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枢纽变电站主负荷侧110kV无功补偿装置及应用

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第33卷第4期 电力电容器与无功补偿 Vo1.33 No.4 2012年8月 Power Capacitor&Reactive Power Compensation Aug.2012 枢纽变电站主负荷侧110 kV无功补偿装置及应用 王耀 ,党红阁 ,张建军 (1.陕西合容电气电容器有限公司,陕西西安710200;2.华北电网公司唐山供电局,河北唐山063000) 摘要:论述了当前枢纽变电站无功补偿的现状及在第3绕组进行无功补偿存在的问题,提出 了在主负荷侧直接安装无功补偿装置的必要性及重要意义;总结了110 kV电容器装置在唐山 迁安220 kV变电站的挂网运行经验。 关键词:枢纽变电站;主负荷侧;无功补偿;并联电容器 中图分类号:TM531.4文献标识码:A文章编号:1674.1757(2012)04-0001-05 110 kV Reactive Power Compensation Device and Its Application at the Main Load Side of Hub Substation WANG Yao ,DANG Hong-ge ZHANG Jian-jun (1.Shaanxi Herong Electirc Capacitor Co.,Ltd.,Xi’an 710200,China; 2.Tangshan Power Supply Company,Tanshan 063000,China) Abstract:In this paper,the current situation of reactive power compensation of hub substation and the existed problem of the tertiary winding exisited during reactive power compensation are de— scribed.The necessity and significance of directly installing reactive power compensation device at main load side of substation are raised;and the operation expe ̄ence of 1 10 kV capacitor bank in Tangshan Qianan 220 kV substation is summarized. Keywords:hub substation;main load side;reactive power compensation;shunt capacitor 0 引言 压器的运行工况。 目前,我国的无功补偿装置均安装于变压器 我国电网变电站的电压等级有:750 kV一 的第3绕组(低压线圈),如:330 kV、220 kV变电 330 kV——110 kV;1 000 kV——500 kV———_220 kV。这 站的无功补偿装置都置在35 kV(或10 kV)电压 些等级的变电站一般位于电网的中心,在电能的 等级上,500 kV变电站的无功补偿装置安装在 接收和分配中起着承上启下的中心枢纽作用,其 35 kV(或66 kV)侧,750 kV变电站的无功补偿装 所采用设备运行的安全性、稳定性、可靠性是变电 置安装在66 kV侧,1 000 kV特高压系统的无功 站考核的主要指标。 补偿装置装设于110 kV侧。而这些电压等级的 中心枢纽变电站一般都装有并联电容器装置 变电站其主要负荷均分布在第2绕组(中压线 或并联电抗器装置,装设这些无功补偿设备主要 圈),如330 kV、220 kV变电站的主要负荷在110 有以下作用:①调节电压,使得电网的电压稳定 kV侧,500 kV变电站的主要负荷在220 kV侧, 在一定的范围内,提高系统的稳定性。②提高功 750 kV变电站的主要负荷在330 kV侧,1 000 kV 率因数,补偿无功,减少损耗,降低变压器的损耗。 的主要负荷在500 kV侧。 ③减少超高压网有载调压装置的使用率,改善变 这种补偿模式存在的主要问题是: 收稿日期:2011.11-16 2012年第4期 电力电容器与无功补偿 第33卷 1)无功需通过变压器的低压绕组传送至 缺无功的中压绕组,增大了变压器的损耗,降 低了变压器的输出容量,增大了变压器的制造 成本。不符合无功就地平衡的原则,降低了补 偿效果¨J。 2)由于需要穿越变压器阻抗,降低了无功补 偿装置对主负荷侧(即中压侧)电压的调节作用。 