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MSVC在110kV变电站无功优化改造中的应用
摘要：本文分析了某110kV变电站电能质量状况，通过对其I回线路1#、2#主变进线侧有功、无功、功率因数、基波及谐波电压电流进行测试，了解目前该110kV电站电能质量状况。对比国家及行业标准要求，提出采用MSVC型动态无功补偿装置对该110kV变电站进行无功优化的方案，并分析了MSVC方案所具有的优势，其在电网无功优化及稳定系统电压改造中得到广泛应用。 关键词：MSVC 变电站 无功优化
1 引言
某110KV变电站有2回110kV进线，分别为I回和II回，两段110KV并列运行，设有母联。I回下带110kV/35kV主变两台和一台110KV进线电石炉，容量为25000KVA；两台主变的容量均为31500KVA，分裂运行，每台主变下主要负荷为2台12500KVA电石炉，每段35kV母线均配置有安装容量为3600kvar的固定电容器组补偿装置，用户反馈现I回功率因数无法达到考核要求。II回下带3台110kV进线的电石炉和一台110/35KV主变1台，电石炉容量为25000KVA，主变容量为8000KVA；每台电石炉10KV抽头处均安装有无功补偿装置，功率因数可达到考核要求。［1］［2］
2 电能质量测试
由于I回线路未达到考核要求，测试主要针对I回线路1#、2#主变进行。
2.1 1#主变测试数据
首先在该110kV变电站继保室1#主变测控屏进行测试，系统额定电压110kV，CT变比300/5，取样间隔30s，采用德国高美电能质量测试仪，测试时原有的容性无补偿装置投运，容量为3600kvar。测试记录如下。
图a、三相有功功率趋势图
Fig. a Tendency chart of three phase active power
图b、三相无功功率趋势图
Fig. b Tendency chart of three phase reactive power
图c、功率因数趋势图
Fig. c Tendency chart of power factor
图1 1#主变有功、无功及功率因数变化趋势图
Fig. 1 Tendency chart of the active and reactive power, power factor of the 1# transformer
图a、三相基波电压趋势图
Fig. a Tendency chart of three phase fundamental voltage
图b、三相基波相电流趋势图
Fig. b Tendency chart of three phase fundamental current
图2 1#主变三相基波电压及电流趋势图
Fig.2 Tendency chart of three phase voltage and current of the 1# transformer
测试期间1#主变有功功率最大值为28142kW、最小值为7614kW，平均有功为24544kW；无功功率最大值为16667kvar、最小值为-438kvar，平均无功为11882kvar；功率因数最大值为0.9800、最小值为0.4829，平均功率因数为0.8833；线电压最大116kV ，线电压最小113kV；相电流最大值为347.6A，最小值为23.26A。
图a、3次谐波电压、谐波电流趋势图
Fig. a Tendency chart of 3th harmonic voltage and current
图b、5次谐波电压、谐波电流趋势图
Fig. b Tendency chart of 5th harmonic voltage and current
图c、7次谐波电压、谐波电流趋势图
Fig. c Tendency chart of 7th harmonic voltage and current
图d、11次谐波电压、谐波电流趋势图
Fig. d Tendency chart of 11th harmonic voltage and current
图3 1#主变3、5、7、11次谐波电压及电流趋势图
Fig. 3 Tendency chart of 3th, 5th, 7th, 11th harmonic voltage and current in 1# transformer
2.2 2#主变测试数据
对该110kV变电站继保室2#主变测控屏进行测试，系统额定电压为110kV，电流变比300/5，取样间隔30s，测试仪器为德国高美电能质量测试仪，测试时原有的容性无补偿装置投运，容量为3600kvar。
图a、三相有功变化趋势图
Fig. a Tendency chart of three phase active power
b、三相无功变化趋势图
Fig. b Tendency chart of three phase reactive power
c、功率因数变化趋势图
Fig. c Tendency chart of power factor
图4 2#主变有功功率、无功功率、功率因数变化趋势图
Fig. 4 Tendency chart of the active and reactive power, power factor of the 2# transformer
a、三相基波电压变化趋势图
Fig. a Tendency chart of three phase fundamental voltage
b、三相基波电流变化曲线
Fig. b Tendency chart of three phase fundamental current
图5 2#主变三相基波电压及电流变化曲线
Fig.5 Tendency chart of three phase voltage and current of the 2# transformer
