配电网变电站并列运行三绕组变压器无功补偿的经济分析

配电网变电站并列运行三绕组变压器无功补偿的经济分析 配电网变电站并列运行三绕组变压器无功 补偿的经济分析 第30卷第7期 2006年4月 电网技术 PowerSystemTechnology Vl01.30NO.7 Apr.2006 文章编号:1000—3673(2006)07—0082—06中图分类号:TM731文献标识码:A学科 代码:470.4061 配电网变电站并列运行 三绕组变压器无功补偿的经济分析 林俐,胡景生2 (1.电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室(华北电力大学),北京市昌平 区102206; 2.沈阳变压器经济运行研究所,辽宁省沈阳市110011) EconomicAnalysisonReactivePowerCompensationforParallel-OperatedThree-Windin g TransformersinDistributionNetwork LINLi',HUJing—sheng (1.KeyLaboratoryofPowerSystemProtectionandDynamicSecurityMonitoringandContr ol(NorthChinaElectricPower University),MinistryofEducation,ChangpingDistrict,Beijing102206,China: 2.TransformerEconomicOperationInstituteofShenyang,Shenyang110011,LiaoningPro vince,China) ABSTRACT:Thereactivepowercompensationof three—windingtransformerindistributionsubstationismostly realizedbyshuntsinglecapacitorbankormulticapacitorbanks installedatthetransformer'Slowvoltageside,traditionallyitis dependedbythevalueofpowerfactoratthemainssidethat whetherthecapacitorbanksareputintooperationornotand howmuchcapacitorbanksshouldbeswitchedon.Thedefect ofsuchcompensationmethodliesinthatonlythetransformer lossdecrementbyimprovingpowerfactorisconsidered,but thedielectriclossincrementofcapacitorsputintooperationis neglected.Here,theeconomicoperationofshuntcompensating capacitorsisresearchedwhenthelowvoltagesidesoftwo three—windingtransformerindistributionnetworkareoperated inparallelandatthesaInetimethemediumvoltagesidesofthe twotransformersareseparatelyoperated.Accordingtothe principlethatthesumoftransformerlossanddielectriclossof capacitorsisminimumthecriticalload,bywhichthecapacitor bankisswitched,iscalculatedandanalyzed,theresultisthat undercertainconditionsthesumoftransformerlossand dielectriclossofcapacitorscannotbereduced,butincreased. Onthisbasisamethodtojudgetheeconomicoperationof capacitorbanksisproposed,andtheresultofsavingelectric energybyeconomicoperationisillustrated. KEYWORDS:three—windingtransformer;capacitorbank; economicoperation;reactivepower;powerfactor:dielectric loss;distributionnetwork 摘要:配电网变电站三绕组变压器的无功补偿大多数是在低 压侧安装并联运行的单组或多组电容器,传统上电容器投入 与否或投入几组是根据变压器电源侧的功率因数大小来控 制.这种控制方法的缺点是:仅考虑功率因数提高减少了变 压器损耗的因素,而忽视了投入电容器介质损耗增大的因 素.讨论了配电网两台三绕组变压器中压侧分列低压侧并列 运行时,并联无功补偿电容器的经济运行;根据变压器损耗 与电容器介质损耗之和最小的原则分析计算投切电容器组 的临界负载,发现在某些条件下提高功率因数不仅不节电反 而浪费电量;并在此基础上提出判断电容器经济运行的方 法;最后举例说明了经济运行的节电效果. 