無(wú)功電壓調(diào)節(jié)技術(shù)在電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的應(yīng)用
評(píng)論： 更新日期：2008年10月29日
0 引言
目前，全國(guó)電力行業(yè)積極開(kāi)展創(chuàng)建“一流企業(yè)”的工作，作為供電企業(yè)，電能質(zhì)量是創(chuàng)建工作中的一個(gè)極為關(guān)鍵的考核指標(biāo)。眾所周知，電能質(zhì)量包含3個(gè)方面：頻率、電壓和諧波含量。而電壓作為其中必不可少的一個(gè)要素，其監(jiān)視和調(diào)控已成為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度管理工作中最常見(jiàn)、最重要的工作之一。
1 電壓波動(dòng)原因及對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響
1．1 影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素
1．1．1 由于生產(chǎn)、生活、天氣等因素引起的負(fù)荷變化；
1．1．2 無(wú)功補(bǔ)償容量的變化；
1．1．3 系統(tǒng)運(yùn)行方式改變引起的功率分布和網(wǎng)絡(luò)阻抗變化。
1．2 電壓對(duì)用電設(shè)備的影響
對(duì)一般用電設(shè)備而言，電壓偏低將降低其工作效率和質(zhì)量；偏高則會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣等構(gòu)成嚴(yán)重威脅，影響設(shè)備使用壽命。
1．3 電壓對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響
電力線路傳輸?shù)挠泄β屎途€路兩端電壓的相角δ有關(guān)，其值δ，最大值，即電力線路的功率極限。
圖1所示是系統(tǒng)中某節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率靜態(tài)電壓特性曲線圖。Q1、Q2、△Q分別為無(wú)功電源、無(wú)功負(fù)荷、無(wú)功缺額的靜態(tài)電壓特性曲線（△Q=Q1-Q2），Ucr為臨界電壓，此時(shí)d△Q/dU=0。
圖1 無(wú)功功率靜態(tài)電壓特性曲線圖
電壓穩(wěn)定判據(jù)：d△Q/dU＜0
電壓靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)：Ku=（U-Ucr）/U×100%
正常時(shí)Ku≥10%~15%，故障后Ku≥8%。
由以上分析可知，輸電線路輸送的功率受到穩(wěn)定極限的限制，特別是小擾動(dòng)下的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限與電網(wǎng)運(yùn)行電壓有很大關(guān)系，電壓越低，功率極限越低，越容易發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電壓崩潰。
線路、變壓器等元件的有功損耗△P和無(wú)功損耗△Q與實(shí)際運(yùn)行電壓U的平方成反比，即在輸送相同功率的情況下，電網(wǎng)運(yùn)行電壓越低，△P和△Q越大，單位電量的供電成本越高，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平越低。
2 常用調(diào)壓方式及特點(diǎn)
2．1 發(fā)電機(jī)調(diào)壓
通過(guò)自身的自勵(lì)裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)端電壓、分配無(wú)功功率，可充分利用發(fā)電設(shè)備，無(wú)需額外投資。
2．2 變壓器調(diào)壓
改變變壓器分接頭位置從而改變變比達(dá)到調(diào)壓目的。
2．3 改變電力網(wǎng)無(wú)功功率分布
即改變電網(wǎng)內(nèi)各元件的電壓損耗。改變有功功率的分布是非常困難的，所以通常是改變?cè)鬏數(shù)臒o(wú)功功率，主要有：
2．3．1 并聯(lián)電容器：主要用于提高功率因數(shù)，兼有調(diào)壓功能。
2．3．2 串聯(lián)電容器：用以吸收超高壓輸電線路的充電功率，防止線路空載或輕載運(yùn)行時(shí)由于充電功率造成的電壓升高。
2．3．3 同步調(diào)相機(jī)：可根據(jù)電壓情況自動(dòng)、快速、平滑地調(diào)節(jié)無(wú)功出力，在系統(tǒng)故障引起電壓降低時(shí)，能提供電壓支撐。
2．3．4 靜止補(bǔ)償器：根據(jù)負(fù)荷變動(dòng)情況，可迅速改變輸出的無(wú)功功率或保持母線電壓恒定。
2．4 改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)
通過(guò)改變?cè)碾娮韬碗娍惯_(dá)到改變電壓損耗的目的。
2．4．1 增大導(dǎo)線截面減小電阻，主要用于負(fù)荷功率因數(shù)較高、原有導(dǎo)線截面偏小的配電線路。
2．4．2 改變網(wǎng)絡(luò)接線方式，如投入或切除部分并聯(lián)運(yùn)行的變壓器或輸電線路。
2．4．3 減小線路電抗，主要采用分裂導(dǎo)線和裝設(shè)串聯(lián)電容器等方法。
