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备
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理
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北京电网无功补偿设备现状及分析 |
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| 北京电网无功补偿设备现状及分析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 14:35:49  |
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摘要： 近年来，随着北京电网的快速发展，为了大力加强北京地区无功补偿设备的运行和管理，文章对北京电网无功补偿设备的现状进行了详细的分析，尤其对10 kV并联电容器的使用和运行情况进行了统计和分析，分析了目前北京地区无功补偿设备存在的问题，并提出了相应的解决方法，为提高专业管理水平打下坚实的基础。
关键词： 无功补偿设备；现状；分析 从北京电网9511、9950工程，到即将开始的北京电网2008奥运行动计划，北京电力公司将大力加强北京电网的建设。无功补偿设备是电网运行中不可缺少的重要设备，它能够提高设备的输送能力、降低损耗，是构筑一个安全、可靠、经济型电网的关键。
1 北京电网无功补偿设备概述
截止2004年底，北京电力公司35 kV及以上变压器共有604台，容量是31 912.85 MVA，有载调压变压器有518台，容量是31 296.3 MVA，占总台数的85.76%，占总容量的98.1%。其中主要负荷中心区域变电站的主变压器大部分为有载调压变压器，能够及时灵活地调节电网电压，保证了电压质量在一个较高的水平。远郊县35 kV主变压器多为无载调压变压器，调整电压有一定的局限性，给控制电压带来了一定的难度。
在北京电网中，220 kV变电站共安装容性无功补偿设备2 359.182 Mvar，占主变压器容量的15.61%；110 kV变电站安装容性无功补偿设备2 233.448 Mvar，占主变压器容量的14.63%；35 kV变电站安装容性无功补偿设备294.694 Mvar，占主变压器容量的19.44%；基本上满足《北京电力公司无功补偿配置原则（试行）》（以下简称《原则》）要求。
从各地区情况来看，220 kV变电站无功配置高于《原则》规定的10％～25％的要求；110、35 kV变电站无功配置大部分高于《原则》规定的最低限15%，城区、昌平、石景山、门头沟、密云部分地区略低于《原则》最低限15%的要求。但是，与2002年以前相比，北京电网无功补偿设备的安装容量有了很大的提高，并且分布较为合理。
在北京电网中，220 kV及以下系统（包括电力用户安装的）容性无功补偿设备安装容量为9 747.772 Mvar，其中35～220 kV变电站装设10 kV电容器4 887.594 Mvar，配电网装设电容器1 343.23 Mvar，用户装设电容器3 517.948 Mvar。其中用户电容器安装占全网电容器总容量的36%，所占总容量比例较大。
2 北京电网无功补偿设备的重要性
由于北京电网为典型的受端电网，在负荷高峰时段，为保证北京电网各级电压质量和电网安全、稳定、经济的运行，保证母线电压在合格范围内，变电站的电容器组均投入运行。因此在用电负荷高峰期间，公司所属变电站电容器组必须具有较高的投入率，特别是负荷中心地区，才能有效地保证电压在较高的水平。
但是有部分110 kV及以下变电站的电容器组无法投入运行，给局部地区加大了电压无功的控制，不能投入运行的原因为：①由于电容器或附属设备缺陷无法投入。如电容器组因为微机保护装置通信问题，集控站无法监视信号，所以不能投入；或电容器组由于一相电容值超标，差压保护动作，该组为集合式电容器，需要返厂检修，造成该组电容器暂时退运。②新投入运行的变电站负荷较轻，10 kV母线电压高，导致无法投入电容器组。
电力用户电容器的合理投切既能保证用户电压质量在较高的水平，也能提高其用电设备的功率因数，提高其设备的输送能力，减少用电成本，提高经济效益。