3)将无功装设在第3绕组,相对降低了无功 设备的重要性,使得电网运行的经济性大打折扣。 4)由于受到电流的,电容器组的容量不 能太大。 造成这种格局的原因是: 1)在历史上,我们国家电力系统技术均沿袭 原苏联的技术,因此,电容器多加装在第3绕组。 2)传统观点认为高电压等级的设备可靠性 低于低电压等级设备,无功设备不很重要,因此装 在第3绕组即可,即使无功设备有问题,也不会影 响主网的有功负荷。 3)高电压等级无功补偿设备制造水平还不 过关,在较高的电压等级下安装无功补偿设备,其 安全性、可靠性没有保证。 4)没有相关的电力设计规程进行规定,设计 人员没有依据。[2-3 3 2010年11月2日,由陕西合容电气电容器 有限公司提供安装于唐山供电公司迁安220 kV 变电站主负荷110 kV侧的TBB110—42000/583 一AQW无功补偿设备正式挂网投运,投运至今, 运行状况良好。 这种补偿方案的实施有望为电力系统提供一 种新的补偿设计思路,为设备制造厂家提供新的 运行经验。 1主接线图及参数选取 电容器装置接线如图1所示。 1.1 电容器装置参数的确定 型号:TBBI10-42000/583一AQW; 额定电压:110 kV; 额定容量:42 000 kvar; 额定电容量:21.97 F; 绝缘水平:180/450 kV; 爬电距离:按IV级污秽考虑。 ・2・ l10 kV母线 隔离开关 sF 断路器 电流互感器 G1S电容器专用投切开关 串联电抗器 过电压阻尼器 氧化锌避雷器 电容器组 隔离开关 图1接线原理图 Fig.1 Wiring Principle diagram 结构形式:由BAM6.56.583—1W电容器(内 熔丝)支撑于110 kV绝缘平台;4排3层布置;3 级电位固定。 接线方式:单星形,电抗器前置,中性点不 接地; 保护方式:内熔丝+双桥差不平衡电流; 电容器放电:内放电电阻,10 rain内将单元电 容器的电压由 降至75V以下; 相臂电容偏差:不大于1.001; 串段间电容偏差:不大于1.02; 相间电容偏差:不大于1.001; 单元接线:双桥式接线,(12串,1并)+(12 串,1并)。 1.2电容器组额定电压选择 母线的最高运行电压为126 kV,电容器可以 在1.05 U 下连续运行,则电容器的额定电压 选取基于母线电压为1 10 kV×1.05=120 kV 是安全的,考虑电抗率K=12%的串联电抗器 引起的电容器电压升高,电容器组的相电压 选为: = -136.4/4X kv 如此选取,与1 000 kV特高压系统用电容器 单元的选取相同,便于产品的标准化生产 J。 1.3 电容器组额定容量选择 通过对迁安变电站110 kV侧的无功潮流进 2012年第4期 ・无功补偿・ 王耀,等枢纽变电站主负荷侧110 kV无功补偿装置及应用 (总第142期) 行统计,110 kV侧变压器需向负荷侧输送的无功 5.5 min,即2次投切的间隔只要相距5.5 min,电 功率见表1。 容器上的残压便不会高于10%,是安全的。 表1 110 kV侧无功负荷的24 h记录 因此装置不必装设专用的放电线圈,大大 Tak1 24 h record of reactive 减化了装置的结构,减小了占地面积,及因放 power load at 110 kV side 电线圈故障造成的电容器装置可靠性下降 问题。 1.5 电容器装置开关的选择 本项目电容器开关有两组,一组为S 开关, 主要用于当电容器组发生短路故障时,切断电容 器组的故障电流;另一组为GIS开关,其具有对容 性电流进行频繁投切的功能,5 000次重燃率为0, 用于对电容器组进行频繁投切。 1.6过电压阻尼装置 过电压阻尼装置由一个真空间隙与一个电阻 串联组成,并联于串联电抗器两侧,用于保护电抗 器。在投入电容器装置瞬间,电抗器承受全电压, 为了使电容器不进行频繁投切,提高电容器 真空间隙导通,过电压由电阻吸收,在稳态过程 的投运率,把电容器装置的容量确定为42 Mvar。 中,电抗器的端电压降低,真空间隙断开,过电压 1.4电容器组的放电装置 阻尼器被隔离。 电容器组的放电装置主要是为了解决电容 器组投入时电容器上的残压不高于10%的 2 电容器的偏差控制及保护计算 问题。 2.1电容偏差控制 电容器的放电电阻选取为10 min内将单元 由于电容器单元的电容量存有一定的偏差,随 电容器的电压由 降至75 V以下 J。放电电 机进行放置,电容器的相臂间的偏差会很大,降低 阻的实际取值为3串×0.9=2.7 Mn。 了保护的灵敏度,电容器的运行也会造成一定的固 按此计算,10 min后电容器装置上的残压最 有过电压,因此必需对电容器单元进行分组,使得 1 o×100%=1・2%U ,不大于10%, 电容器每个相臂的电容量尽可能相等,经过匹配 后,电容器桥臂间的电容偏差不超过1.000 2。 满足要求。 