关键词:三绕组变压器;电容器组;经济运行;无功;功率 因数;介质损耗;配电网 0引言 在三绕组变压器低压负载侧并联电容器进行 无功补偿来提高变电站的功率因数,这是配电网最 通用的降低电网损耗的方法ll.由于三绕组变压器 低压侧和中压侧的无功负载经常变化L5_6I,投入电容 器的容量也应随之改变.常规的电容器投入方法是 根据变压器电源侧的功率因数大小来控制,一般将 功率因数控制在0.95左右【7们.这种控制方法的缺 点是:仅考虑功率因数的提高减少了变压器损耗的 因素,而忽视了电容器投入容量的增加增大了电容 器介质损耗的因素. 本文综合考虑了变压器损耗与电容器介质损 耗,分析计算了:?对于有单组电容器补偿的情况, 电容器投入与切除的临界负载及经济运行的节电 84林俐等:配电网变电站并列运行三绕组变压器无功补偿的经济分析Vo1.30No.7 1.5电容器经济运行的临界功率因数 由临界负载.求变压器一次侧功率因数可 得出投入与切除电容器的临界功率因数 DlDJ—D COSIp=—产—————垒坠————一(10) ?(A++)+(02A+02B+03LP) 当一次侧工况负载功率因数COS<COSIp 时,投入电容器为经济运行;反之当COS> COS.时,切除电容器为经济运行. 1.6电容器经济运行的有功功率节约 = AP一为投入电容器的有功功率的 节约,反之=APc—AP为切除电容器的有功功 率的节约,即 ??={[2(Q2A+Dl3A0)一Dl3AQcl】D3AlA+ 【2(Q2B+Dl3BQ3)一Dl3BQcl】Dl3BlB+(2Q3一Qc1)? (AA+BB)一tana}Q~l(11) = {【Dl3AQlcl一2(Q2A+Dl3AQ3)】Dl3AlA+ 【Dl3BQla一2(Q2B+Dl3BQ3)】Dl3BlB+(Qla一2Q3)? (ARK3A+B尺K3B)+tana}Q~I(12) 1-7无功补偿电容器的经济容量 无功补偿电容器的经济容量系指在工况负载 Q3与Q2,Q2.条件下,投入电容器的最佳容量, 此时取得最大节约功率.将式(11)中电容器组容量 改为电容器的可变容量Qc,则有 ?={[2(Q2A+Dl3A03)一Di3AQc】Dl3AlA+ 【2(Q2B+Dl3BQ3)一Dl3BQc】Dl3BRKlB+(2Q3一Qc)? (ARK3A+BRK3B)一tana}Q~(13) 式(13)中=厂(Qc)可绘制成如图2所示的 曲线. /~LPC /~LPD 0Qo 图2电容器投入容量的功率节约曲线 Fig.2Waveformofactivepowersavingforswitched capabilityofcapacitors 由图2可以明显看出,投入电容器容量的大小 与功率节约值密切相关,并存在功率节约最大值 时的电容器最佳容量Qcj,因此对式(13)求导 dAAPc . 可得出无功补偿电容器的经济容量 dQc Qo03 — 2Q2~(DI3AD2QARKIA+— DI3BD2QBRKIB)--tanaf141 2[D~23A(RKlA+尺K3A)+DB(lB+尺K3B)】 2多组电容器无功补偿的经济运行 2.1,,『组与(1)组电容器经济运行的临界负载 有些三绕组变压器的变电站,由于中压侧与低 压侧的无功负载波动很大'16-181,在低压侧安装多组 电容器进行无功补偿.当增加投运电容器组时,虽 然减少变压器损耗,却增加电容器的介质损耗,反 之如减少电容器投运组时,虽然减少电容器介质损 耗,却增加变压器损耗. 由第1节可推出,组与(?_1)组电容器经济运 行的三次侧无功临界负载"及二次侧无功临 界负载卜 LPN-'=(,一0.5)QcI+ — ta — na _ '- 2 — 0— 2o— (— DI — 3A— D — 2Q— A R — KIA— + — D — I3— B D — 2Q— B — RK — IB)(15) 2【DA(RKlA+RK3A)+DB(RKlB+RK3B)】 Q{oLPN-I'一={【(2,一1)0cl一2Q】【DA(尺KlA+RK3A)+ DB(尺KlB+尺K3B)】+tana}' 【2(Dl3AQA尺KlA+Dl3BD2QBlB)(16) 当工况负载Q3>LPN-或02>oLPN-I卜时, 应投入,组电容器为经济运行;反之03<LPN-" 或02<oLPN-I卜时,则(?_1)组电容器为经济运行. 2-2,,『组与(1)组电容器经济运行的临界功率 因数 由一卜可计算出组与(?_1)组电容器经 济运行时电源侧的临界功率因数 cos啦"一?=(A+B+)【(A+B+)+ (Q2A+Q2B+Q一)r?(17) 当工况cos<cos~;卜时,投入N组电容器 为经济运行;反之当工况cos>cos啦'时,则 1组(切除一组)电容器为经济运行. 2.3电容器经济运行的功率节约 设多组电容器组数为,,现减少为M组运行, 则其经济运行的功率节约为 = {【2(D—X)(Q2A+Di3A03)一 (D一x)Qcl】Dl3A尺KlA+【2(D—x)' (Q2口+Dl3BQ3)一(D一x)Qcl】' Dl3BlB+【2(D—X)Q3一(D一X)Qcl】' (DEARK3A+,B尺K3B)一(D-X)tana'}Qcl(18) 3实例计算 3.1实例一 3.1.1整体情况 某220/110/35kV变电站,有两台三绕组变压 第30卷第7期电网技术85 器,变压器容量及其技术参数如表1所示,中压侧 分列运行,低压侧并列运行,并装一组Qr.