（电气工程专业论文）北京地区电网无功补偿现状分析及改进措施.pdf

华北电力大学- 丁程硕士专业学位论文 摘要 掌握北京电网无功补偿设备的详细情况，是提高无功电压专业管理水平，保证电网 的电压质量，研究如何进行无功分层分区补偿更加合理的基础。本文简要介绍了北京电 力公司电网无功补偿设备的基本情况；容性无功补偿设备、感性无功补偿设备的分布情 况；容性无功补偿设备、感性无功补偿设备的运行分析情况。 本文对北京城市中心区一台典型的1 l o k v 变压器( 5 0 m v a ，u k = - 1 4 ) 在最高负载 系数( 6 5 ，8 7 - 种情况) 下运行时的无功潮流进行计算。继而确定合理的无功补偿 方式及参数，缓解系统中用户无功功率负荷增长较快等问题，减少无功功率的大量流动， 降低电压质量控制的难度，减少线路损耗。 关键词：地区电网，电压质量，无功补偿，潮流计算 a b s t r a c t i no r d e rt oe n h a n c et h el e v e lo fr e a c t i v ev o l t a g ep r o f e s s i o n a lm a n a g e m e n ta n dg u a r a n t e et h e v o l t a g eq u a l i t y , i ti sn e c e s s a r y t om a s t e rt h ed e t a i li n f o r m a t i o no fr e a c t i v e - l o a dc o m p e n s a t i o n e q u i p m e n t so fb e i j i n gp o w e r 鲥d t h i si sa l s ot h er e s e a r c hf o u n d a t i o no nh o w t om a k et h e r e a c t i v e l o a dc o m p e n s a t i o nm o r ep r o p e r t l l i st h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h eb a s i ci n f o r m a t i o no f t h er e a c t i v e l o a dc o m p e n s a t i o ne q u i p m e n t so fb e i j i n gp o w e rg r i d t h e nt h ed i s t r i b u t i o n i n f o r m a t i o no ft h ec a p a c i t i v ea n di n d u c t a n c er e a c t i v ec o m p e n s a t i o ne q u i p m e n t si sa l s o i n t r o d u t e d f i n a l l y , t h er e a c t i v et i d a lo fat y p i c a l110 k vt r a n s f o r m e r ( 5 0 m v a ，u k = 14 ) o p e r a t i n gu n d e r t h em a x i m u ml o a dc o e f f i c i e n t ( i n c l u d i n gt w oc o n d i t i o n s ，6 5 a n d8 7 ) c a l c u l a t e d t h e nt h e r e a s o n a b l er e a c t i v ec o m p e n s a t i o nm o d ea n dt h ep a r a m e t e r sa r ec o n f i r m e da f t e rt h ec a l c u l a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o b l e m sc a u s e db yq u i c k i n c r e a s i n go fr e a c t i v el o a da r ea l l e v i a t e d a tt h es a m et i m e ，t h el a r g ef l o wo ft h er e a c t i v ep o w e ri nt h ep o w e r 酊da r ed e c r e a s e da n d t r a n s m i s s i o nl i n el o s si sr e d u c e d t h ev o l t a g eq u a n l i t yc o n t r o lw i l lb e c o m em o r ee a s i l y g u oy a n f e n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f a ix