无功补偿装置在胶东调水泵站中的应用

袁　东，宋厚清，严　蕾（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

无功补偿装置在胶东调水泵站中的应用

袁东，宋厚清，严蕾
（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

【摘要】压控调容式无功补偿装置突破传统无功补偿理念，改变了电容器分组投切方式，一次性固定投入电容容量，通过改变电容器端电压达到改变无功补偿容量的目的，解决了电容器投切中的过电压、涌流等技术难题，这一技术的应用大大提高无功功率的投切质量和无功补偿设备的使用寿命。本文阐述了压控调容式高压无功补偿装置的特点以及在胶东调水大型输水泵站变电站中的应用。

【关键词】压控调容；高压无功补偿；胶东调水

胶东地区引黄调水工程是山东省最大的引黄调水工程，工程涉及滨州、东营、潍坊、青岛、烟台、威海7市的多个县区，是南水北调输水干线的一个重要组成部分，是实现山东水资源合理配置，尤其是缓解胶东地区的烟台市和威海市水资源短缺，改善当地生态环境的重要水利基础设施，是胶东地区经济生活稳定、协调、可持续发展的重要保证。

高疃泵站是山东省胶东地区引黄调水工程新建第6级抽水梯级泵站，设计流量 5.5m3/s，设计扬程65m，装设4台10kV高压电机，其中2 台1700kW同步电机，2台1700kW异步调速电机，总装机容量6800kW。星石泊泵站是山东省胶东地区引黄调水工程新建第7级抽水梯级泵站，设计流量 4.8m3/s，设计扬程73m，装设4 台10kV高压电机，其中3台1700kW同步电机，1台1700kW异步调速电机，总装机容量也为6800kW。

1　　泵站无功补偿方式的选择

由于泵站需要长期运行，在泵站设计方案上应选用节能、使用寿命长的设备。而无功补偿在供电系统中起到提高供电功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善电能质量的作用。正确使用补偿装置，对于胶东调水大型泵站的经济运行具有非常重要的作用，如使用不当，可能造成电网电压波动、谐波增大、补偿装置寿命短等不利后果。

目前我国常用的高压无功补偿方式分为固定式和自动补偿方式。固定式无功补偿装置，由于补偿容量不能随着用电负荷大小的变化进行动态调节，已经很少用于集中补偿，多用于用电负荷固定的就地补偿方式。自动无功补偿装置由于能跟随用电负荷的变化而自动变换补偿容量，使之供电系统的功率因数始终保持在0.9以上，达到节约电能降低电费的目的，得到广泛应用。

高压自动无补偿装置大致可分为机械开关式、压控调容式、SVC高压静态无功补偿装置、SVG高压静止无功发生器。机械开关式是采用接触器或断路器投切电容器，开关触头易受电弧作用而损坏，且开断过程容易产生过电压，但价格低，在一般普通工业采用较多。SVC高压静态无功补偿装置是一种通称，包括TCR、TSR、TSC以及它们之间或与机械投切式无功补偿设备（MSC、MSR）构成的某种组合体，属于基于晶闸管控制/投切型FACTS控制器。SVC的特点是采用晶闸管投切，避免产生过电压，投切速度快，但价格高，且容易产生高次谐波，适用于大容量补偿并带有消除谐波装置的变电站。SVG高压静止无功发生器的原理是利用大功率的自动换相桥式电路，通过桥式电路调节并联在电网的电抗器，从而调节交流电压和电流，达到吸收或者放出无功功率的目的，从而动态地进行无功补偿，该种补偿装置价格非常高，不适合本工程使用。压控调容式通过调整有载调压自耦变压器的电压来调节电容器的补偿容量，避免产生过电压，可连续调节，不产生高次谐波，具有简单、稳定、可靠、价格合理等优点，得到广泛推广使用。经过设计人员计算与比较，两个泵站最终选用压控调容补偿方式进行无功补偿。

2　　压控调容无功补偿方式特点

2.1控制原理

压控调容式无功自动补偿装置的控制原理，是把一组大容量无功补偿电容器并接在一台可有载调压的自藕变压器的输出侧，自藕变压器的一次侧接在电容开关柜的下方，通过对变压器9个档位的调节，改变电容器上的电压，从而改变无功补偿容量。控制系统可对系统的电压、电流、功率因数、无功等参数进行实时监测和显示；同时对各项控制和保护参数进行整定。依据电压无功多种控制策略，对电压无功的变化，自动调节有载分接开关的档位来改变自耦式有载调压的输出电压，以达到9级无功输出。由于电容切换是通过有载调压方式，电容器在1～9档之间不会出现断电的过程，因此无过电压存在，对电网的电流冲击也很小，并且电容大部分时间工作在较低电压，可以保证电容器安全，大大延长其使用寿命。