测试期间2#主变有功功率最大值为26264kW、最小值为686.8kW，平均有功为22513kW；无功功率最大值为22249kvar、最小值为-3208kvar，平均无功为16246kvar；功率因数最大值为0.9998、最小值为-1.0000，平均功率因数为0.8002；线电压最大117kV ，线电压最小113kV；相电流最大值为235.2A，最小值为15.68A。
图a、3次谐波电压和谐波电流趋势图
Fig. a Tendency chart of 3th harmonic voltage and current
图b、5次谐波电压和谐波电流趋势图
Fig. b Tendency chart of 5th harmonic voltage and current
图c、7次谐波电压和谐波电流趋势图
Fig. c Tendency chart of 7th harmonic voltage and current
图d、11次谐波电压和谐波电流趋势图
Fig. d Tendency chart of 11th harmonic voltage and current
图6 2#主变3、5、7、11次谐波电压及电流趋势图
Fig. 6 Tendency chart of 3th, 5th, 7th, 11th harmonic voltage and current in 2# transformer
2.3 数据分析［3］［4］［5］［6］
根据GB14549等电能质量标准要求，对测试结果进行分析。表1及表2分别为公用电网谐波电压限值、注入公共连接点的谐波电流允许值。
表1公用电网谐波电压限值
Tab 1 Limits of the harmonic voltage in public power grid
表2 注入公共连接点的谐波电流允许值
Tab 2 Permitted value of the harmonic current injected into PCC
2.3.1 1#主变数据分析
对1#主变测试数据进行整理，如下表3所示：
表3 1#主变测试数据
Tab1 3 Test data of the 1# transformer
可以看出，1#主变进线侧谐波电压及谐波电流含量均在国标允许范围内，测试功率因数平均值仅为0.88，不能达到考核标准要求值0.9。
2.3.2 2#主变进线侧数据分析
表4 2#主变测试数据
Tab1 4 Test data of the 2# transformer
可以看出，2#主变进线侧谐波电压及谐波电流含量均在国标允许范围内，测试点功率因数平均值仅为0.80，不能达到考核标准要求值0.9。
2.4结论
通过数据测试可以看出，谐波含量均在国标要求之内；但从功率因数和有功变化来看，功率因数都无法达到考核要求值0.9，从而导致供电部门惩罚性罚款，有功从最小686kW到最大26264kW，每4个小时变化一次，变化较频繁且幅度较大。因此必须进行无功优化，以满足考核要求，稳定系统电压，降损增效，提高供电质量及设备利用率。
3优化方案［7］［8］
3.1 理论计算
由于系统安装的无功补偿装置容量不合理，导致功率因数偏低，按照1#、2#变压器进线侧目标功率因数为0.92的要求，无功补偿装置容量计算如下：
（1）1#主变进线侧达到目标功率因数所需无功计算：
Qc=P×K=26580×0.145=3854kvar
式中：Qc——达到目标功率因数所需无功功率；
P——测试的最大有功功率；
K——测试的功率因数（0.88）与达到目标功率因数0.92所需的补偿系数，为0.145。
（2）2#主变进线侧达到目标功率因数所需无功计算：
Qc=P×K=22264×0.376=8371kvar
式中：Qc——达到目标功率因数所需无功功率；
P——测试的最大有功功率；
K——测试的功率因数（0.78）与达到目标功率因数0.92所需的补偿系数，为0.376。
（3）安装容量计算：
1#主变进线侧：
2#主变进线侧：
式中：Uc——电容器额定电压，选12kV。
Un——系统电压，为35kV。
通过计算，并结合工程实际，在1#主变35kV侧安装一套容量为6000kvar的磁控式补偿装置，与原有的3600kvar固定电容补偿装置并联连接于同一台出线柜，形成MSVC型动态无功补偿装置，对系统无功进行连续、无级调节。同时，在2#主变35kV侧安装一套容量为12000kvar的磁控式补偿装置，与原有的3600kvar固定电容补偿装置并联连接于同一台出线柜，形成MSVC型动态无功补偿装置，对系统无功进行连续、无级调节，以期最终达到1#、2#主变进线侧无功优化的目的。该方案一次系统图如图7所示。
图7 1#及2#主变MSVC系统图
Fig. 7 Diagram of the MSVC for 1# and 2# transformer
3.2 技术特点［9］［10］
磁控式动态无功补偿装置（简称MSVC），采用直流助磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。MSVC补偿装置无需投切电容支路，当系统所需补偿的无功功率较小时，由磁控电抗器吸收电容器过补偿的容性无功，以保证整个系统无功功率不过补。由于没有电容器组的投切，有效避免了在投切时对系统产生的电流冲击、电压陷落，保证了电气设备的安全运行。
MSVC型高压动态无功补偿装置能实时跟随负荷变化，不会出现过补、欠补现象，保证系统高功率因数运行。采用电压优先原则控制，可稳定系统电压，减少电压波动。由磁控电抗器吸收多余的容性无功，防止过补。
4 结论［11］［12］
近年来，随着电网系统改造升级，无功及电压问题亦成为各级电站必须考虑解决的技术问题。MSVC型补偿装置不仅可以解决系统无功问题，在谐波治理、抑制电压波动等方面效果显著，在全国35kV、110kV、220kV等变电站中得到应用，有效解决了电站无功问题，实现了低成本的降损增效。
随着快速响应MSVC补偿装置的出现，其响应时间可达30ms，在解决快速变化的负荷中可有效解决其瞬变的无功及电压等问题，具有广泛的应用前景。本文对某110kV变电站电能质量状况进行测试分析，根据计算提出了采用MSVC补偿装置进行无功优化改造的方案，为电网运维部门进行无功优化提供参考。
参考文献
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