浅析变电站可研设计中电容器组选择

浅析变电站可研设计中电容器组选择

摘要: 电容器组属于无功补偿装置，在电力系统中起提高电网的功率因数的作用，同时降低变压器及输送线路的损耗，提高供电质量。因此电容器组在电力系统中

处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择电容器组，可以做到最大限度

的减少电网的损耗，使电能质量提高。

关键词:电力系统；无功补偿；电容器组；供电质量

前言：为了减少电网中输送的无功功率，降低有功电量的损失，改善电压质量，供电企业普遍在变电站内安装并联电容器组。但是当电容器组选择不当时，

会引起电力系统谐波放大甚至谐振。谐波放大或谐振会导致电气设备承受过电压

及过电流，直至设备损坏，造成停电事故。因此合理的选择电容器组尤为重要。

1 相关规定

根据《电力系统电压和无功电力技术导则（试行）》、《南方电网公司电力

系统无功补偿装置技术原则》和《南方电网公司电力系统电压质量和无功电力管

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，在低负荷

时功率因素不高于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”。

2 实例计算

本次计算以某110kV变电站可研设计为实例，该工程拟本期新建两台40MVA

主变，终期三台。设有110kV、35kV、10kV三个电压等级，110kV采用单母分段

接线，35kV及10kV均采用单母两分段三段母线接线。为了提高该站的电压质量

及功率因素，需配置电容器组。本次可研设计电容器组容量配置按照补偿负荷功

率因素以及补偿变压器无功损耗来进行考虑。

（1）补偿负荷功率因素

按照高、低负荷来进行考虑，负载率分别取80%及40%，主变容量3×40MVA。 35kV侧由35kV变电站补偿后功率因素为0.95（不考虑线路损耗）,10kV侧主

要为居民生活用电，功率因素相对较高，综合考虑后自然功率因素考虑为0.92。

本次设计考虑将负荷的功率因素补偿至0.95，以满足高负荷时高压侧功率因素不

低于0.95。根据公式Q=P[tan（arccosθ1）- tan（arccosθ2)]进行计算，可得高负荷时需补偿无功约9342kvar，低负荷时需补偿无功约4671kvar。

（2）补偿变压器无功损耗

变压器无功损耗分为空载无功损耗及负载无功损耗，公式分别为：空载无功

损耗ΔQo=Io%/100*S，负载无功损耗ΔQs= Uk%/100*S*（P/S）²。

根据变压器技术参数，40MVA变压器U12%=10.5，U13%=17.5，U23%=6.5；Io%=0.55。通过折算，U1%=10.75,U2%=-0.25,U3%=6.75。

通过计算，80%负载率时，变压器无功损耗约13908kvar;40%负载率时,变压器

无功损耗约2648kvar。

（3）充电功率

本站110kV及35kV 出线均为架空导线，因线路较短充电功率不大,在无功补

偿计算中忽略110kV 及35kV线路充电功率;仅考虑 10kV 电缆线路充电功率。现有10kV电缆长约2.3km,截面为240mm²;本期新建10kV电缆长约9.35km，截面按照300mm²考虑;备用10kV电缆出线13回，每回按照2km的电缆考虑，截面按照

300mm²考虑。10kV电缆线路，240mm²充电电流约0.95A/km；300mm²充电电流约1.05A/km，通过计算,本站10kV侧充电功率约681kvar。

（4）电容器组容量选择

根据上述计算过程，可以得出高负荷时，需补偿的无功负荷约9342+13908-681=22569kvar；低负荷时，需补偿的无功负荷约4671+2648-681=6638kvar。

由《系统设计手册》可知，电容器分组容量按每投切一组电容器引起所接母线电压的变动值不宜超过额定电压的2.5%。该110kV变电站10kV侧远景年小方式下的短路电流为11.5kA，即分组容量不宜超过

Qfz=2.5%/100*√3*10*11.5=4.98Mvar。

综合考虑，因该变电站在高负荷时电容器无功补偿容量应不低于22569kvar，才能满足 110kV 母线功率因数为 0.95。考虑到还应计及线路本身的部分无功损耗等，电容器补偿容量需留一定裕量，根据以上分析计算结果，结合低压电容器容量典型规范，建议最终补偿容量为6×4200kvar，本期容量为4×4200kvar。对所选电容器组进行校验，校验结果见下表

由上表可知，在低负荷情况下，仍需补偿部分无功以满足110kV 母线功率因数为 0.95 的要求。因此，即使在低负荷情况下也不会向上级系统侧反送无功功率，故本站不需配置低压电抗补偿。

（5）电抗率选择

根据《系统设计手册》可知，电容器串接5%-6%的电抗器，可预防5次、7次谐波，但对3次谐波有放大作用，串接12%-13%的电抗器对3次、5次、7次谐波均有预防作用。该变电站本期可装设4组容量为4200kvar的电容器组,对装设并联电容器后的放大情况进行计算，计算结果如下表。

由上表可知，当要求对三次谐波的放大倍数不大于2时，串联电抗器的电抗率可采用一组5%，三组12%，但是考虑到以后电容器的运行、操作简单，建议本期4组电容器装置电抗率均采用12%Xc。

（6）结论

终期6×4200kvar，本期4×4200kvar，预留2组电容器组的场地。电抗率采用12%。

3 结论

当无功并联补偿容量不能满足无功负荷的需求时，会导致设备出力不足，电力系统损耗增加，设备损坏，电力系统稳定度低。因此合理的配置无功补偿容量即电容器组，可以提高电网的功率因数，降低损耗，提高供电质量。

参考文献

[1]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册.中国电力出版社. 1998

[2]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册.中国电力出版社. 1998