i na n ds e n i o re n g w a n gs o n g y u k e yw o r d s ：r e g i o n a lp o w e r 鲥d ，v o l t a g eq u a l i t y , r e a c t i v e l o a dc o m p e n s a t i o n ，f l o w c a l c u l a t i o n 声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文北京地区2 2 0 k v 及以下电网 无功补偿优化策略研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢 之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力 大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：瑾趔 日期：2 丝墨：主：多 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：蛐 日期：迎2 丞立z 匆奴 导师签名：!：、 日期：迦盖：多、形 华北电力大学_ t 程硕士专业学位论文 1 1 选题背景及其意义 第一章绪论 1 1 1 选题背景 随着社会的发展，国民经济水平的日益提高，电能已成为人类生活和社会活动中应 用范围最广、与现代社会紧贴最近、与人们生活质量影响最大的一种能源。 北京电网作为一个典型的受端网，并且随着北京电力公司的跨越式发展，电网逐步 扩张，电力负荷快速增长，电网、发电厂以及单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面 积在不断扩大。但是，由于受北京特殊的地理位置、政治地位、城市定位等诸多因素影 响，致使本地电源严重不足，全网2 3 以上负荷依靠外送。要保证系统的稳定和优良的 电能质量，就必须解决远距离输电、电压调节及无功补偿等问题。电网依靠长距离输电 线路传输电力，随着地区发电总量在总负荷中比例的减少，负荷中心区日益远离电源， 无功电源不足。电网存在着无功补偿设备配置的不合理、运行状况的不均衡，系统中用 户无功功率负荷增长较快等等问题。尤其是一些局部地区存在变电站电压偏低、部分用 户电压超限等现象。另一方面电网中动态无功不足的问题只趋严重，缺乏动态无功支撑， 一旦多通道故障发生，将造成北京电网暂态电压严重跌落，甚至出现电压崩溃导致大面 积停电。目前，电网中主要采用并联电容器装置进行无功补偿，实际运行中由于电压和 设备故障等原因的制约，无功补偿设备的可用率和可投率较低，一些无功补偿装置不能 发挥应有作用，对系统的无功平衡不利，并造成不必要的资源浪费；同时用户侧功率因 数偏低，无功功率大量流动，增大了电压质量控制的难度，也增加了线路损耗。当事故 或电压骤降时，由于并联电容器是根据负荷预测和电压曲线进行手动或自动投切的，对 电网的电压调节、补偿速度慢、能力差，且电压降低时其发出的无功功率随电压成平方 关系下降，将进一步恶化系统的电压状况。 近几年的运行情况统计表明，夏季高峰负荷期间，北京地区整体上无功基本平衡， 虽然依然有重载线路、重载变压器，但线路及变压器的力率都较高，电压水平较好；无 功功率的分布是比较合理的，基本上做到了分层分区平衡。但是，由于无功补偿设备容 量分布、运行情况的不均衡，部分变电站出现无功负荷率大、部分用户电压超限等问题， 具体问题如下： 1 1 1 1 主网并联电容器投入受到电压限制 由于北京受端电网的特点，每年夏季高峰负荷期间，为保证电网电压稳定，上级调 度均要求公司2 2 0 k v 变电站所安装的1 0 k v 并联电容器全部投入，而不考虑无功负荷。 根据要求，北京电网均采取了非常规的无功电压调整技术措施。但调查发现：在目 前的无功设备配置状况下，夏季高峰负荷期间系统主网中的部分2 2 0 k v 变电站中电容器 组的投入与l l o k v 、l o k v 电压水平的高低之间存在一定程度上的矛盾，造成电容器投 华北电力大学- t 程硕士专业学位论文 入受阻： 对于1 0 k v 不带地区负荷的2 2 0 k v 变电站，由于受站用电设备的影响及电容器本身 额定电压的限制，l o k v 母线电压不能过高，限制了1 0 k v 电容器组的投入。如：对于串 6 电抗器的电容器组，多采用额定电压为1 1 、3 k v 的电容器；串1 2 电抗器的电容器 组，多采用额定电压为1 2 4 3 k v 的电容器。因此当l o k v 母线电压为1 0 5 k v 时，l1 j 3 k v 的电容器承受的电压为1 1 2 k v ，1 2 4 3 k v 的电容器承受的电压为1 1 9 3 k v ；当1 0 k v 母 线电压为1 0 7 k v 时，1 1 4 3 k v 的电容器承受的电压为1 1 3 8 k v ，1 2 j 3 k v 的电容器承受 的电压为1 2 1 6 k v 。所以目前将l o k v 母线电压限制在1 0 7 k v 以下。 由于追求电容器组的高投入率，对变压器分接头进行了调整。