= 120Mvar的电容器进行无功补偿(参见图1).表中: P0为变压器空载损耗;PK12,PK13,PK23分别为变 压器一二次侧,一三次侧,二三次侧的短路损耗; Io%为变压器的空载电流百分比. 表1变压器技术参数 !璺:!P璺!竺空!竺 编号l/Sm/S~ged尸Kl2/PKl3,尸K23,to/UKl2/c,KI3,c,K23, MVAkWkWkWkW%%%% Al50/150,l50142.04656l524l25.OO.3614-423.707.50 呈::丝:!::!!兰:!垄:丝:竺 3.1.2情景1 当S2A=60+j40MVA,S2B=85+j45MVA,S3= 5o+j35MVA,Q[=I=120Mvar,tan=0.003时有: (1)可计算出电容器投运的功率节约值 _-一293.2kW.可见,投入电容器后一次侧功 率因数从0.85提到1时,不仅不节电反而多损耗 293.2kW. (2)投入与切除电容器的三次侧无功临界负载 Q3LP=119429kvar;二次侧无功临界负载LP= 2479191kvar;a2.=0时三次侧的无功临界负载为 Q3LP0=163676kvar;Q3=0时二次侧的无功临界负载 为Q2dJP0=314427kvar.a3LP0=163676kvar, 02.teo=314427kvar.根此绘制成投入与切除电容器 的区间图(如图3所示).并由式(1O)得cos~,olLP= 0.689 图3投入与切除电容器的区I司图 Fig.3Therangecurveforcapacitor banksswitchedon/off 由上述计算结果得知:Q3<Q3LP,Q2.<Q2oLP, 以及cos~,oI>COS(191LP应切除电容器为经济运行.由 图3得知,交点a也应为切除电容器为经济运行. 因此不能单独以功率因数的高低作为投入切除电 容器的依据. 3.1-3情景2 P2A=70MW,P2B=80MW,P3=50MW,QcI= 60Mvar,tanot--0.002.表2计算出5种不同的Q2., Q1的组合情况下所投入和切除电容器的临界负载 LP与临界功率因数cosq~l及投入电容器组的功 率节约值. 表2也说明了不能单纯按功率因数的高低来确 定投入与切除电容器. 表2电容器经济运行的临界负载及其节电效果 Tab.2Criticalloadandactivepowersavingof 望!望丝2卫!翌 口Q2Mvar,Q~=3oMvar,Q=60Mvar,:)0Mvar,Q.~,r=12oMvar, Q1加MvarQ~-9OMvarQr--6oMvarQr=30MvarQ,=0Mvar Q1LP/kvar9911883667682165276537314 COSLPO.8960.869O.841O814O.786 垒垒尸』:垄!!=!!:垫=!墨=竺:: 3.1.4情景3 P2A=60MW,P2B=70MW,P3=70MW,02A= 30Mvar,02B=30Mvar,03=60Mvar,QcI=40Mvar, 分别计算不同的tanOt条件下,投入电容器的临界 负载LP,临界功率因数cos~,01LP及其节电效果 ,如表3所示. 表3不同tanot条件下Q,cost,,值 Tab.3ValuesofQP,c0sIP,? underdirentvalueoftanat 由表3可知:由于电容器介质损耗角的不同,投 入与切除电容器的临界负载I变化范围为23656, 16189lkvar,临界功率因数COSlP变化范围为 0.670,0.923,投入电容器组将功率因数COS从 0.86提高到0.92时,其节电效果变化很大.同时可 以看出: (1)tanot=0.001,0.002两种情况下投入电容 器为经济运行,其功率节约分别为42.06kW, 2.07kW. (2)当tanot=O.003,0.004,0.005时,投入 电容器反而浪费有功功率.由此可见:投入与切除 电容器不仅与负载,Q2.大小有关,还与电容 器介质损耗角tanot大小密切相关. 3.2实例二 3.2.1设备参数 选取实例一中的两台变压器及其技术参数.负 荷情况:P2A=60MW,P2B=70MW,P70MW, Q2A=30Mvar,Q2B=30Mvar,--60Mvar,在35kV 侧共有5组Qa=12Mvar电容器组,tanot--O.002. 3.2.2对五组电容器组经济运行区间的划分 首先根据式(15),(16)分别计算出不同电容器组 86林俐等:配电网变电站并列运行三绕组变压器无功补偿的经济分析Vo1.30No.7 数间经济运行区间的临界负载Q3,Q2乩,并列入 表4中. 表4不同电容器组数间的Q3L,Q2aL :L璺Q壁!竺!巳璺竺!垒璺 塑墼::::: Q3tJkvar4421556215682158021592215 垡竺墅竺!!竺塑!丝竺 根据表4可以分别绘制成02.