變電站10kV電容器組的配置
發(fā)布時(shí)間：2020-04-21 11:15:00 來源：振航電氣有限公司
引言
目前，電力系統(tǒng)中為了提高電壓質(zhì)量，減少網(wǎng)絡(luò)損耗，普遍配置了無(wú)功補(bǔ)償裝置，由于電容器組容量可大可小，即可集中使用，又可分散配置，具有較大的靈活性，且價(jià)格較低，損耗較小，維護(hù)方便，故為目前系統(tǒng)中使用廣泛的無(wú)功電源之一。變電站設(shè)計(jì)中一般將電容器組布置在10kV側(cè)。由于10kV側(cè)配置電容器存在系統(tǒng)短路容量較小、分組數(shù)較多、易發(fā)生諧振等問題，故如何合理選擇10kV電容器組就顯得尤為重要。
1、電容器總?cè)萘康倪x擇
變電站安裝的"容性無(wú)功量"的選擇原則為：對(duì)于直接供電末端變電所，其容性無(wú)功量應(yīng)等于裝置所在母線上的負(fù)荷按提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量與主變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功之和。即：
通過式(1)、(2)、(3)對(duì)變電站無(wú)功容量進(jìn)行估算，負(fù)荷所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量約為主變?nèi)萘康?%~10%(按補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)0.96考慮)，主變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量14%~16%。
綜上所述，變電站的容性無(wú)功補(bǔ)償以補(bǔ)償主變的無(wú)功損耗為主，現(xiàn)變電站均按照主變?nèi)萘縼砼渲秒娙萜餮a(bǔ)償容量。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)配置原則》(以下簡(jiǎn)稱配置原則)要求，變電站可按照主變壓器容量的20%-25%配置容性無(wú)功補(bǔ)償裝置。因此變電站的電容器組總?cè)萘砍齻€(gè)別情況外，大多數(shù)情況應(yīng)按照以上要求配置，與電容器組的電壓等級(jí)無(wú)關(guān)。
2、電容器分組容量的選擇
確定了電容器組總?cè)萘亢螅€需對(duì)電容器組分組容量進(jìn)行選擇。
(1)若分組容量過大，會(huì)引起投切時(shí)母線電壓波動(dòng)增大、變電站投運(yùn)初期負(fù)荷變小，無(wú)法投入電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐栴}。
(2)若分組容量過小，會(huì)引起增加設(shè)備投資、減少變電站出現(xiàn)回路數(shù)、增大維護(hù)工作量、增大變電站的布置難度等問題。
因此電容器分組的總原則應(yīng)是：在滿足系統(tǒng)要求的前提下，盡量加大分組容量，減少組數(shù)。
2.1 電容器分組容量與母線電壓波動(dòng)的研究
電容器在進(jìn)行投切操作時(shí)，將引起母線電壓的變化，其變化幅度為：
從式(4)可以看出，母線電壓波動(dòng)率與投切電容器的容量成正比，與母線三相短路容量成反比。《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中規(guī)定：變電站10kV側(cè)母線短路電流需控制在20kA以內(nèi)， 10kV側(cè)限短路容量為1.73210.520=363.7MVA,根據(jù)《配置原則》要求，以投切單組補(bǔ)償設(shè)備引起的所在母線電壓的變動(dòng)值不宜超過額定電壓的2.5%計(jì)算。10kV側(cè)單組電容器容量限值為Qfz=363.72.5%=9.09Mvar。另外，由于20kA為變電站在大方式下需保證的短路電流，若在小方式下，則達(dá)不到20kA，相應(yīng)的短路容量也要隨之減小。
綜上所述，為保證投切電容器時(shí)母線電壓波動(dòng)在2.5%以內(nèi)，變電站10kV電容器組的分組容量應(yīng)通過計(jì)算確定。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，220kV變電站分組容量不宜大于8Mvar，110kV變電站不宜大于6Mvar。
2.2 電容器分組容量與諧波放大的研究
投入并聯(lián)電容器裝置后，為防止其引起高次諧波電流放大和諧振(主要針對(duì)3、5、7次諧波而言)，需在其回路裝設(shè)串聯(lián)電抗器。目前變電站一般在電容器組中串接5%的電抗器，使電容器支路對(duì)5次及以上諧波均呈感性，可有效抑制5次及以上諧波的危害，但對(duì)3次諧波可能有電流放大作用。為抑制3次諧波的危害，可采取以下措施：
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1、電容器組串接12%～13%的電抗器，使電容器支路對(duì)3次及以上諧波均呈感性。但隨著串接電容器容量增大，會(huì)相應(yīng)增加回路的電能損耗，增大電容器端子的運(yùn)行電壓，縮短電容器使用壽命。因此從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，這一措施僅在部分變電所使用。
2、恰當(dāng)選擇電容器分組容量，躲開3次諧波放大區(qū)。但此措施對(duì)3次諧波電流仍有放大作用，即系統(tǒng)內(nèi)的3次諧波電流，在投入電容器組后肯定要比投入前增大。在使用時(shí)，可根據(jù)電容器安裝處3次諧波的污染程度，調(diào)整允許諧波電流的放大倍數(shù)，選擇具體的分組容量。
根據(jù)式(4)及(5)，當(dāng)n=3、A=5%、K=2時(shí)，取小運(yùn)行方式下10kV短路容量為240MVA，運(yùn)行方式下短路容量為363.7MVA，則 應(yīng)小于9.6Mvar或大于33.2Mvar。即電容器投切時(shí)嚴(yán)禁投入9.6Mvar至33.2Mvar之間容量，否則就會(huì)對(duì)其內(nèi)流過的3次諧波產(chǎn)生不允許的放大倍數(shù)，甚至引起諧振，威脅設(shè)備安全。
而K值的選擇是由電容器安裝處3次諧波的污染程度決定。若污染程度較輕，則K值可選的較大，相容短路容量下，危險(xiǎn)區(qū)就較窄;若污染程度較重，則K值可選的較小，危險(xiǎn)區(qū)就較寬，相應(yīng)的電容器分組容量選擇就需要謹(jǐn)慎。
2.3電容器分組容量選擇的應(yīng)用
以常見的50MVA主變壓器的110kV變電站為例，每臺(tái)主變壓器配置總?cè)萘?0Mvar臺(tái)電容器，分組容量不超過5Mvar。10kV母線短路容量選擇限值363.7MVA與小值240MVA進(jìn)行考慮。
3 結(jié)束語(yǔ)
隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，變電站單臺(tái)主變壓器容量不斷增大，按照主變壓器容量配置的電容器組總?cè)萘恳苍诓粩嘣龃?。若考慮減小電容器組總?cè)萘?，則不能滿足系統(tǒng)電壓和功率因數(shù)方面的要求。因此導(dǎo)致電容器組總?cè)萘慷嘣谏习踩珔^(qū)。而為控制電容器投切時(shí)的母線電壓波動(dòng)，10kV單臺(tái)電容器容量又不宜過大，所以Qc值落入危險(xiǎn)區(qū)的概率大。因此在電容器分組時(shí)，應(yīng)具體情況具體分析，不要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)盲目選擇。另一方面還應(yīng)該著眼于控制諧波源，盡量使其產(chǎn)生的諧波分量減少或在諧波源的外部采取措施，如裝設(shè)濾波器等吸收一部分諧波電流，使允許的K值增大，危險(xiǎn)區(qū)域變窄，將更有利于電容器的分組選擇。
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