但调整变压器分接头 后，造成1 l o k v 母线电压偏低；由于l l o k v 母线短路容量较大，电容器组的投入对l l o k v 母线电压影响不大，因此电容器组的投入对1 1 0 k v 母线电压影响不大，对l o k v 母线电 压影响较大。当电容器组的容量较大时，造成l o k v 母线电压波动水平较大，影响了l o k v 母线的电压水平。 部分2 2 0 k v 站的一条1 1 0 k v 出线带有3 4 个l l o k v 变电站，针对每一个1 l o k v 变 电站，无功负荷很小，电容器无法投入运行；造成该条l l o k v 线路无功负荷较重，影响 了1 l o k v 母线电压。 1 1 1 2 l o k v 配网电容器安装容量少，运行情况较差 经统计，目前北京配网电容器安装容量仅为6 9 3 4 5 3 m v a r ，其运行情况不容乐观。 以小区配电室无功补偿柜为例：朝阳局安装有9 3 m v a r 的电容器，可运行容量为 1 6 5 6 m v a r ；丰台局安装有3 1 8 m v a r 的电容器，可运行容量为5 5 7 m v a r 。初步分析原因： 大部分设备为早期产品，由于投切原则为按功率因数投切，导致控制器部分故障率较高； 电容器元件质量故障；小区配电室多为无人值班，故障不能及时发现处理。 1 1 2 选题的意义 电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、 工农业安全生产、产品质量、用电单位和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响 电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，无功功率从电源端经线路和 变压器向负荷端输送，要产生电压损耗，高压线路和变压器的电压损耗主要取决于通过 无功功率，输送的距离越远，中间环节越多，引起电压降也就越大，负荷端的电压也就 越低。合理配置无功电源，使无功功率就近平衡，不仅可以提高电压水平，而且可以减 少电网中有功功率的损耗。通过对北京电网无功补偿设备配置进行改进，可缓解系统中 用户无功功率负荷增长较快等问题，尤其是一些局部地区存在变电站电压偏低、部分用 户电压超限等现象。减少无功功率的大量流动，降低电压质量控制的难度，减少线路损 耗。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 2 国内外研究动态 无功补偿装置是电网重要设备，合理的无功补偿可以减少线损，减少电压损失，提 高电压质量，多输送有功功率，提高电网和社会整体的经济效益。 1 2 1 中低压配电网的无功补偿主要有以下方法 1 2 1 1变电站的集中补偿 向中压配电线路供电的变电站装设无功补偿装置，以补偿中压配电线路所需的无功 负荷和变电站本身所需的无功功率。一般装设两组无功补偿装置；如变电站二次母线分 成多段的，一般每段至少装设一组。 变电站集中补偿，补偿装置的利用率高，便于管理，可以减少变电站电源线路中无 功的传输，降损和调压效果都较好。但对于中压配电线路，并没有减少无功的传输，所 以并没有降低功率损耗和电压损耗的效果。 变电站的无功补偿设备是靠v q c 装置自动投切。一般情况下，投切电容器组能够同 时影响电压和无功的大小。投入电容器，相当于增大无功电源，系统提供的无功减小， 功率因数升高，电压升高；切电容器后，无功增大，功率因数降低，电压降低。调整分 接头时，一般只考虑电压的变化而忽略电压变化对功率因数的影响。中低压侧电压在高 压侧绕组数增大时，电压降低，高压侧绕组减小时电压升高。 在遵循不向系统倒送无功的原则下，v q c 将根据系统的实时参数预测出最优的调节 方案，根据最优的调节方式进行控制，并对动作结果进行一定的分析。主要控制原则有： 1 ) 控制目标 电压无功控制主要以主变低压侧的母线电压和高压侧功率因数( 或无功) 作为控制 目标，同时可以将主变中压侧的母线电压作为参考侧控制目标，在保证控制电压和参考 电压的电压质量后，再优化无功功率。 2 ) 电容器投切的次序 同一母线或并列母线上，则按照动作次序循环投切。 对于并列主变的不同母线段上投切电容器时，应尽量减少分列运行母线之间的电压 差别，投电容器先投电压较低侧，切电容器则先切电压较高侧。 3 ) 无功设备优先 如果投切电容器能达到更好的调节目的，则优先考虑电容器投切。尽可能减少分接 头的动作。 4 ) 预测机制 v q c 在投切电容器之前对动作结果进行一定程度的预测，既可以达到最优的调节效 果，同时也可以防止来回动作而造成震荡投切。如果预n - n 投入电容器而引起电压越上 限或功率因数越上限，则电容器不动作；如果预测到切掉电容器而引起电压越下限或功 率因数越下限，则电容器不动作。 调整分接头时，如果通过计算预测到升压会造成任意的电压监视点越上限，则不会 华北电力大学丁程硕士专业学位论文 为提高某一电压而升档；相反，降分接头时如果通过计算预n n 降压会造成任意的电压 监视点越下限，则不会为降低某一电压而降档。这样可以保证在同时监视中、低压侧电 压时，或监视多台并列主变的电压时，不会只为满足某一电压而导致来回调整分接头。 