變壓器分接頭對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功分布的影響

張曉崢 于起媛 任建軍 王國(guó)泉

(國(guó)網(wǎng)北京平谷供電公司，中國(guó) 北京 101200）

0 引言

良好的電能質(zhì)量是用電企業(yè)能夠正常生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。無(wú)功功率是影響電能質(zhì)量尤其是電壓質(zhì)量的關(guān)鍵因素，為保證良好的電壓質(zhì)量和對(duì)負(fù)荷正常波動(dòng)的適應(yīng)性，首先必須保證用電系統(tǒng)無(wú)功功率的分層分區(qū)平衡，其次應(yīng)該保證電壓無(wú)功的高度可控和優(yōu)化，這也是降低網(wǎng)損，節(jié)約能源的重要手段。我國(guó)電網(wǎng)規(guī)定，無(wú)功電壓控制應(yīng)該滿足《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則(試行)》(SD 325!89)的要求。為使電力系統(tǒng)安全可靠?jī)?yōu)質(zhì)運(yùn)行，電壓和無(wú)功的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo)：

（1）所有運(yùn)行設(shè)備的電壓應(yīng)在可接受范圍內(nèi)；

（2）輸送的無(wú)功功率應(yīng)盡量小，以提高有功輸送能力，減小網(wǎng)損，防止突然甩負(fù)荷引起的過(guò)電壓；

（3）系統(tǒng)應(yīng)保持一定的無(wú)功備用，以保證運(yùn)行的穩(wěn)定裕度。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊话阍瓌t是在電壓滿足運(yùn)行要求的前提下分層分區(qū)就地平衡，即盡量減少不同電壓等級(jí)之間的無(wú)功流動(dòng)，盡量就地補(bǔ)償，以提高電壓質(zhì)量和對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性。對(duì)于企業(yè)用電系統(tǒng)，合理的無(wú)功補(bǔ)償直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 無(wú)功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)和應(yīng)用要點(diǎn)

常用的無(wú)功補(bǔ)償和電壓控制技術(shù)有調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力，投切無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，調(diào)節(jié)變壓器分接頭、投退線路、轉(zhuǎn)移負(fù)荷、改變交直流功率分配等措施調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力和變壓器分接頭的手段適合用于大型用電企業(yè)中。

1.1 發(fā)電機(jī)調(diào)壓技術(shù)的特點(diǎn)

在所有無(wú)功電源設(shè)備中，發(fā)電機(jī)不需要額外投資，且調(diào)節(jié)快速、平滑，是最基本的無(wú)功電源設(shè)備。對(duì)于有自備電廠的企業(yè)，充分利用發(fā)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，可以減少其它無(wú)功設(shè)備的需求，節(jié)省投資。發(fā)電機(jī)有功輸出由原動(dòng)機(jī)輸出容量確定，其功率限制由原動(dòng)機(jī)功率極限和并列運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性決定，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率則由勵(lì)磁電流確定。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出無(wú)功為正（滯相），無(wú)功功率限制由電樞電流或勵(lì)磁電流極限決定；當(dāng)勵(lì)磁電流減小時(shí)，電樞端部的局部發(fā)熱極限和并列運(yùn)行的穩(wěn)定性成為限制條件。涉及并列運(yùn)行的穩(wěn)定性時(shí)，電廠需要與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

1.2 低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓特點(diǎn)

無(wú)功補(bǔ)償包括并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償，也可以分為有源補(bǔ)償和無(wú)源補(bǔ)償。傳統(tǒng)的低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備主要包括并聯(lián)電容器組、并聯(lián)電抗器組和調(diào)相機(jī)等。投切并聯(lián)電容器組是提供無(wú)功和電壓支撐最成熟的方法。并聯(lián)電容器組的局限性主要是：并聯(lián)電容器產(chǎn)生的無(wú)功正比于電壓的平方，在系統(tǒng)低壓期間的無(wú)功輸出會(huì)快速下降，因此在一個(gè)大量使用并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)中，電壓調(diào)節(jié)能力反而變差。由于投切次數(shù)的限制，難以實(shí)現(xiàn)電壓的快速調(diào)節(jié)。并聯(lián)電抗器的特點(diǎn)和并聯(lián)電容器類(lèi)似。

電容器補(bǔ)償方案可分為三種：高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。其中就地補(bǔ)償效果最好，但涉及布點(diǎn)較多，可控性不佳，電容器安裝總量比其它兩種方式要大，電容器利用率低。高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬?duì)較小，利用率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無(wú)功損耗，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行選擇。同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償機(jī)，在過(guò)勵(lì)狀態(tài)時(shí)從電網(wǎng)汲取相位超前于電壓的電流，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機(jī)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，損耗也比較大，發(fā)熱嚴(yán)重，現(xiàn)在使用已經(jīng)越來(lái)越少，一般僅用于為HVDC系統(tǒng)提供無(wú)功支撐，防止電壓的大幅度偏移。

1.3 變壓器分接頭調(diào)壓技術(shù)的特點(diǎn)

