张振夫

摘要：变电站在不同运行方式下供带负荷水平差异较大，无功需求多样，因此为了保证正常运行时电网电压水平合格，减少电网运行损耗，新建变电站工程的无功容量配置至关重要。为了加深对于无功容量计算的理解，指导新建变电站工程的设计，本文首先通过理论推导，得到变压器无功损耗的计算公式，再以某220千伏变电站为例，将其运用在实际工程中

关键词： 直流输电; 柔性直流; 经济性; 可靠性;

中图分类号：TM 761 文献标识码：A DOI：10.16081/j.issn.1006-6047.yyyy.mm.xxx

0 引言

合理的无功容量配置对于變电站安全、可靠、经济运行影响较大。根据可行性研究报告内容深度要求，新建、扩建的输变电工程中需要论证无功补偿容量的配置[1，2]。因此为了合理配置低压侧容性、感性无功补偿容量，需要进行在一定负载率及功率因素条件下的无功容量分析计算。本文根据相关国家规程、规范要求，通过理论计算公式推导，得到变压器无功损耗计算公式，再以某220千伏变电站的新建工程为例，进行无功容量计算、分析，从而有助于加深对于无功容量计算的理解，并运用到实际工作中。

1 无功容量计算原则

目前变电站低压侧常有并联电容器及并联电抗器两种无功补偿装置，其中并联电容器主要用于补偿主变压器无功损耗，并联电抗器主要用于补偿输电线路充电功率。无功容量计算的目的即是，通过计算本站供电范围内，在设计水平年及远景水平年下，大方式及小方式的无功平衡，从而结合调相调压计算结果，确定本期及终期的电容器及电抗器容量配置情况。

在通常设计中，无功容量计算所考虑的电网无功电源有：架空线路、电缆（产生充电功率），无功负荷有：变压器无功损耗，线路无功损耗。其中线路无功损耗由于相对较小，一般忽略。在设计水平年及远景水平年，大方式及小方式情况下，将本站范围内线路充电功率减去变压器无功损耗，得到无功平衡情况，进而得到无功补偿容量。

2 变压器无功损耗计算

1）计算边界条件

（1）进行空载试验时，空载电流忽略有功分量，将其完全视作无功分量;

（2）进行短路试验时，绕组阻抗中电阻远小于电抗，因此忽略电阻，短路电压Vs%近似等于Vx%;

（3）在计算负载损耗时，忽略励磁支路电流，负载损耗近似正比于输入电流;

（4）变压器在运行中，假定电压维持在额定电压。

2）公式代号意义

I0% 变压器空载电流占额定电流百分比

Uk% 变压器阻抗电压占额定电压百分比

ΔQT 变压器无功损耗

ΔQ0 变压器空载无功损耗

ΔQk 变压器满载无功损耗

SC 变压器计算负荷

Sr 变压器额定容量

IN 变压器额定电流

S2 变压器中压侧计算负荷

S3 变压器低压侧计算负荷

3 线路及电缆充电功率计算

1）线路及电缆单位长度充电功率

线路及电缆充电功率与运行电压平方成正比，假定线路运行在额定电压， 110kV架空线路充电功率为每公里0.034Mvar，双分裂220kV架空线路充电功率为每公里0.14Mvar。

2）充电功率计算

在进行无功平衡计算中，对于220kV变电站，其220kV线路考虑本站补偿一半的充电功率，110kV线路考虑全部由本站补偿。

4 某220千伏变电站无功容量计算

1）计算条件

（1）本期主变容量：1×180MVA，终期主变容量3×180MVA;主变参数：U1-2%= 14，U1-3%=24， U2-3%=8，I0%=0.1;

（2）主变220kV侧、110kV侧功率因数考虑为0.98，不考虑向110kV电网输送无功;

（3）220kV线路本期2条，总长度89.7公里，远期线路4条，总长度80公里，均为双分裂架空导线;110kV线路本期2条，总长度46.4公里，远期线路9条，总长度90公里，均为单根架空导线;

（4）负荷大方式按照80%负载率考虑，小方式按照30%负载率考虑，负荷全部为110kV侧。

2）计算过程

本期线路充电功率为：17+1.6=18.6 Mvar

本期变压器无功损耗为：

ΔQ=0.18+16.13=16.31Mvar（大方式）

ΔQ=0.18+2.27=2.45 Mvar（小方式）

远期线路充电功率为：15.2+3.1+18.6=36.9Mvar

远期变压器无功损耗为：

ΔQ=3×（0.18+16.13）=48.93Mvar（大方式）

ΔQ=3×（0.18+2.27）=7.35 Mvar（小方式）

3）计算结果

4）结果分析

根据计算结果，本期小方式/大方式下容性无功有16.2/2.3Mvar盈余，远期小方式下容性无功有29.6Mvar盈余。因此本期有必要上10Mvar电抗器，远期有必要上30Mvar电抗器。综合计算结果及调相调压计算结果，该220kV变电站本期上10Mvar感性无功，24Mvar容性无功，终期每台主变上10Mvar感性无功，24Mvar容性无功。

5 结论

无功容量计算是变电站新建工程中重要的一个环节，合理配置无功容量对于电网可靠、经济运行具有重要意义。本文首先明确了计算原则，推导了变压器无功损耗计算公式，然后以某220千伏变电站为例进行了实际计算，并指导了工程实际工作，确定了最终的无功容量配置方案，这将有助于加深对无功容量计算的了解，服务设计工作。

参考文献：

[1] 郑国华. 三绕组变压器并联运行经济性分析[J]. 能源与环境，2004 （1）：50-51.

[2] 夏远福.三绕组变压器运行方式损耗计算及经济性分析[J]. 湖州师范学院学报，2006，28（3）：105-110.