5 ) 对于分接头调整效果的检测 在分接头动作之后，v q c 将对动作前后的电压进行分析，检查动作前后的电压变化是 否达到预期的要求，即每一次调档，电压的变化需要超过分接头每档电压调整率的5 0 ，如果在连续三次分接头调节的过程中，电压变化都没有达到上述要求，则v q c 将闭 锁对本台主变的调压，直到手动复归后才可以继续调压。这样可以确保分接头调整的可 靠性。 标准九区图( 电压+ 功率因数无功) 标准9 区图如下：横轴为无功( 功率因数) ，纵轴为控制电压。电压的上下限值和无 功( 功率因数) 的上下限值将平面图分成9 个区域。第九区电压合格，无功( 功率因数) 也 合格，是调节的目标区域。上下两个深色部分为强投强切的动作区域。u 为强投强切 的电压越限程度。这样将主变的运行状态映射到如下图卜1 中，总共划成1 1 个区域。 每个区域分别阐述如下： 图1 一l 标准9 区图 区域l ：系统状态为电压低、功率因数低( q 高) 。在这种状态下，投电容器将提高 功率因数、并升高电压，调分接头可升高电压。调节分接头和投电容器都可升高电压， 但投电容器还可补偿无功。所以此时如有可投的电容器，且投入该电容器后功率因数不 会越上限，则投电容器，否则调整分接头升压。 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 区域2 ：系统状态为电压合格、功率因数低( q 高) 。在这种状态下，仅可考虑投电 容器。如有可投的电容器，且投入该电容器后功率因数不会越上限，则投电容器。 区域3 ：系统状态为电压高、功率因数低( q 高) 。在这种状态下，如投电容器，电 压将升高，进一步破坏电压不合格的程度。应调分接头降电压。 区域4 ：系统状态为电压高、功率因数合格。在这种状态下，考虑调整分接头进行 降压。 区域5 ：系统状态为电压高、功率因数高( q 低) 。在这种状态下，切电容器可降低 功率因数、并降低电压，调分接头可降低电压。调节分接头和切电容器都可降低电压， 但切电容器还可平衡无功。所以此时如有可切的电容器，且切掉该电容器后功率因数不 会越下限，则切电容器，否则调分接头降压。 区域6 ：系统状态为电压合格、功率因数高( q 低) 。在这种状态下，仅可考虑切电 容器。如有可切的电容器，且切掉该电容器后功率因数不会越下限，则切电容器。 区域7 ：系统状态为电压低、功率因数高( q 低) 。在这种状态下，如切电容器，电 压将降低，进一步破坏电压不合格的程度。应调分接头升电压。 区域8 ：系统状态为电压低、功率因数合格。在这种状态下，考虑调整分接头进行 升压。 区域9 ：系统状态为电压合格、功率因数合格。在这种状态下，是运行目标状态。 强投区域：这个区域的特点是电压低于电压下限减u q ，并且分接头无法调节。 如预测投入电容器后，不会向变压器的电源侧倒送无功，则进行强投。 强切区域：这个区域的特点是电压高于电压上限加u q ，并且分接头无法调节。 进行强切。 1 2 1 2 中压配电线路的分散补偿 线路长、且无功负荷大的中压配电线路上可分段装设无功补偿装置。但在配电线路 电压变化大，有可能使线路电压超过1 1 倍额定电压的配电线路上，不宜装设无人看守 的需由人工操作的无功补偿装置，在这种情况下，如要装设应装设自动无功补偿装置， 以便在电压较高时，自动将无功补偿装置切除。 中压配电线路上分散装设的无功补偿，可以减少中压配电线路的无功传输，降低功 率损失和电压损失的效果较好。但由于一般中压配电线路负荷变化较大，有的电压变化 也较大，非自动无功补偿装置的使用就受到了限制，有的根本不可能使用。由于当前还 没有可以在露天使用的中压无功自动补偿装置，所以目前这种补偿方法使用较少。 1 2 1 3 用户集中无功补偿 用户集中无功补偿分中压无功补偿和低压无功补偿两种。除中压用户使用中压用电 设备宜采用中压补偿外，使用低压用电设备的中压用户和低压用户均应采用低压无功补 偿用户集中无功补偿减少了配电线路中的功率损耗和电压损失，便于管理，与用户分散 无功补偿相比，补偿装置的利用率较高，但用户内部线路的功率损失和电压损失减少的 效果不如分散补偿。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 2 1 4 用户分散无功补偿 用户分散无功补偿，可以是完全分散补偿，也可以分散与集中相结合，即在变电所 或开闭所有集中补偿，在车间或一些主要设备又有分散补偿。分散补偿的用户内部线路 中功率损失和电压损失的减少效果最好，补偿装置的利用率低，由于点多、分散，增加 了管理工作量。 1 2 2 补偿容量 1 2 2 1 变电站集中补偿 变电站集中补偿的无功装置的容量，应按变电站所需最大无功功率配置，包括变电 站主变压器本身消耗的无功功率，和由变电站配出的线路的无功负荷。配电线路的无功 负荷可以补偿到功率因数为1 计算。在实际运行中应避免过补偿。 母线分段、电容器应分组，如各段母线无功负荷大小接近，各组电容器的容量可以 相同；当各段母线无功负荷差别较大时，各组电容器容量应根据无功负荷配置，这样可 以同时适应母线并列和解列运行时需要。 