變壓器分接頭的調(diào)整方式有兩種：無(wú)載調(diào)整和有載調(diào)整。變壓器本身不是無(wú)功電源，但是它能夠改變無(wú)功在電網(wǎng)中的分布，影響范圍大，因此，用電企業(yè)需要與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。將變壓器分接頭所在側(cè)稱為低壓側(cè)，電力系統(tǒng)側(cè)稱為高壓側(cè)。為了提高高壓側(cè)電壓或降低低壓側(cè)電壓，同時(shí)減少?gòu)母邏簜?cè)注入低壓側(cè)的無(wú)功功率，可以下調(diào)分接頭；反之，為了提高低壓側(cè)電壓或降低高壓側(cè)電壓，同時(shí)增大從高壓側(cè)注入低壓側(cè)的無(wú)功功率，可以上調(diào)分接頭。當(dāng)分接頭上調(diào)時(shí)，高壓側(cè)電壓如下降，可能導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功損耗增加。為防止這種情況發(fā)生，分接頭的變化必須與投切電容器或電抗器相配合。如果擾動(dòng)使得變壓器兩側(cè)電壓都下降，則應(yīng)投入并聯(lián)無(wú)功設(shè)備，而不是調(diào)整變壓器分接頭。對(duì)于并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償較多或含有較多對(duì)電壓敏感負(fù)荷的電網(wǎng)，變壓器分接頭帶負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整往往有利于電壓穩(wěn)定，對(duì)功率因數(shù)較高的負(fù)荷，效果尤其明顯。但是，在含有較多對(duì)電壓敏感負(fù)荷或缺少無(wú)功電源的電網(wǎng)中，這也是導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的一個(gè)重要原因。因此，是否投入自動(dòng)調(diào)整分接頭，需要進(jìn)行具體分析。為保證用戶受電端電壓質(zhì)量和降低線損，220kV及以下電網(wǎng)電壓的調(diào)整一般采用逆調(diào)壓方式。當(dāng)發(fā)電廠、變電站的母線電壓超出允許偏差范圍時(shí)，首先應(yīng)按無(wú)功分層分區(qū)就地平衡的原則，優(yōu)先考慮在負(fù)荷側(cè)調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償，其次是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力。若電壓質(zhì)量仍不符合要求時(shí)，再選擇調(diào)整相應(yīng)的有載調(diào)壓變壓器的分接頭。

2 理論分析

為了說(shuō)明變壓器分接頭調(diào)整對(duì)變壓器電壓的影響,先分析變壓器的基本調(diào)壓特性。圖1(a)是兩個(gè)電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)變壓器連接而成的等值網(wǎng)絡(luò)圖,圖1(b)是變壓器用阻抗表示的等值網(wǎng)絡(luò)圖。

圖1 通過(guò)變壓器連接的等值網(wǎng)絡(luò)

圖中各參數(shù)都用標(biāo)么值表示，其中ZT為變壓器的短路阻抗，ZA，ZB分別為網(wǎng)絡(luò)A,B側(cè)的等值阻抗，k為變壓器變比的標(biāo)么值，

由于變壓器的變比k總是接近于1,當(dāng)k>1時(shí),Z1≤0為容性,Z2≥0為感性;當(dāng)k<1時(shí),Z1≥0為感性,Z2≤0為容性。Z1和Z2的符號(hào)總是相反,相當(dāng)于在變壓器的一側(cè)放置并聯(lián)電容器,另一側(cè)放置并聯(lián)電抗器。前者向系統(tǒng)送出感性無(wú)功,后者從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功。改變變壓器變比k,實(shí)質(zhì)上就是改變Z1和Z2的符號(hào)與大小,從而影響變壓器兩側(cè)系統(tǒng)無(wú)功潮流分布和變壓器兩側(cè)電壓。變壓器分接頭調(diào)整對(duì)兩側(cè)電壓的影響與其兩側(cè)系統(tǒng)的短路容量及負(fù)荷的無(wú)功電壓特性有關(guān)。一般而言,系統(tǒng)的短路容量越小,變壓器變比調(diào)整時(shí)電壓的變化越大;反之,短路容量越大,變壓器變比調(diào)整時(shí)電壓的變化越小。由于異步電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)中占很大比重,因此電力系統(tǒng)綜合無(wú)功功率與電壓直接相關(guān),隨電壓升高負(fù)荷消耗的無(wú)功功率相應(yīng)增加,電壓降低時(shí)負(fù)荷消耗的無(wú)功功率則減少。另一方面,線路充電功率及投切容性、感性的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備隨電壓的平方呈正比變化,無(wú)功功率損耗隨電壓的平方呈反比變化,因此電壓上升結(jié)果的總趨勢(shì)是使電網(wǎng)上消耗的總無(wú)功功率減少。由于無(wú)功電壓這種非線性關(guān)系,很難用代數(shù)式來(lái)直接表示變壓器調(diào)整對(duì)主變各側(cè)電壓及無(wú)功分布的影響,一般通過(guò)定量的計(jì)算來(lái)分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)無(wú)功電壓的優(yōu)化調(diào)節(jié)是保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施,在電網(wǎng)運(yùn)行中,通過(guò)對(duì)變壓器分接頭的合理調(diào)整可使無(wú)功配置設(shè)備有效的發(fā)揮作用,對(duì)提高電網(wǎng)的無(wú)功電壓水平具有重要意義。為了做到在各種運(yùn)行方式下、各種潮流變化下都能實(shí)現(xiàn)分層、分區(qū)、分散無(wú)功功率的平衡和電壓的優(yōu)化運(yùn)行,提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性,建議廣西電網(wǎng)500kV降壓變采用有載調(diào)壓方式,通過(guò)合理調(diào)整變壓器分接頭并配合其他無(wú)功電壓調(diào)節(jié)手段來(lái)保證電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,充分發(fā)揮廣西電網(wǎng)在南方電網(wǎng)中的電壓支撐作用。

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