=60Mvar时的Q3 电容器组经济运行图(如图4所示,图中QL芒为投入运 行的电容器无功功率)和03=60Mvar时的02乩电容 器组经济运行图(如图5所示). Q 48000 36000 24000 l2000 044215562l5682l5802l5922l5 Q3dkvar 图4Q~,--60Mvar时电容器组经济运行区间 Fig.4Thecapacitoreconomicoperation Q~/kvar 60000 48000 36000 24000 l2000 rangewithQ2obeing60Mvar 图5Q3=6oMvar时电容器组经济运行区间 Fig.5Thecapacitoreconomicoperation rangewithQ3being60Mvar 3.2.3分析1 02.=60Mvar,Q3=60Mvar时,投入5组电 容器共60Mvar,其工况在图4与图5中点a,在切 除区.经济运行在图4,5中的点b,即投入2组电 容器为经济运行.根据式(18)可计算出切除3组电 容器时节约功率=43.4kW. 3.2.4分析2 任意工况负载a2.(D2QA=D2QB)与Q3条件下电 容器组经济运行区间的划分.分别令Q2.=0, 03=0可求得?=1,2,3,4,5五种条件下的Q3LPo, Q2一的值,如表5所示. 表5不同电容器组的Q3LPo,Qz.Lm !:空堑堡!竺!! 电容器组O一11~22~33~44~5 Q3ta~/kvar751088710899108111108123108 Q2州,l【var145851169150192449215749239049 根据表5数据可绘制成任意工况负载Q2. (32QA=32QB),条件下电容器组经济运行区间图 (如图6所示). 由图6可知:在点a工况,应投入4组电容器: 在点b工况,应全部切除电容器;在点C工况,应 投入2组电容器.可见,与Q2.值的分配不同, 投运电容器组差异很大. Q2o,kvail 图6任意工况负载QQ3条件下电容器组经济运行区间 Fig.6Theeconomicoperationrangeofdifferent capacitorbank,vitlIQ2oandQ3 4结论 (1)提高功率因数在某些条件下不仅不节电 反而浪费电量.如例一中投入电容器将功率因数从 0.85提高到1时,全年浪费电量超过2570Mwh: 实例二中切除3组电容器,功率因数从0.96下降到 0.9,反而全年节电超过380Mwh. (2)电容器经济运行主要与工况负载,电容 器介质损耗角tanoY,变压器短路损耗这3个因素密 切相关,与工况负载P2,P2B,P3大小不直接相 关,因此与功率因数的大小也不直接相关. (3)要改变变压器的经济运行主要依靠提高 功率因数达到节电降耗的通用方法,只有充分考虑 电容器介质损耗与变压器损耗之和最小,才能更好 地实现变压器并联补偿电容器的经济运行,达到降 低电网损耗的目的. 参考文献 [1l刘传仁.优化无功补偿在瓦房店地区电网中的实际应用【J】.电网 技术,1997,2l(7):78—81. LiuChuanren.Applicationofoptimalreactivepowercompensationin Wafangdianregionalpowernetworkiq.PowerSystemTechnology, 1997,2l(7):78—81. [21苏文博,于洲春,徐志恒,等.变电站10kV系统电压无功综合 控制装置的研制【J】.电网技术,2003,27(11):72—74. SuWenbo,YuZhouchun,XuZhiheng,eta1.Developmentof voltage—reactivepowerintegrativecontrolequipmentfor10kV powersysteminsubstation[J].PowerSystemTechnology,2003, 27(1l1:72—74. [31Bu~owD,WuA.On—lineutilitytiepowerfactorcontrolU1.IEEE IndustryApplicationsMagazine,1997,3(4):43—47. 第30卷第7期电网技术87 天元网络成功签约国电通信 2006年新春尹始,国电通信中心和北京市天元网络技术有限公司正式签署了《电力通信传输网综合网管 系统综合监视系统,通信资源管理系统,T-MIS系统 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 书》.本次国电通信中心经过对网管行业内的相关产 品仔细比较,最终选择了性价比优良的天元网络公司网管产品. 天元网络凭借多年来深厚的技术积累,作为国内唯一实施过全国性大型传输综合网管项目的厂商和国内 最先进网管厂家之一,曾经多次代表中国向ITu—T提交网管领域的标准并被采纳.该合同的正式签署,标志 着天元网络公司综合网管及运行支撑系统得到了电力行业用户和专家的认可,也标志着天元网络公司产品在 电力行业市场的推广取得了突破性的进展.. 经过多年建设,国电集团电力通信传输网已经初具规模,建成了以SDH为主的技术新,容量大,覆盖全 国的光传输网络.本次电力通信传输网综合网管系统所涉及的管理范围是国电一级骨干传输网,包括综合监 视子系统,通信资源管理子系统,T—MIS子系统等3个子系统.该系统的建设将为国电通信中心提供在统一 系统中对电力通信一级骨干网络多厂家设备进行统一的集中监控管理,实现对三峡送出及全国联网工程配套 的一级骨干通信电路的静态资源和动态资源数据的管理和维护,建成包括了工单管理,值班KI志管理,运行 报表管理,运行公文发布管理和安全生产管理等功能的工作流平台,从而使得国电通信中心的通信传输网的 管理水平得到很大的提高.