1 2 2 2中压配电线路的分散补偿 中压配电线路的分散补偿每一补偿点的容量应按以下原则考虑： 幻不能调节补偿容量的固定补偿应按最小无功负荷计算，以避免在低负荷时发生过补 偿。 b ) 能自动调节补偿容量或者可以由人工调整的，可以最大无功负荷配置。 c 1 每一补偿点补偿容量的大小，还受控制电容器投切的开关功能的限制，采用跌落式 熔断器来做电容器组控制和保护的，每组容量在1 5 0 k v a r 以下；采用符合开关配跌落式熔 断器作电容器组控制和保护的，每组容量在15 0 , - - 5 0 0 k v a r ；每组容量在5 0 0 k v a r 以上的电 容器组应采用断路器和过流保护。 1 2 2 3 用户集中无功补偿 用户集中无功补偿的补偿容量应按所最大无功功率配置，考虑将来负荷的发展和运 行中的损坏，应留有适当备用容量。对中压用户，除考虑用电设备的无功负荷外，尚应 考虑配电变压器所消耗的无功功率。 为便于运行，人工操作的用户集中无功补偿装置应分组，以便根据无功负荷电压变 化调整投入的补偿装置容量。 1 2 2 4 用户分散无功补偿 a ) 车间补偿。设置在车间的无功自动补偿装置或人工投切的无功补偿装置都应按所 需最大无功配置。人工投切的无功补偿装置宜分组，以便根据负荷的变化调整投入的无 功补偿装置的容量。 b ) 随机补偿。与用电设备配套安装的无功补偿装置，在许多情况下是与用电设备由 同一开关控制，与用电设备同时加入与退出运行。补偿装置的容量应按用电设备所需无 功配置，有的用电设备在运行过程中负荷变化较大，无功负荷也有变化，则应按在运行 中最小无功负荷配置。如有的异步电机在运行中负荷变化较大，从空载到满载等情况经 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 常发生，则该电机的随机无功补偿装置容量应按电机的空载无功功率配置。 1 3 课题研究内容 调查北京电网无功补偿设备基本配置和运行情况，分析无功补偿设备存在的一些问 题，并针对无功配置现状提出改进措施。 对典型1 1 0 k v 变电站的1 1 0 k v 变压器在最高负载系数( 6 5 ，8 7 - - 种情况) 下运 行时的无功潮流进行计算，继而确定合理的无功补偿方式及参数。 在典型1 1 0 k v 变电站所带负荷区找一台大容量、高负载系数的l o k v 变压器( 双卷) ， 在其大负荷运行时，测量变压器本身及其所带配电网的下属数据： 主变压器输送的有功、无功功率值，1 l o k v 、l o k v 母线电压值，1 1 0 k v 、1 0 k v 侧功 率因数值，l o k v 母线并联电容器投入容量。 l o k v 母线所接的各1 0 k v 配电路的首端电流值、无功功率及功率因数值，所有1 0 k v 线路输送的无功功率总加。 本配电系统所有配电变压器( 柱上变、箱变、配电室及用户配电室等) 同一时刻的 低压侧电流、无功功率、功率因数值、低压电容器投入容量，推算高压侧功率因数 值；推算若不投入低压电容器时的配变高、低压侧功率因数值。 统计本系统内1 0 k v 架空线路和电力电缆( 包括用户) 的总长度，计算其提供的无 功功率总量，估算其消耗的无功功率总量。 统计本系统内的配电变压器消耗的无功功率总量。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第二章北京电网无功补偿设备 2 1 北京电网无功补偿设备基本情况 截止2 0 0 5 年底，公司系统已投入运行的3 5 k v 及以上变电站并联电容器组总计8 8 5 组，容量5 3 7 5 1 5 m v a r ，并联电抗器组总计3 6 组，容量2 9 9 m v a r ；l o k v 及以下配电网 低压无功补偿设备15 2 8 9 台，容量15 6 6 5 0 6 m v a r 。公司各电压等级无功补偿设备基本情 况按表2 - 1 统计。图2 1 为公司系统各电压等级容性无功补偿设备比较情况。 表2 1 公司系统各电压等级无功补偿设备基本情况统计表单位：m v a r 2 0 0 5 年 2 0 0 4 在 同期比 电压 感性无功容性无功感性无功容性无功感性无功容性无功 等级 补偿设备补偿设备补偿设备补偿设备补偿设备补偿设备 k v 组容组容组容 数量 组数容量组数容量组数容量 数 且 数 且 里里 2 2 03 3 2 9 2 3 1 52 4 8 3 2 4 4 2 92 5 63 0 0 2 3 5 9 1 8 2 4 3 61 5 1 2 4 0 6 2 l l o374 2 52 5 8 8 1 6 6373 6 32 2 3 3 4 4 8006 23 5 4 7 1 8 3 5 1 4 5 3 0 3 7 41 4 l2 9 4 9 6 448 7 7 6 1 01 5 2 8 9l5 6 6 5 0 61 3 9 4 81 7 0 3 1 2 91 3 4 11 3 6 6 2 3 合计3 62 9 91 6 1 7 46 9 4 1 6 5 63 22 6 31 4 7 5 26 5 9 0 7 2 343 61 4 2 23 5 0 9 3 3 图2 1 公司系统各电压等级容性无功补偿设备比较情况 公司系统无功补偿设备与2 0 0 4 年比较，有较大幅度增加，其中2 2 0 k v 、1 1 0 k v 等 级增幅最大，分别为1 2 4 0 6 2 m v a r 、3 5 4 7 1 8 m v a r ，3 5k v 与去年同期持平。