3 10 kV并联电容器的使用情况
截止2004年底，北京电力公司10 kV并联电容器组可用率的年平均值为97.62%。由于电容器产品质量问题造成电容器损坏情况比较严重。对2000~2004年并联电容器设备损坏情况的统计见表1。
表1 2000~2004年并联电容器设备的损坏情况统计 /台
年 份
电容器
运行台数
损坏
台数
绝缘
不良
鼓 肚
渗漏油
套管
闪络
电容值
超标
年损坏率
/%
油箱
套管
2000
334 kvar及以下单台
16 685
193
15
0
0
156
2
20
1.2
集合式及大容量
164
3
0
0
0
0
3
1.8
续表
年 份
电容器
运行台数
损坏
台数
绝缘
不良
鼓 肚
渗漏油
套管
闪络
电容值
超标
年损坏率
/%
油箱
套管
2001
334 kvar及以下单台
19 251
178
7
86
2
58
0
25
0.9
集合式及大容量
164
13
0
0
6
0
0
7
7.9
2002
334 kvar及以下单台
18 465
166
21
20
18
54
1
53
0.9
集合式及大容量
226
4
0
0
0
0
1
3
1.8
2003
334 kvar及以下单台
20 309
72
2
7
4
40
0
19
0.4
集合式及大容量
361
5
0
0
1
0
0
4
1.4
2004
334 kvar及以下单台
16 656
61
3
4
7
24
1
22
0.4
集合式及大容量
401
29
0
0
18
0
0
11
7.2 由表1可知，334 kvar及以下单台小容量的电容器损坏率略有下降，集合式电容器损坏率目前明显上升。334 kvar及以下单台分散式故障电容器中，有近50%的电容器在运行中发生元件击穿故障，造成保护动作跳闸，其他均为渗漏油。由于电容器设备的不可修复性，造成运行中出现故障时只能予以更换，同时由于电容器厂家、型号各异，备品备件准备不足，影响了及时更换投运的速度。
集合式电容器损坏率增大的原因是厂家产品质量不过关，导致运行当中套管渗漏油比较严重，还有电容器内部元件击穿，导致电容器值超标，三相电容不平衡；损坏的集合式电容器，需要返厂大修，不能及时返回现场，造成电容器可用率下降。
北京电力公司使用的10 kV并联电容器厂商有：锦州电力电容器有限责任公司（简称锦容）；日新电机（无锡）电力电容器有限公司（简称无容）；西安西电电力电容器有限责任公司（简称西容）；桂林电力电容器总厂（简称桂容）；陕西合阳电容器有限公司（简称合阳）；北京电容器厂（简称北容）；日本日新（简称日新）等等。10 kV并联电容器(分散式)厂商情况详见表2，10 kV并联电容器（集合式）厂商情况见表3。
表2 10 kV并联电容器（分散式）厂商情况
220 kV
110 kV
35 kV
35～220 kV
电压等级
容量
/Mvar
占有率
/%
容量
/Mvar
占有率
/%
容量
/Mvar
占有率
/%
总容量
/Mvar
占有率
/%
总容量
2 196.57
1 802.175
176.662
4 175.361
锦 容
1 043.082
47.49
1 546.536
37.04
1 043.082
47.49
1 546.536
37.04
无 容
660.684
30.08
1 313.068
31.45
660.684
30.08
1 313.068
31.45
西 容
288.132
13.12
573.9
13.74
288.132
13.12
573.9
13.74
桂 容
106.14
4.83
268.026
6.42
106.14
4.83
268.026
6.42
北 容
32.4
1.48
70.176
1.68
32.4
1.48
70.176
1.68
日 新
66.132
3.01
172.344
4.13
66.132
3.01
172.344
4.13
其 他
0
0
55.11
1.32
0
0
55.11
1.32
锦容（干
式自愈式）
0
0
173.801
100
2.4
100
176.201
100
表3 10 kV并联电容器（集合式）厂商情况表
220 kV
110 kV
