陈锋云，金安福，司倡如

(1.浙江浙能温州液化天然气有限公司，浙江 温州 325700；2. 中石化北海液化天然气有限责任公司，广西 北海 536000)

广西北海LNG 接收站设计总用电负荷约为22MW（考虑到远期规划），但是，由于LNG 接收站下游管道限制，2017和2018 年度天然气外输系统未投运，用电负荷约为3MW，高压输电线路长期处于轻载运行，此时，线路充电功率大于线路消耗无功，输电线路呈容性，对侧变电站侧贸易结算点功率因素低至0.65，每月须额外支付力调电费。对于轻载线路分布电容对功率因素的影响，前人已经做了较多分析，在此基础上，笔者通过对LNG 接收站的案例的分析，提出两种措施，有针对性地解决负荷变化大的大用户在线路轻载时功率因素低的问题。

1 案例分析

1.1 问题的提出

北海LNG 接收站是我国西南地区第一个LNG 接收站项目，其正常运营能够有效保证整个西南地区天然气供应安全。所带负荷对供电可靠性要求较高，采用了双电源供电，北海LNG 接收站总变接线图如图1 所示。

图1 总变一次接线图

正常运行方式下为1#铁山进线供电，2#铁荔线处于充电状态，110kV 母线分段开关处于合闸状态。6kV 母线分段开关处于分闸状态，每条6kV 母线下配置两组并联电容器成套无功补偿装置。

设计院在计算无功补偿容量的时候，参考《供配电设计手册》按照统计法分别计算出实际最大负荷10MW 时所需要的补偿容量为4000kvar，2 台主变的无功损耗1800kvar，取4 套并联电容器的无功补偿容量为4000kvar，且4 套可分批次投入。可以完全实现站内功率因素满足《全国供用电规则》要求的高压供电的工业用户功率因素不小于0.9的要求。

当外输系统未投运时，站内关口电度表实际有功功率约为3000kW，功率因素也在0.9 以上。但是，贸易计量点为变电站侧关口电度表，其显示当月功率因素为0.65，故而产生力调电费。实则是因为北海LNG 接收站长达37km 的线路产生的容性无功大于LNG 接收站所消耗的感性无功，使得整个线路与接收站呈容性，且此数值不小的容性无功在变电站与接收站之间传输，而关口电度表又设在变电站侧，从而导致功率因素低至0.65。下面我们就从无功补偿的原理和多功能电能表的无功计量方式来分析其原因。

1.2 线路和接收站总无功计算

北海LNG 接收站正常运行时由1#铁山进线供电，其导线采用JL/G1A-300/40 型锌-5%铝-稀土合金镀层钢芯稀土铝绞线，地线采用两根16 芯OPGW 复合地线，敷设约32km至引堤然后电缆沟内平面敷设ZR-YJLW03-64/110 500mm²单芯铜芯电力电缆约5.2km。

（1）架空线路充电功率计算。有架空低吸纳的架空线路的电容电流可按手册估算：

充电功率按下式计算：

（2）电缆充电功率计算。查电缆厂家所提供数据，电缆平面敷设时，其充电电流为3.3A/km，故充电功率按下式计算：

（3）接收站消耗无功。接收站消耗无功为2 台变压器损耗无功QT和负荷消耗无功Qe之和，依据手册

其中，主变空载电流百分数I0%=0.8， 短路电压Uk%=12， 接收站无外输时有功功率约为3000kW,S ≈3300KVA，计算得QT≈250kvar。

而站内3000kW 的负荷所消耗的感性无功Qe≈1400kvar。

由上可知，若贸易结算点电能表在变电站侧，在忽略线损的情况下

其为容性，我们习惯用负号来表示以区分于感性无功，此线路变电站侧功率因素约为0.64，计算结果与电能表统计显示相近。

1.3 线路容性无功对多功能电能表的无功计量影响

刘海燕针对多功能电能表的无功计量方式作了深度解读。LNG 接收站为纯用电客户，基本上不会向系统发出有功功率，当“消耗”感性无功时计量于I 象限，当“发出”容性无功时计量于IV 象限，如图2 所示。

图2 电子式电能表无功计量四象限

而变电站侧的电能表的无功计量设置为：

正向无功电量：消耗有功功率时，其值为I 象限感性无功+IV 象限容性无功（取的是无功计量绝对值的和）。

反向无功电量：发出有功功率时，其值为II 象限感性无功+III 象限容性无功（取的是无功计量绝对值的和）。

综上所述，变电站侧所供给LNG 接收站的专线的电能表其反向无功计量为0，正向无功不论是欠补偿“消耗”感性无功，还是过补偿“发出”容性无功，都会取其绝对值算在无功计量中。结合北海LNG 接收站的实际负荷情况，因线路充电功率较大此用户一直处于过补偿状态，计量于变电站侧电能表IV 象限。

2 解决措施

2.1 采用SVG 进行无功补偿

北海LNG 接收站用SVG 无功补偿装置代替了并联电容器，控制系统采集母线500kV 母线电压和线路电流，利用瞬时无功补偿理论，快速计算出各功率单元的电流指令，并通过光纤传给各功率单元。功率柜每相由若干个功率单元串联，采用移相载波技术，各单元的输出电压叠加，形成多电平高压输出，通过电抗器连接到电网，输出可控的无功电流（图3）。

SVG 正常工作时候就是通过IGBT 的通断将由二极管整流成的直流侧电压转换至交流侧与电网同频率的电压，类似于电压型逆变器。考虑变流器和电抗器的损耗，并用电阻表示总损耗。SVG 的单相等效电路如下图4a，其电流超前电压和电流滞后电压的工作向量图如图4b 和4c 所示。

分析图4c 所示的SVG 吸收滞后电流的工作状况，SVG 相当于交流电压源，通过控制逆变器交流测电压幅值和相位来间接控制SVG 的交流测电流。从图中系统电压、逆变器交流侧电压和电抗器两端电压构成的三角形关系，可以得到如下等式：

图3 电压型桥式电路SVG

图4

由此公式推导，静止无功补偿装置吸收的有功和无功电流有效值分别为为

由此可看出，可以通过功角δ 来控制SVG 的无功电流。当滞后于，功角δ为负，IQ为负，SVG从系统吸收容性无功；当超前于，功角δ 为正，IQ为正，SVG从系统吸收感性无功。

因此，通过SVG 从系统吸收感性无功可以有效地解决北海LNG 接收站线路过长导致功率因素贸易结算点后容性无功过剩的问题。但是，北海LNG 接收站功率因素贸易结算点后在变电站侧，其并无采样对侧的电压和电流，故无法瞬时补偿无功，只能通过电话联系对侧询问无功缺额而进行手动设置SVG 补偿。

2.2 将功率因素贸易结算点放在供电侧

按照张建华的建议，应通过与供电局协商采用另外计算线损费用的方式将无功计量点由变电站侧移至接收站侧，而北海LNG 接收站通过多方努力最终也实现了。

3 结语

LNG 接收站长线路轻载运行，由充电功率造成的容性无功与系统间的传输而致使功率因素低。为解决此问题，可以通过SVG 进行瞬时补偿，若贸易结算点依然在变电站侧，可以将线路充电功率和实时感性无功损耗放在SVG 的逻辑运算中，通过综合计算进行补偿。措施二，将无功计量点由变电站侧移至接收站侧。