而1 0 k v 配 电网的无功补偿设备却有明显下降，减少13 6 6 2 3 m v a r 。 华北电力大学i t 程硕士专业学位论文 2 2 北京电网无功补偿设备分布情况及分析 2 2 1 容性无功补偿设备 2 2113 5k v 及以上变电站并联电容器组 截止2 0 0 5 年底，公司系统3 5 k v 及以上变电站并联电容器容量为5 3 7 5 1 5m v a r ， 占所有主变压器容量的1 5 1 6 。基本满足国家电网电力系统无功补偿配置技术原则 的要求。表2 2 为3 5 k v 及以上变电站并联电容器配置情况统计。 表2 23 5 k v 及以上变电站并联电容器配置情况表单位：m v a ，m v a r 2 2 0 k v 变电站1 1 0 k v 变电站3 5 k v 变电站 单位主变电容器比例 主变电容器 比例 主变电容器 比例。 容量容量 ( ) 容量容量 ( ) 容量容量 ( ) 变电公司 1 6 1 0 02 4 8 3 2 4 41 5 4 24 1 93 2 0 6 47 6 5 城区公司 3 1 5 03 4 8 8 3 51 1 0 74 01 0 0 0 22 5 0 l 朝阳公司 3 1 5 44 9 4 0 21 5 6 61 3 01 6 0 3 21 2 3 3 海淀公司 2 7 1 2 54 3 5 5 3 41 6 0 64 01 02 5 0 0 丰台公司 1 6 1 7 52 3 5 3 9 8 1 4 5 56 0 1 2 7 2 2 1 2 0 石景山公司 2 8 04 6 8 8 41 6 7 4 亦庄公司 3 5 65 4 1 6 21 5 2 l 通州公司 9 4 9 51 5 1 2 2 41 5 9 32 0 8 5 54 5 4 1 42 1 7 8 昌平公司 8 4 51 3 3 5 9 61 5 8 11 6 3 92 1 0 2 41 2 8 3 门头沟公司2 6 33 0 0 2 6 1 1 4 2 6 8 91 2 61 8 2 9 房山公司 9 6 91 3 2 9 31 3 7 21 1 1 9 52 2 52 0 1 0 大兴公司 7 6 3 51 1 6 9 7 1 5 3 2 1 4 2 93 4 52 4 1 4 平谷公司 3 3 26 2 8 7 41 8 9 41 1 5 52 7 4 82 3 7 9 怀柔公司 3 5 25 4 1 0 81 5 3 75 4 7 55 49 8 6 密云公司3 4 7 55 2 0 8 6 1 4 9 9 1 9 8 52 8 2 1 61 4 2 l 顺义公司 1 0 8 6 51 8 1 0 3 21 6 6 6 2 0 1 5 5 4 4 9 5 22 2 3 0 延庆公司 1 6 62 6 4 2 31 5 9 26 4 5 51 2 91 9 9 8 合计 1 6 l o o2 4 8 3 2 4 41 5 4 2 1 7 7 6 3 2 5 8 8 1 6 61 4 5 7 1 6 0 1 0 53 0 3 7 41 8 9 7 备注：城区供电公司简称为城区公司，其他供电公司同理 2 2 0 k v 变电站安装容性无功补偿设备2 4 8 3 2 4 4 m v a r ，占主变容量的1 5 4 2 ，11 0 k v 变电站安装容性无功补偿设备2 5 8 8 1 6 6 m v a r ，占主变容量的1 4 5 7 ；3 5 k v 变电站安装 容性无功补偿设备3 0 3 7 4 m v a r ，占主变容量的1 8 9 7 。图2 2 为2 0 0 4 2 0 0 5 年并联电容 器占主变压器容量比例情况。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 图2 2 各电压等级并联电容器占主变压器比例情况 从各地区变电站无功补偿设备分布情况看，2 2 0k v 变电站比例高于1 0 的要求， 基本满足2 2 0k v 电压层面的无功补偿，11 0 k v 、3 5 k v 变电站无功配置基本在1 5 的下 限左右，其中1 1 0k v 电压等级城区、丰台、门头沟、房山、密云供电公司低于下限1 5 的要求，3 5k v 电压等级朝阳、昌平、怀柔、密云供电公司低于下限1 5 的要求。图2 3 、 4 为11 0 、3 5k v 变电站并联电容器占主变压器比例分布情况。 图2 31 l o k v 变电站并联电容器占主变压器容量比例情况 华北电力大学工程硕士专业学位论文 图2 - 43 5 k v 变电站并联电容器占主变压器容量比例情况 2 1 2l o k v 及以下配电网无功补偿设备 公司系统l o k v 及以下配电网无功补偿设备共分为两类，一类是低压电容器柜( 安 装在配电室低压侧) ，一类是低压无功补偿箱( 安装在l o k v 线路公用变低压侧) 。 截止2 0 0 5 年底，北京地区系统l o k v 及以下配电网无功补偿设备共安装1 5 2 8 9 台， 容量1 5 6 6 5 0 6m v a r 。