2.2 电容器组保护计算 经计算,电压由 u 降至10%U 的时间为 电容器组保护定值计算见表2。 表2保护定值计算单 Tab.2 Calculation sheet of protection setting value ・3・ 2012年第4期 电力电容器与无功补偿 第33卷 3 电容器组的投运效果 1)电容器投入对母线电压的影响,见表3。 表3电容器投入对电压的影响 Tab.3 Influence of capacitor operation on voltage 母线电压/kV 运行T况—— 220 kV俱0110 kV倾0 10 kV俱4 对比可知:110 kV母线电压提高3.04 kV,主 要靠投入l10 kV电容器支撑,在10 kV侧追加投 入电容器后,110 kV侧母线电压基本不变。因此 在110 kV侧直补电容器,对主负荷110 kV侧的 电压调节作用明显好于10 kV。 2)电容器投入前、后对变压器110 kV侧潮流 的影响,见表4。 表4 电容器投入后负荷变化情况 Tab.4 Variation of load after capacitor operation.... 110 kV侧有功/MW 110 kV侧无功/Mvar 塑 萱 塑 亘 塑 煎 塑 亘 229.77 202.48 62.02 24.68 △P=一27.29 △Q=一37.34 投入110 kV电容器后,变压器的有功功率减 少了27.29 MW,无功功率降低了37.34 Mvar,经 济效益明显。 3)过电压阻尼器的作用。通过对电容器组 进行36次试投切,过电压阻尼器共动作33次,三 相出现的最大涌流值为2.734倍。投切最大过电 压倍数为1.759倍。 4)桥式差电流保护的不平衡电流。投入电 容器组后,经检查6只桥式差电流CT的二次测 量最大值不超过0.042 A,距离第一级报警定值 0.225 A仍有较大距离,出现误动的可能性较小。 4 电容器组的可靠性分析 随着电容器电压等级的提高,电容器组的运 行安全可靠性是提高的,而不是降低。这是因为: ・4・ 1)高电压等级的电容器组比低电压等级的 电容器组有更低的损耗。因为电压越高,在相同 容量下,电容器组的电流越小,电容器装置本身引 线的损耗也就越小,电容器耐高温的性能就越强。 2)高电压等级的电容器比低电压等级的电 容器更不容易发生贯穿性击穿。贯穿性击穿是电 容器恶性事故的一种主要形式,因为高电压等级 的电容器串联数较多,从某一串段故障到完全贯 穿性故障需要较长的时间,这为二次保护的可靠 动作提供了充裕的时间,在电容器发生贯穿性击 穿之前,保护即可靠动作。而串联数较少时,当某 一串故障时,其余串段的电压升高量较大,使得电 容器在保护之前发生贯穿性击穿的可能性大增。 3)电压提高后,并联段的容量降低,当某台 电容器发生故障时,向故障点放电的能量较小。 例如TBBIO一8016/334一AKW,其单相容量仅为 2 672 kvar,接线为1串8并,当某台单元发生故 障时,放电能量为334×8=2 672 kvar,而对于 TBB110-42000/583一AQW(12串2并),单相容量 已达14 000 kvar,而1个串联段的容量仅为 583×2=1 166 kvar。装置中电容器发生爆破的 可能性明显降低。 4)由于电流的下降,电容器组投切开关的容 量选取相对较小,其可靠性是提高的。 5 电容器组的简化 本装置由于是试点项目,在可靠性上采取了 重复性的投资,使得整套设备显得臃肿,占地面积 也较大,通过初步的运行经验分析,可在以下方面 加以简化: 1)去掉GIS投切专用开关。在装置的试运 行试验中,采用国产S 断路器进行了投切,通过 录波观察,未发现重燃,因此,采用国产S 断路 器投切110 kV电容器组是可行的。 2)保护方式可采用单桥差不平衡电流保护 方案,可以减少3台CT。也可以采用无熔丝+中 性点不平衡电流保护方案,减少5台CT 。 。 3)尽量通过架空母线从110 kV间隔直接连 接电容器组,以减化电缆及电缆保护用附件,并可 以大大降低电容器组的占地面积。 4)减化变压器的结构,降低第3绕组容量, 2012年第4期 ・无功补偿・ 王耀,等枢纽变电站主负荷侧110 kV无功补偿装置及应用 (总第142期) 或去掉第3绕组。 6 结语 采用主负荷侧补偿的好处可以归纳如下: 1)可以提高电网的补偿能力,提高变压器的 有功输送容量; 2)可以降低变压器自身的损耗; 3)可以降低变压器设计制造成本; 4)可以降低配套设备的采购费用; 5)可以减小占地面积,同时减少运行维护工 作量; 6)可提高我国无功补偿装置的整造水 平,缩短与国外先进水平的差距,为中心枢纽变电 站提供先进的技术方案。 参考文献: [1]GB 50227--2008并联电容器装置设计规范[s]. 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