增加了主变压器的压降；切除部分电容器后 电压还高 ，继续切电容器 ，当电容器全切除后电压 还高 ，就投低压电抗器 ，直至电压合格才停止投低 压电抗器。 从小负荷方式 向大负荷方式过渡时，由于负荷 增加电压开始降低 ，先切低压电抗器 ，减少主变压 器从系统受无功容量，减小主变压器的压降。当把 低压电抗器全都切除后，电压还低时投电容器提高 主变压器的二次侧 电压。 国家电网公司电力 系统 电压质量和无功 电力 管理规定 第 二十一条 规定 “ 并联电容器组和并联 电抗器组宜采用 自动投切方 式 ” 。 2 东北电网中电抗器和电容器额定电压 2 1 高压电抗器额定 电压 2 1 1 装于发 电厂内高压电抗器 2 0 0 5年直接接人东北 5 0 0 k v电网的电厂有 6 个，仅伊敏电厂和缓中电厂内装设高压电抗器。伊 敏电厂 5 0 0 k v进出线上装设 3 组 1 5 0 n v a r 高压电 抗器，其 中 2组 由西安变压器厂生产 ，额定电压为 5 o o 4 k v，另 1 组 由沈阳变压器厂生产 ，额定 电 压为5 2 5 y k v 。绥中电厂5 0 0 k v进出线上曾装设 2组 1 5 0 nv a r 高压电抗器 ，1 组 由西安变压器厂生 产 ，另外 1 组 由沈 阳变压器厂生产 ，2组额定 电压 均为5 2 5 4 k v 。高岭5 0 0 k v开闭所建成后，将绥 中电厂 2组高压 电抗器搬到高岭 5 0 0 k v开闭所 内 装设后，东北 5 0 0 k v电网只有伊敏电厂内装设高 压电抗器 。 由上述可知 ，在远离负荷 中心发电厂 内曾经共 装设 5组 高压 电抗器 ，高 压 电 抗器 额 定 电压 为 5 2 5 k v有3组，占6 0 ；高压电抗器额定电压 为 5 5 0 , 5k v有 2组，占4 0 。无论高压电抗器投 入或切除承受电压还是高压电抗器出力变化不大均 以额定电压5 2 5 k v为宜。 2 1 2 装于 5 0 0 k v变电所 内高压电抗器 2 0 0 5年东北 5 0 0 k v电网 l 9个变 电所( 或开 闭所) 中，在 l 2个 变 电所 内装设 高压 电抗器 l 9 组，仅 1 组容量为 1 2 0 n v a r ，其余 l 8组容量均为 1 5 0 n v a r 。高压电抗器额定电压为5 5 o k v有 4 组 ( 其 中2组装于董家 5 0 0 k v变电所内) ，另 2组 装于合心5 0 0 k v变电所和冯屯 5 0 0 k v变电所内。 2 0 0 0 年以前投入运行的4 组额定电压为 5 5 0 4 k v 高压电抗器 占东北 5 0 0 k v变电所内高压电抗器 总 数的 2 1 1 。在 5 0 0 k v变 电所 内高压电抗器额定 电压为5 5 o 4 k v必定降低电抗器的容量，不宜采 用 。 在 6 座 5 0 0 k v变电所 内，额定电压为 5 2 5 4 k v的高压 电抗器 l o组 ，占东北 5 0 0 k v变 电所 内 高压电抗器总数的 5 2 6 。在 4座 5 0 0 k v变电所 内，额定 电压为 5 o o 4 k v的高压 电抗器 5组 ，占 东北 5 0 0 k v变 电所 内高压 电抗器 总数 的 2 6 3 。 一 般高压电抗器额定电压为5 2 5 4 k v时能满足合 闸时电压要求 ，但电抗器出力波动 比较大 ；在 5 0 0 k v变电所 内高压 电抗 器额定 电压为 5 o o 4 k v时 电抗器出力波动虽小，但合闸时电压有时可能满足 不了要求 。 2 2低压 电抗器额定 电压 2 0 0 5年东北 电网有 l 9座 5 0 0 k v变 电所 ( 开 闭所 3座) ，在 1 6座变电所 中装设低压电抗器的有 l 3座 。主变压器低压侧额定 电压为 3 5 k v有 6座 ， 其中低压电抗器额定电压为3 5 k v有3座，低压电 抗器额定电压为 3 4 k v有 3座 ；主变压器低压侧额 定 电压为 6 6 k v的有 5座 ，其中低压电抗器额定 电 压为 6 6 k v有 1座 ，低压电抗器额定 电压为 6 3 k v 有 4座 ；主变压器 低压 侧额定 电压 为 6 3 k v有 2 座 ，其 中低压 电抗器额定电压为 6 3 k v有 1座 ，低 压 电抗器额定电压为 6 0 k v有 1座。