其中低压电容器柜有6 0 6 1 面，容量1 1 3 3 4 1 4 m v a r ：低压无功补 偿补偿箱有9 2 2 8 台，容量4 3 3 0 9 2m v a r 。表2 3 为北京地区系统l o k v 及以下配电网无 功补偿设备情况统计。 表2 3l o k v 及以下配电网无功补偿设备情况表 低压电容器柜低压无功补偿箱合计 单位 数量( 面) 容量 数量( 台)容量( m v a r ) 数量( 台) 容量( m v a r ) ( m v a r ) 城区地区 1 0 6 72 3 2 2 1 8 9 8 4 8 8 5 6 02 0 5 13 2 0 7 7 8 朝阳地区 1 7 4 23 7 5 7 3 64 2 23 3 1 2 42 1 “4 0 8 8 6 0 7 海淀地区 7 】7 1 4 6 d 7 64 9 0 2 7 9 1 51 2 0 7 1 7 3 9 9 1 丰台地区9 8 91 6 8 7 7 33 7 93 4 1 1 01 3 6 82 0 2 8 8 3 石景山地区 2 9 6 5 1 1 3 8 7 74 6 2 03 7 3 5 5 7 5 8 亦庄地区 1 84 7 0 01 84 7 0 0 通州地区 8 1 1 0 2 6 0 9 4 03 5 5 0 51 0 2 l 4 5 7 6 5 昌平地区 1 3 71 2 3 3 95 7 82 4 4 1 07 1 53 6 7 4 9 门头沟地区 1 8 6 1 4 3 3 5 3 8 21 3 0 3 05 6 8 2 7 3 6 5 房山地区 8 31 4 0 8 01 1 2 13 9 1 2 11 2 0 45 3 2 0 1 火兴地区 1 6 4 2 7 9 7 1 5 3 51 8 8 0 46 9 9 4 6 7 7 5 华北电力人学l ：程硕士专业学位论文 平谷地区 81 2 0 01 2 3 54 2 4 9 81 2 4 34 3 6 9 8 怀柔地区1 6 22 4 3 4 03 3 3 1 2 8 l o 4 9 53 7 1 5 0 密云地区 2 4 52 7 3 2 34 3 31 3 9 7 56 7 84 1 2 9 8 顺义地区 3 34 5 0 89 6 33 2 0 7 09 9 63 6 5 7 8 延庆地区 1 3 31 8 4 1 73 5 61 2 5 4 04 8 93 0 9 5 7 合计6 0 6 1 1 1 3 3 4 1 49 2 2 8 4 3 3 0 9 21 5 2 8 9 l5 6 6 5 0 6 备注：城区供电公司简称为城区公司，其他供电公司同理 由于城近和郊县地区配电网差异较大，市区内电缆网规模较大，建设有大量的配电 室，因此配电室( 箱变) 的低压电容器丰要分布在城近几个地区，城区、朝阳、海淀、 丰台等城近5 个供电公司共安装4 8 1 1 台，容量9 7 3 9 4 1m v a r , 占总台数7 9 3 8 ，占总容 量8 5 9 3 。图2 5 为配电室( 箱变) 安装的低压无功补偿设备容量的分布情况。 安装低压电容器柜台数i 吖分比 安装低压电容器容最i 百分比 1 4 0 7 8 5 9 3 图2 5 配电室( 箱变) 安装的低压无功补偿设备的分布情况 而低压无功补偿箱主要分布在通州等1 0 个郊县供电公司，共安装6 8 7 6 台，容量 2 4 4 7 6 3m v a r , 占总台数7 4 5 2 ，占总容黾5 6 5 2 。图2 - 6 为1 0 k v 线路公变安装的低压 无功补偿设备容量的分布情况。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 安装低压无功补偿箱台数百分比 安装低压无功补偿箱容量百分比 一昌麴。一。兰蜜 图2 - 6l o k v 线路公变安装的低压无功补偿设备的分布情况 2 2 2 感性无功补偿设备 截止2 0 0 5 年底，公司系统安装了3 6 组l o k v 并联电抗器，容量是2 9 9m v a r ，与 去年同期比新增4 组，容量3 6m v a r 。分别安装在朝阳门、西直门、王府井、长椿街、 西大望2 2 0 k v 变电站和新街口、石门营1 1 0 k v 变电站。表2 4 为公司系统l o k v 并联电 抗器情况统计。 表2 4 公司系统1 0 k v 并联电抗器统计表 序号 站电压( k v ) 变电站运行单位电抗器型号组数 容量( m v a o 12 2 0 朝阳门变电公司 b k s c 一6 0 0 0 l042 4 22 2 0 王府井 变电公司b k s c 6 0 0 0 1o 63 6 32 2 0 西直门变电公司 b k s c 8 0 0 0 l086 4 42 2 0 西大望变电公司 b i 岱c 6 0 0 0 1o91 0 8 52 2 0长椿街变电公司b k s c 5 0 0 0 1 066 0 611 0 新街口城区公司 n k s ll3 7l1 0石门营l 、j 头沟公司b k g k l 一2 0 0 0 11o w2 4 备注：城区供电公司简称为城区公司，其他供电公司同理 2 3 无功补偿设备运行情况分析 2 3 1 容性无功补偿设备运行情况分析 2 31 13 5k v 及以上变电站并联电容器 ( 1 ) 电容器可用率情况及分析 截止到2 0 0 5 年底，公司系统3 5 k v 及以上变电站并联电容器组可用率年平均值为 9 9 0 2 。 