35 kV
35～220 kV
电压等级
容量
/Mvar
占有率
/%
容量
/Mvar
占有率
/%
容量
/Mvar
占有率
/%
总容量
/Mvar
占有率
/%
总容量
162.612
431.319
118.302
712.233
锦 容
0
0
45.102
6.33
0
0
45.102
6.33
无 容
0
0
81.006
11.37
0
0
81.006
11.37
西 容
0
0
43.8
6.15
0
0
43.8
6.15
桂 容
0
0
19.002
2.67
0
0
19.002
2.67
合 阳
162.612
100
507.321
71.23
162.612
100
507.321
71.23
北 容
0
0
6
0.84
0
0
6
0.84
日 新
0
0
10.002
1.40
0
0
10.002
1.40 油浸分散式并联电容器主要是锦容和无容的产品，这2个厂商的产品占有率近70%。集合式电容器大部分为合阳的产品，其占有率是71.23%。桂容、锦容、无容的集合式电容器投入数量少。
4 10 kV并联电容器运行分析
集合式电容器和分散式单台电容器的分析比较见表4。
表4 集合式电容器和分散式电容器的分析比较
项目/类型
集 合 式 电 容 器
分散式单台电容器
占地面积
占地面积是单台电容器组占地面积的1/3～1/4，单台容量越大，则占地面积与容量的比值就越小，适合于城市变电站用地紧张的场合
占地面积较大，即使是组架式电容器成套设备也无法改善其占地面积大的缺陷
安装、维护
由于台数少，电容器到现场可立即就位，比单台电容器组安装工作量少，安装程序简单。可降低运行维护工作量，属于少维护产品，减轻了运行人员的负担
安装工作量大，安装时如不注意，会造成套管处渗漏油。运行人员巡视工作强度大，清扫维护工作量较大
可 靠 性
提高可靠性的一些措施：①采用小元件加内熔丝的结构,少数元件击穿后, 电容量变化不大, 不会影响三相电容量的平衡，整台电容器仍可运行。②适当降低元件工作场强，在绝缘上留有余度。③采用全膜介质，增强箱内外绝缘。④油箱钢板较厚，耐爆能量远大于单台电容器，从而提高了并联电容器的运行可靠性
单台电容器内部元件击穿或内熔丝熔断后会导致开关保护动作掉闸，降低了运行可靠性
运行费用
减少了附属材料的投资，节约运行费用
附属材料、框架多，运行费用较大
运行情况
有些厂家产品质量不过关，导致运行当中渗漏油比较严重；电容器内部元件击穿，导致电容器值超标，三相电容不平衡；损坏的集合式电容器需要返厂大修，不能及时返回现场，导致可用率下降。运行当中所遇到的不便：油箱储油量大，防火性能较差。单台容量大，质量比特性稍差，运输搬运不方便
电容器故障率约在1％左右，大部分为内部元件击穿故障和渗漏油。由于不可修复性，只能予以更换
因此对按照北京市发展地域规划的中心城、新城、国家级开发区、重要用户，如奥运场馆、机场、经济技术开发区等地区的变电站，宜选用分散式电容器。对除以上区域的其他地区的35～220 kV变电站中新建或改造电容器时，宜选用集合式电容器。
为避免机械应力引起的套管渗油，分散式单台电容器套管端子与母线或熔断器的连接应采用软导线。集合式电容器的端子连接线应考虑采用有伸缩节的导线；放电线圈接线端连线须采用软导线。另外，根据无功补偿配置技术原则，可逐步统一变电站主变压器容量所配置的集合式与分散式电容器的容量，如表5、表6所示。
表5 主变压器容量所配置的集合式电容器的容量
变电站电压
等级/kV
主变压器容量
/MVA
容性无功设备
配置原则
配置电容器容量
/Mvar
数量
/组
单组电容器容量
/Mvar
单台电容器容量
/Mvar
220
250
10%～25%
32.4
4
8.1
2.7
180
10%～25%
32.4
4
8.1
2.7
120
10%～25%
24.3
3
8.1
2.7
110
63
15%～30%
12
2
6
2
50
15%～30%
12
2
6
2
40
15%～30%
10.8
2
5.4
1.8
31.5
15%～30%
6
1
6
2
20
15%～30%
5.4
1
5.4
1.8
35
20
15%～30%
4.8
2
2.4
0.8
10
15%～30%
2.4