压控调容式无功自动补偿装置采用电容器固定接入，通过改变其端电压从而改变电容器组补偿容量。根据Q=2πfCUcn2原理，电容器不变，端电压从100%Ucn降到50%额定电压，其输出容量就可在（100%～25%）×Qcn范围内进行调节，假设每档调节电压相等（0.0625Ucn），则各档对应的电容器组输出容量如表1所示：

表1端电压与电容器组输出容量值

2.2压控调容无功补偿适用范围

压控调容式无功自动补偿装置，可以广泛用于6～110kV变电站，保证电压合格率，保证功率因数在0.95～0.99之间，有效降低线损。压控调容式无功自动补偿装置可以在6～35kV母线上进行无功自动调节。

2.3压控调容无功补偿特点和使用要点

1）保证电压指标。首先保证电压在合适的范围内，才考虑调整无功参数。母线电压在合格范围的同时，确保功率因数稳定在给定范围内，为水泵电机的稳定运行提供重要保障。

2）压控调容式无功补偿装置采用改变电容器端电压从而改变电容器组补偿容量，改变电压调节精度就可以改变容量调节精度。这种调节方式可以分级补偿，达到类似无极调整的目的，使电网电压更加平稳。

3）采用全自动集中控制的方式。通过设计好的程序进行控制，减少了人为操作带来的失误，并且严格按照电网参数规范进行调整，保证使用的安全性与可靠性。

4）减少了变压器损耗和线路损耗，有效地节约了能源，并且不会造成过补偿，更加适合无人值守。

5）补偿的切换是调整电压，而调整电压是一种柔性切换，不会产生剧烈的涌流，从而保证了电容和其他元器件的寿命比一般的补偿装置要长，进而带来更高的经济效益。对水利工程中的泵站工程是十分适合的。

3　　压控调容无功补偿应用效果

在胶东调水工程中的星石泊泵站、高疃泵站采用压控调容式变电站高压无功补偿装置，有效地解决了无功精细调整，并提高了无功补偿装置的运行寿命和效率。

星石泊泵站和高疃泵站电气主接线采用35kV电源进线两回。选择3台主变，其中1B、2B主变容量为5000kVA，变比为35/10.5kV，接线采用联合扩大单元方式，35kV和10kV母线均为单母线分段，水泵电机及42B站变从10kVⅡ、Ⅲ母线引接。为了满足功率因数补偿的要求，在10kVⅠ段母线设压控调容式变电站高压无功补偿装置。10kVⅡ、Ⅲ母线由同步机对异步机补机对异步机补偿即可满足要求，因此不加补偿装置。高疃泵站3B主变容量500kVA，压控调容式变电站高压无功补偿装置容量为250kVAR。星石泊泵站3B主变容量630kVA，压控调容式变电站高压无功补偿装置容量为300kVAR。采用的高压无功补偿装置由高压并联电容器组、电抗器、高压真空接触器、放电线圈、避雷器、高压隔离开关和智能控制单元、电容器微机保护单元、柜体等组成。

星石泊泵站、高疃泵站的高压无功补偿装置实时采样10kV高压侧的电压和电流信号，通过智能控制单元计算功率因数、无功需求量，按照使电网参数稳定、补偿精细化的原则，由控制器依据需要投切的容量，控制高压真空接触器，然后根据检测的系统电压，调节调压器的电压，按照模糊控制策略实现了电压无功综合控制。经过一段时间的运行运行，功率因数均能到达0.95以上，效果良好，并且发现，压控调容无功补偿装置运行稳定，突出优点是无功补偿精细化。无功补偿精细化使电网的质量保持稳定，对水泵电机的运行起到了非常重要的作用，有效地延长了电容器和其他用电设备的使用寿命，使功率因数长期满足电力部门要求。

4　结语

规模比较大的输水工程中泵站承担的运行任务一般比较重，对无功补偿的效率与稳定性要求比一般工业用电更高，并且调水工程中泵站的经济运行非常重要。在胶东调水星石泊泵站、高疃泵站应用压控调容式变电站高压无功补偿装置，具有补偿精细，自动化程度高，保护功能齐全，运行可靠，寿命更长的特点，效果十分显著，并且在实际运行过程中发现，压控调容式变电站高压无功补偿装置运行稳定，对电压的稳定性起到非常重要的作用，从而给整个变配电系统带来了综合的效益。这种调压调容补偿方式符合国家高效节能的要求，值得推广和使用。

（责任编辑张玉燕）

【中图分类号】S277.1

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-04-0028-02

收稿日期：2015-01-10

作者简介：袁东（1984—），男，助理工程师