i3 华北电力大学t 程硕十专业学位论文 影响电容器可用率的因素有：一是处理电容器故障或缺陷时间较长。由于电容器设 备的不可修复性，造成运行中出现故障时，只能予以更换，同时由于电容器厂家、型号 各异，备品备件准备不足，无法及时更换投运，影响了电容器可用率指标的完成；二是 其它附属设备的故障缺陷。另外其它配套设备缺陷也在一定程度上影响了并联电容器可 用率，如放电线圈故障、开关故障；三是集合式电容器产品质量。部分集合式电容器发 生故障后，无法及时恢复运行情况，只能待返厂检修后，才能恢复运行，严重影响了可 用率指标的完成。 ( 2 ) 并联电容器分类 公司系统管辖的并联电容器共有8 8 5 组，1 8 0 2 9 台，容量为5 3 7 5 1 5m v a r ，其中油 浸分散类有6 9 8 组，1 6 0 6 2 台，容量4 3 9 7 1 2 7m v a r ；干式分散类有3 9 组，1 5 5 1 台，容 量2 3 8 0 8 9m v a r ；油浸集合类有1 4 8 组，4 1 6 台，容量7 3 9 9 3 4m v a r 。表2 5 为各电压 等级变电站配置电容器分类情况统计。 表2 5 各电压等级变电站电容器分类统计表 电压等级电容器类型组数( 组)台数( 台)容量( m v a r ) 油浸分散 2 9 68 3 5 22 3 2 0 6 3 2 2 2 0 i 【v 油浸集合 1 95 71 6 2 6 1 2 小计 3 1 58 4 0 92 4 8 3 2 4 4 油浸分散 3 1 96 1 6 51 9 1 3 0 5 7 于式分散 3 8 1 5 3 3 2 3 5 6 8 9 1 1 0 k v 油浸集合 6 81 9 24 3 9 4 1 9 小计 4 2 5 7 8 9 0 2 5 8 8 1 6 6 油浸分散8 31 5 4 51 6 3 4 3 8 干式分散 l 1 8 2 4 3 5 k v 油浸集合6 11 6 71 3 7 9 0 3 小计 1 4 5 1 7 3 03 0 3 7 4 1 油浸分散6 9 81 6 0 6 24 3 9 7 1 2 7 干式分散 3 91 5 5 l2 3 8 0 8 9 合计 油浸集合 1 4 84 1 67 3 9 9 3 4 合计 8 8 51 8 0 2 95 3 7 5 1 5 ( 3 ) 并联电容器损坏情况 2 0 0 5 年度，公司系统并联电容器共损坏8 9 台，其中分散式8 4 台( 共1 7 6 1 3 台) ， 损坏率：0 4 8 ，集合式5 台( 共4 1 6 台) ，损坏率1 2 。表2 - 6 为并联电容器损坏情况 统计。 3 3 4 k v a r 及以下单台电容器有近6 5 的电容器在运行中发生内部元件击穿故障，造 成电容器鼓肚、电容值超标、主绝缘不良等问题，其它均为渗漏油。而集合式电容器损 华北电力大学工程硕士专业学位论文 坏的原因有厂家产品质量不过关，导致运行当中套管渗漏油比较严重，占损坏总数的 8 0 ，以及内部元件击穿，导致电容器主绝缘不良。图2 8 、9 分别是3 3 4 k v a r 及以下单 台和集合式及大容量电容器损坏原因。 表2 - 6 公司系统并联电容器损坏情况统计表 运行主绝 鼓 渗漏油 套管 电容 其 年损 电容器 台数 损坏 缘不值超坏率 台数肚油箱 套管 闪络他 ( 台)良 标 ( ) 3 3 4 k v a r 及以下 1 7 6 1 38 4 4 1 452 53 60 4 8 单台 集合式及火容量4 1 6 5l131 2 图2 8 公司系统3 3 4 k v a r 及以下单台电容器损坏原因 图2 - 9 公司系统集合式及大容量电容器损坏原因 并联电容器损坏原因有以下三方面的原因。一是电容器老化造成问题。9 0 年以前投 产的早期电容器，运行中发生鼓肚，绝缘水平降低。如聂各庄、怀柔站单台1 0 0 k v a r 的 华北电力大学工程硕士专业学位论文 小容量电容器，运行超过1 5 年，在运行当中都发生了损坏。二是部分电容器产品质量 存在一定问题。电容值超标、渗漏油是电容器损坏的主要原因。定福庄站电容器组在投 运一年左右的时候，发生9 台电容器故障，均为套管渗油。丰台六圈、东管头站、朝阳 平房站新投运电容器组，在运行不到2 个月发生了多台电容器损坏，分析原因为供应商 生产工艺的缺陷，造成电容器产品内部发生元件击穿。三是附属设备问题，造成电容器 损坏。外熔断器等安装角度发生变形，在某台电容器出现故障时，由于其外熔丝不能及 时熔断，导致故障扩大，致使电容器外绝缘击穿。 2 3 1 2l ok v 及以下配电网低压无功补偿设备 ( 1 ) 低压电容器柜 截止2 0 0 5 年底，公司系统所辖配电室4 6 4 5 座( 包括箱变) ，配电总容量2 8 7 1 9 9 m v a ， 安装低压电容器柜6 0 6 1 面，容量为1