1
2.4
0.8
6.3
15%～30%
1.2
1
1.2
0.4
表6 主变压器容量所配置的分散式电容器的容量
变电站电压等级
/kV
主变压器容量
/MVA
容性无功设备
配置原则
配置电容器容量
/Mvar
数量
/组
单组电容器容量
/Mvar
单台电容器容量
/Mvar
220
250
10%～25%
32.064
4
8.016
0.334
180
10%～25%
32.064
4
8.016
0.334
120
10%～25%
24.048
3
8.016
0.334
110
63
15%～30%
12.024
2
6.012
0.334
50
15%～30%
12.024
2
6.012
0.334
40
15%～30%
10.02
2
5.01
0.334
31.5
15%～30%
6.012
1
6.012
0.334
20
15%～30%
5.01
1
5.01
0.334
35
20
15%～30%
6.012
1
3.006
0.334 以上变电站电容器的设置，可以使电容器型号、容量标准化，减少电容器各种容量的备品储备。公司可以对集合式电容器进行专储管理，如遇到集合式电容器故障，可以使用备品，更换整组故障电容器，减少停用的时间，将损坏的电容器返厂检修后运回轮换做备品。
随着变电站电气设备对干式无油化要求的日益提高，10 kV干式自愈电容器的应用越来越广泛。该类电容器具有损耗低，防燃防爆及无油化的特点，使电容器在运行中避免了漏油、爆炸、燃烧，满足了一些特殊场所及城市中心区变电站防燃防爆的要求。干式自愈并联电容器目前国内只有锦容、桂容和苏州电容器厂等厂商生产。北京市电力公司使用的该类产品全是锦容生产的。北京电网从1998年宋庄变电站试运10 kV干式自愈电容器以来，相继在会成门、良乡等10个35 kV及以上变电站投运了29组干式自愈电容器，容量是176.226 Mvar。其中有6个对消防要求非常高的110 kV地下变电站。
该类型的电容器在投运初期，暴露出比较多的问题。由于设计的原因，场强较高，运行中温升也超过了限值。试运行的1组电容器运行情况较好，但是自1999年以来该类电容器在会成门、良乡等站投运后，一共出现了15次电容器不平衡保护跳闸，近49台次有不同程度的损坏，给设备安全运行带来了一定的隐患。北京电力公司组织相关技术人员对该类产品进行了细致的解体检查和分析，与厂家共同协商，通过降低温升、降低场强的方法来确定了解决方案。为了检验该方案的实际运行经验，确保其可靠运行，北京电力公司在110 kV良乡变电站进行更改试验，改造2组原电容器后，试运行了半年，在试运行期间电容器运行良好。此后，厂家将所有同期生产的该类产品都进行了回厂改造。从改造后同类型的电容器运行情况看，改造后和最近新投运的干式电容器组运行情况比较好。
北京市中心区的变电站大部分会建设在地下或室内等一些特殊场所，这类变电站对电气设备的无油化、防燃防爆的要求非常高，因此在上述特殊场所使用电容器时，可考虑采用10 kV干式自愈电容器。
5 专业技术分析及目前存在的问题
截止到2004年底，接入北京电网的220 kV及以下系统的发电机组装机容量为4 662 MW，去除检修及备用容量（按10%考虑），取功率因数0.85可发无功QG为2 889 Mvar；系统内容性无功补偿容量为9 747.772 Mvar，扣除电容器故障、缺容、串抗减容、备用等（按15%考虑），可发容性无功QC为8 285.61 Mvar。若不计及220 kV电网及邻网输入无功功率与110～220 kV电缆及架空线路的充电功率，当电网最大有功负荷PD为9 436 MW（以2004年数据为准），根据“电力系统电压和无功电力技术导则”计算，电网最大自然无功负荷系数K=（QC+QG）/PD＝1.18。距满足该导则中K值（1.25～1.4）的要求还有一定的差距，主要原因是北京电网作为受端电网，地区发电机组少、负荷大部分靠其他地区输送过来，无功电源主要靠变电站内安装静态容性无功补偿设备。由于电网有功负荷增长过快，电网容性无功补偿设备的总容量、本网发电机的无功功率等没有同步增加或增[1] [2] 下一页
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