主变压器低压 侧额定电压与低压电抗器额定电压相等有5座，占 3 8 5 ；主变压器低压侧额定 电压比低压 电抗器额 定电压高 2 8 5 有 3座，占2 3 ；主变压器低压 侧额定电压 比低压 电抗器 额定 电压高 5 有 5座 ， 占3 8 5 。 2 3电容器额定 电压 东北 5 0 0 k v电网 5 0 0 k v变电所装设电容器的 仅5座，主变压器低压侧额定电压与电容器额定电 压相等有 3座 ，占 6 o ；电容 器额定 电压 比主变 压器低压侧额定电压高5 有2座，占4 0 。 3 无功补偿设备额定电压的选择 3 1 运行 电压对无功补偿设备 出力的影响 电抗器 ( 电容器 )的出力 与运行 电压 的 关系为 = ( 1 ) 当运行 电压 等于额定 电压 时 ， 等于额 定容量 f d 1 。当运行 电压 比额定 电压 高 5 ， = 1 1 0 2 5 v f d 1 ；当运行 电压 比额定电压低 5 ， 维普资讯 东北 电力技 术 2 0 0 8 年第8 期 电抗器 ( 或电容器 )的出力 w=0 9 0 2 5 。电 抗器 ( 或电容器 )实 际运行 出力 ( 容量 ) 由运行 电压决定。 3 2 高压电抗器额定电压的选择 3 2 1 远方发电厂 5 0 0 k v进出线 远方发 电厂 ( 如伊敏电厂、绥中电厂 )5 0 0 k v母线，当其主变压器空载未与 5 0 0 k v进出线合 闸时，电厂5 0 0 k v母线最高电压为 5 5 0 k v；当电 厂经 5 0 0 k v送 出线将 电厂 出力全部送 出时，电厂 5 0 0 k v母线 电压不超过 5 5 0 k v。若发 电厂主变压 器低压侧功率因数为 0 9 8时，发电厂5 0 0 k v母线 电压为 5 3 6 k v左右；若发电厂主变压器高压侧功 率 因数为 0 9 8时发 电厂 5 0 0 k v母线电压为5 2 7 k v 左右 ( 5 0 0 k v电网层无功平衡 ，5 0 0 k v输 电线 上 没有无功流过时) 。高压电抗器额定电压可选为 =5 2 5 k v，当发电厂母线 电压为 5 5 0 k v时 ，高压 电抗 器投入时 电压 比高压 电抗 器额定 电压 高 4 7 6 ，按运行规程规定未超过 5 允许合 闸。合 闸后 5 0 0 k v母线电压为 5 2 75 3 6 k v运行时，高 压电抗器 出力在额定容量以上运行 ，当母线 电压为 5 3 6 k v时，高压电抗器出力为 1 0 4倍额定出力， 比额定出力高出 4 。 若将高压电抗器额定电压选为 5 5 0 k v ，任何 情况母线 电压都不会超过 5 5 0 k v，合闸时无过 电 压问题。高压电抗器投入运行后运行电压降低，当 母线运行电压为 5 2 75 3 6 k v时，高压电抗器出 力降低到额定出力 9 1 8 9 4 9 7 ，出力降低 了 8 2 4 1 3 。 既满足高压电抗器投入时电压要求，又要满足 投入运行后高压电抗器出力与额定出力变化不大的 要求，高压电抗器额定电压可选为 5 2 5 k v 。 3 2 2 5 0 0 k v变电所 5 0 0 k v进 出线 对 5 0 0 k v单 回四分裂 ( l g j一4 0 04 ) 的输 电线，从电厂经输电线只输送有功功率，当输送功 率为 5 0 0 、6 0 0 、7 0 0 、8 0 0 、9 0 0 、1 0 0 0 m w 时 ，电 厂出 口电压为 u 。 = 5 4 0 k v，输电线 1 0 0 k m处压降 为 a u ，距电厂 1 0 0 k m处变电所高压母线电压 2 值见表 1 。 表 1 1 0 0 k m 处输 电线压 降与变电所母线 电压 由表 1可知 ，当输 电线只输送 有功功率 ，5 0 0 m w 或 1 0 0 0 m w，距 电厂4 0 0 k m处电压降为 7 o 4 k v或 1 4 1 2 k v，负荷 中心变 电所母线 电压为 5 2 6 5 3 3 k v。如东北 5 0 0 k v电网负荷 中心徐家、辽 阳、王石变电所 5 0 0 k v母线 电压。 