綜上所述，不需要附加投資的發(fā)電機(jī)調(diào)壓是首先考慮的。在無(wú)功不足的系統(tǒng)中，首要問(wèn)題是增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。因投資低、運(yùn)行維護(hù)方便，并聯(lián)電容器被大量采用，只有在特殊場(chǎng)合下才采用靜電補(bǔ)償器和同步調(diào)相機(jī)。在無(wú)功電源充裕的系統(tǒng)中還應(yīng)大力推廣有載調(diào)壓變壓器。
對(duì)于一些通過(guò)多條不同電壓等級(jí)線路、多級(jí)變壓器供電的負(fù)荷，其高峰和低谷負(fù)荷的電壓損耗差很大，以致無(wú)法用發(fā)電機(jī)調(diào)壓或無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)滿(mǎn)足用戶(hù)電壓的需求時(shí)，輸變電系統(tǒng)中一級(jí)或多級(jí)變壓器應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器。應(yīng)用這種裝置需要電網(wǎng)的無(wú)功電源比較充裕，而且系統(tǒng)還要留有足夠的備用無(wú)功電源。在實(shí)際應(yīng)用中，可以考慮在某些地點(diǎn)安裝一些低電壓自動(dòng)減載裝置。在特殊運(yùn)行方式下，可以使某些有載調(diào)壓器退出自動(dòng)控制方式，進(jìn)行人工調(diào)壓。
在220kV及以下系統(tǒng)中，目前應(yīng)用最多的是所謂“逆調(diào)壓”方式，即調(diào)整控制點(diǎn)供電電壓使其在高峰負(fù)荷時(shí)的電壓高于低谷負(fù)荷時(shí)的電壓。一般高峰負(fù)荷時(shí)保持電壓比系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓高5%，低谷負(fù)荷保持標(biāo)稱(chēng)電壓。
3 系統(tǒng)無(wú)功電壓綜合調(diào)整模式分析
電力系統(tǒng)的無(wú)功功率與電壓密切相關(guān)，其綜合調(diào)整是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，按空間和時(shí)間從功能上可分為3個(gè)等級(jí)：
3．1 一次（局部的）控制是分解的、自動(dòng)的，往往是根據(jù)電壓高低而動(dòng)作，其目的是維持節(jié)點(diǎn)電壓在一定范圍內(nèi)。如發(fā)電機(jī)、變壓器分接頭、并聯(lián)電容器隨負(fù)荷波動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓髯孕袆?dòng)作調(diào)整。近年來(lái)逐步應(yīng)用于我國(guó)城鄉(xiāng)不同電壓等級(jí)變電站的各種型式的微機(jī)型變電站無(wú)功電壓綜合控制裝置就是基于這種控制模式，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了一定的效果。電壓無(wú)功綜合控制的目標(biāo)是：
3．1．1 維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi)；
3．1．2 保持電網(wǎng)穩(wěn)定和無(wú)功功率平衡；
3．1．3 在電壓合格的前提下使電能損耗最小。
3．2 二次（區(qū)域的）控制系統(tǒng)是通過(guò)改變控制區(qū)內(nèi)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的整定值自動(dòng)進(jìn)行校正動(dòng)作，也可直接投切關(guān)聯(lián)電容器，改變變壓器分頭位置，時(shí)間常約數(shù)分鐘。
3．3 三次（整個(gè)系統(tǒng)）控制是以經(jīng)濟(jì)和安全準(zhǔn)則優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)各二次控制區(qū)進(jìn)行協(xié)調(diào)。
4 長(zhǎng)沙電網(wǎng)無(wú)功電壓狀況分析
4．1 現(xiàn)狀
長(zhǎng)沙地區(qū)處于湖南電網(wǎng)的負(fù)荷中心，境內(nèi)沒(méi)有大的電源支撐點(diǎn)。在季節(jié)性高峰負(fù)荷期間（尤其是夏季），省網(wǎng)220kV主系統(tǒng)電壓持續(xù)偏低，各主干聯(lián)絡(luò)線潮流大大增加，系統(tǒng)穩(wěn)定水平明顯降低。地區(qū)內(nèi)220kV、110kV變電容量及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備明顯不足，且分布不均，而負(fù)荷峰值卻連創(chuàng)歷史新高。
在持續(xù)高負(fù)荷的重壓下，大部分110kV、10kV城區(qū)線路均重載甚至過(guò)載運(yùn)行，而且220kV主系統(tǒng)電壓本身又持續(xù)偏低，使系統(tǒng)無(wú)功損耗進(jìn)一步增大，多種因素相交錯(cuò)，導(dǎo)致地區(qū)系統(tǒng)的無(wú)功電壓狀況急劇惡化，詳見(jiàn)表1。在這種情況下，作為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定、主設(shè)備安全和A類(lèi)電壓合格已相當(dāng)不易，經(jīng)濟(jì)性、可靠性和電壓穩(wěn)定性根本無(wú)從談起。
|
變電站 |
主變
容量
（MVA） |
無(wú)功
補(bǔ)償
容量
（kVar） |
有功
負(fù)荷
（MW） |
主變高
壓側(cè)下
