农村配电网35kV变电站调容系统发展研究

目前农网具有配电网分布广、输电线路长、配电变压器多、负荷季节性和时变性强的特点, 导致农网长期以来无功匮乏, 无功缺额较大, 功率因数低, 输电线路损耗严重, 直接影响了电网的经济运行;农村35kV变电站作为农网输配电系统的节点, 它的无功补偿显得尤为重要。随着电力设备及技术的发展, 已经为35kV变电站调容系统的改造准备了条件, 以更好的适应农网的无功需求。

1 35kV变电站现有两种调容方式的原理及特点

根据电工学原理, 电容器组的输出无功与电容器组的电容值成正比, 与电容器组的端电压的平方成正比, 即Q=wCU2。传统的无功补偿装置通常由断路器 (QF) 、电抗器 (L) 、电容器 (C) 、放电线圈 (TV) 等元件构成。其接线原理图如图1。

系统母线电压恒定, 要改变无功补偿的容量, 只能通过投入一组或几组电容器组, 即改变接入系统的电容值。目前的35kV变电站无功补偿设备通常采用手动方式投切电容器, 一般是一段母线投一组电容器, 而且, 电容器的容量都较大, 当电容器的补偿容量大于变电站的无功缺额时, 投入电容器就会出现过补, 而不投又会欠补。出于安全考虑, 大多数变电站将此类补偿设备闲置起来, 造成设备利用率不高, 补偿效果不好等问题。为了克服上述弊端, 部分变电站虽然采用了自动装置来投切电容器, 但用于投切的开关, 通常是真空断路器, 其缺点是不适于频繁操作, 不能经常投切电容器组, 无法满足精细补偿的要求。

为了满足多级补偿的要求, 现今35kV变电站多采用分组自动投切无功补偿装置, 通常的做法是把一个较大容量电容器组拆分为多个小容量的电容器组, 投切开关选用真空接触器, 一般接触器的电气寿命可达10万次, 可满足频繁操作的需要。但是拆分的组数越多, 需要的真空接触器、电抗器、放电线圈越多, 造价高、占地面积大, 所以, 一般在设计时, 最多拆分成四组, 而且电抗器多为干式铁心电抗器, 只能户内布置。这种补偿方式, 只是在一定程度上细化了补偿容量, 从电气原理图上来看, 还是通过开关的动作来改变接入系统的电容值。其基本接线原理图如图2。

2 35kV变电站调压调容方式的原理及特点

从公式Q=w CU2可知, 如果无功补偿的容量恒定, 而改变电容电压, 也可改变接入系统的电容值。目前变电站调压式无功自动补偿装置, 对无功的补偿原理正是根据电容器组的输出无功与电容器组的端电压的平方成正比而研制。其基本接线原理图如图3。

该装置由断路器 (QF) 、隔离开关 (QS) 、自耦调压器 (T) 、电容器 (C) 、放电线圈 (TV) 组成。自耦调压器串联在断路器和电容器组中间, 用来调节电容器组两端的电压, 由于电容器组的电容值恒定, 电容器组输出的无功功率随施加的电压不同而不同。假设电容器组的补偿容量为QCN (QCN为电容器组的额定容量) , 调压器的电压调节范围为0.6UCN~UCN (UCN为电容器组的额定电压) , 调压器档位为9档, 电容器组的输出容量为。假设每档调节电压相等 (0.05UCN) , 则各档对应的电容器组输出容量为表1。

该调容方式具有如下特点。

(1) 无功补偿级数多, 补偿精细, 电容器组利用率高。变电站母线安装一套该装置在运行时, 可分9级进行补偿。这对于传统的无功补偿装置几乎是不可能实现的。

(2) 采用自耦式有载调压器, 无功补偿调节过程电容器组不断电, 调压器每档之间只有几百伏, 调节过程无过电压和涌流问题。

(3) 电容器长期工作在额定电压之下, 流过电容器的电流也小于额定电流, 且无涌流和过电压冲击, 使电容器寿命长, 成套装置可靠性高。

(4) 无功补偿调节过程中, 无须考虑电容器放电, 当断开断路器, 成套装置退出运行时, 调压器相当于一个大型的放电线圈, 放电性能好, 而不需要像传统电容器组需要在电容器两端并联放电线圈。

(5) 如果变电站供电负荷的谐波电流很小, 还可以去掉电抗器, 调压器自身的漏抗可以抑制成套装置在断路器投入时的合闸涌流。

(6) 元件数少, 电抗器可采用空芯电抗器, 也可采用干式电抗器, 可户内放置, 也可户外放置。

(7) 适合老站改造。该装置只是在传统无功补偿装置的断路器和电容器组之间串联了一套调压器, 所以原有断路器、电抗器、电容器、放电线圈等都可以继续使用。

(8) 非常适合高电压等级下的分级无功补偿。

3 变电站三种调容方式的比较 (表2)

4 结语

上述两种无功补偿装置, 不管是靠断路器投切大电容器组, 还是靠接触器分组投切小电容器组, 都是通过开关的分合来改变接入系统的电容值, 该类装置必然存在投切涌流大和操作过电压等问题, 装置可靠性低, 特别是开关和电容器等部件故障率高。调压式无功自动补偿装置可避免上述两种调容方式的缺点, 更好的适应目前农网无功需求, 必然成为将来农网35kV变电站调容系统改造的趋势。

摘要：叙述了现今农村配电网 (简称农网) 35kV变电站的主要无功补偿方式, 比较并论述了农网35kV变电站无功补偿方式的优缺点, 提出了农网35kV变电站无功补偿方式的发展趋势。

关键词：农网,35kV变电站,无功补偿方式