根据上述计算与分析，5 0 0 k v电网负荷中心 变电所内装设高压电抗器额定电压为5 1 0 k v既能 满足合闸时电压要求又能保证高压电抗器出力在额 定出力上下波动。位 于远方 电厂附近的 5 0 0 k v变 电所高压电抗器额定电压可参考电厂具体情况选择 ( 5 2 5 k v) 。 3 3 低压电抗器额定电压的选择 3 3 1 根据主变压器各种运行方式时电压降选择 无 励 磁 自耦 降 变 压 器 变 比始 终 放 在 5 2 5 2 3 5 7 5 6 3 k v位置上，5 0 0 k v侧电压冬季大负荷 时为5 1 2 k v，小负荷时为5 3 8 k v ；主变压器从 5 0 0 k v电网受电向2 2 0 k v电网供 电，主变压器半 载时 冬季大负荷为 5 0 0+ j 1 5 6 ( c o s c2b= 0 9 5 ) ，小负荷 为 3 0 0+ j 9 4 ( c o s = 0 9 5 ) ；在主变压器 6 3 k v侧 装 4 6 0 mv a r 低压 电抗器 和 46 0 mv a r电容器 ， 根据调相调压需要冬季大负荷切除低压电抗器投入 电容器 14组 ( 每组 6 0 mv a r ) ，小负荷切除电容 器投入低压电抗器 14组 ( 每组 6 0 mv a r ) 。将主 变压器空载 、半载时调相调压计算结果见表 2 。主 变压器 满载 时冬 季大 负 荷 为 8 0 0+j 2 5 o( e o s c2 b= 0 9 9 5 ) ， 小负荷为5 0 0+ j 1 5 6 ( e o s c2b = 0 9 5 ) ， 其他均 与主变压器半载相 同的调相调压计算结果见表 3 。 表2 主变半载 、变比为5 2 5 2 3 5 7 5 6 3时调相计算结果 维普资讯 2 0 0 8 年 第8 期 东北 电力技 术 4 5 表3 主变满载、变比为 5 2 5 2 3 5 7 5 6 3时调相计算结果 由表2和表 3可知，当主变变比不变 、主变高 压侧电压从冬大 5 1 2 k v到冬小升至 5 3 8 k v，变 电 所 5 0 0 k v高压侧 电压升高 5 2 ，变压器 2 2 0 k v 侧负荷从半载到满 载在不进行调 相 ( 主变低 压侧 电容器和低压电抗器不进行投、切)时，2 2 0 k v 侧电压从 2 2 32 3 9 k v间变化 ，电压波动 7 2 。 冬季小负荷运行方式为降低2 2 0 k v侧电压，要 求把主变压器低压侧电容器切除投入低压电抗器，随 着电抗器的投入变压器 6 3 k v侧电压降低 ，投入 4 6 0 m v a r 电抗器 6 3 k v侧电压降为 5 7 2 5 6 7 k v。电 抗器的额定电压 应 比变压器低压侧额定电压 低 2 3 ，即 f d 1 为 0 9 8 或 0 9 7 。 3 3 2 保持低压电抗器 出力为额定容量 当系统处于小 负荷运行状 态时 ，系统 电压升 高 ，主变二次侧电压亦升高 ，根据变压器运行规程 第 4 1 1 条规定 ，运行电压不允许高于分接头额定 电压的 1 0 5 。为限制主变二次侧电压值升高，投 入低压电抗器，保持主变二次侧电压升高在 + 5 以内；由于小负荷时主变三次侧 电压在额定 电 压附近，低压电抗器投入后电压降低 ， 低压电抗器 容量也降低。建议选取低压 电抗器的额定 电压 与主变低压侧额定 电压 相同 ，或低于主变 额定电压 2 3 。 3 3 3 主变压器三次侧 电压不超过低压 电抗器额 定电压的 1 0 由于低压电抗器的额定电压 与主变低压 侧额定电压 相同，可保证低压电抗器并网 ( 切 除后投入)时系统 电压不超 过低压 电抗器额定 电 压 1 0 ( 。 ) 的要求；若低压电抗器额定电压 ( 。 ) 比变压器额定电压 低 5 ，当主变三次侧电压 升高到 1 0 5 时，再将低压电抗器投入运行时， 可能合不上闸 ( 电压超过额定电压的 1 0 ) 。为保 证低压电抗器投入并网时主变压器三次侧电压不超 过低压电抗 器额定 电压 1 0 ，低压 电抗 器额定 电 压应与主变三次侧额定电压相 同，或低于主变额定 电压 2 3 。 3 4 电容器额定电压的选择 由表 2 、表 3可 知 ，主变压 器 由小 负荷 ( 半 载)运行方式向大负荷