網(wǎng)無(wú)功
（Mvar） |
功率
因數(shù) |
補(bǔ)償度
（kVar/kW） |
|
樹(shù)木嶺 |
2×180 |
52800 |
320 |
100 |
0.9487 |
0.165 |
|
天 頂 |
3×120 |
73800 |
310 |
85 |
0.9644 |
0.238 |
|
榔 梨 |
2×120 |
48000 |
200 |
70 |
0.9439 |
0.240 |
|
撈刀河 |
2×180 |
48000 |
330 |
130 |
0.9304 |
0.145 |
表1 長(zhǎng)沙城區(qū)220kV變電站實(shí)測(cè)典型數(shù)據(jù)（2001年7月，非同時(shí)）
由于長(zhǎng)沙地區(qū)的生活用電和第三產(chǎn)業(yè)、輕工業(yè)用電迅速增長(zhǎng)，而耗能型重工業(yè)發(fā)展滯后，在高峰負(fù)荷猛增的同時(shí)，反映日負(fù)荷特性的峰谷差也急劇增大，日負(fù)荷曲線的波動(dòng)性明顯提高。由于處于省網(wǎng)負(fù)荷中心，本身受省網(wǎng)運(yùn)行方式影響很大，加上負(fù)荷因素，造成地區(qū)系統(tǒng)電壓波動(dòng)幅度增加，往往是負(fù)荷高峰時(shí)所有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備全部投入還難以滿(mǎn)足需求，而低谷時(shí)幾乎全部退出仍有可能越上限，調(diào)整的難度很大。
4．2 調(diào)控方法和措施
我們?cè)趪?yán)格遵守?zé)o功功率分層分區(qū)、就地平衡的原則下，盡量使各220kV站和相關(guān)110kV站緊密配合，采取電容器投退與分頭調(diào)整相結(jié)合的方法，充分發(fā)揮各站已有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的作用，尤其在高峰負(fù)荷時(shí)，盡最大可能減少各無(wú)功界面的無(wú)功流量，降低功率損耗，保證電壓水平。
近幾年來(lái)，隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)大規(guī)模改造，長(zhǎng)沙電網(wǎng)從500kV主系統(tǒng)到380V、220V用戶(hù)接入線，各個(gè)電壓層次都有很大變化。綜合各種調(diào)壓手段，我們目前主要采用的是有載調(diào)壓變壓器加并聯(lián)電容器，并輔之以無(wú)功電壓綜合控制裝置的調(diào)壓模式。截止2001年底，長(zhǎng)沙電網(wǎng)110kV及以上主變有載調(diào)壓率已超過(guò)90%，城區(qū)高達(dá)98%。長(zhǎng)沙城區(qū)的所有局屬110kV變電站已全部實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班。為適應(yīng)無(wú)人值班工作的要求及電壓調(diào)整的需要，絕大部分變電站已安裝了無(wú)功電壓綜合控制裝置，功能在不斷完善。
按照無(wú)功電力管理要求，大力加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功平衡具有重要作用的用戶(hù)在裝電容器的運(yùn)行管理，這些用戶(hù)約占全地區(qū)總?cè)萘康?SPAN lang=EN-US>40%。在地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度端，其于CC-2000調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)軟件平臺(tái)的無(wú)功電壓/潮流計(jì)算高級(jí)軟件已開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際調(diào)度管理，電網(wǎng)運(yùn)行管理正逐步由經(jīng)驗(yàn)調(diào)度向科學(xué)調(diào)度轉(zhuǎn)變。通過(guò)電網(wǎng)各級(jí)管理人員的艱苦努力，雖然經(jīng)歷了季節(jié)性高峰負(fù)荷的嚴(yán)峻考驗(yàn)，2000年、2001年長(zhǎng)沙城區(qū)10kV A類(lèi)電壓合格率仍然達(dá)到了99.36%和99.54%。
5 結(jié)束語(yǔ)
湖南電網(wǎng)已經(jīng)安全穩(wěn)定運(yùn)行21年，這與電網(wǎng)建設(shè)取得的巨大成績(jī)密不可分，但從另一個(gè)角度看，這幾年用電負(fù)荷也在迅速增長(zhǎng)，加上“典型受端系統(tǒng)”的格局仍沒(méi)有得到根本改變，還經(jīng)常要疲于應(yīng)付過(guò)載和穩(wěn)定性問(wèn)題，并且峰谷差急劇增大導(dǎo)致電壓調(diào)控非常困難，這說(shuō)明我們的電網(wǎng)還難以完全勝任各種負(fù)荷水平下對(duì)電網(wǎng)供電能力和質(zhì)量的要求。這需要我們?cè)诔浞挚茖W(xué)論證的前提下加快電網(wǎng)建設(shè)速度，提高設(shè)備和調(diào)控手段的技術(shù)含量，其中還包括對(duì)已有設(shè)備的更新、改造，加大新設(shè)備、新技術(shù)、新方法在生產(chǎn)實(shí)踐中的推廣應(yīng)用力度。只有全方位入手，多管齊下，才能維護(hù)電網(wǎng)持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行的大好局面。
 |
車(chē)間安全生產(chǎn)注意事項(xiàng)
