综述110kV变电站电压无功的优化控制措施

电力建设　综述１　１　０ｋＶ变电站电压无功的优化控制措施　施斌　（广西电网公司南宁供电局）　摘要：电压是电力系统电能质量的重要指标之一，而系统的无功平衡是保证电压质量的重要条件。因此，电压与无功功率是一对密不　可分、相互影响的变量。实现它们之间的平衡，不仅有利于生产，使负荷能够安全稳定运行，同时也能降低损耗，节约电费，降低设备运　行的维护周期和维护费用。系统的无功平衡是保证电压质量的重要条件；系统中各种无功电源的无功出力应满足系统所有负荷和网络　损耗的需求，否则电压就会偏离额定值。通过合理调节电压和投退无功补偿设备就能使电能质量得到保证，达到稳定运行的标准并满　足生产的要求。　关键词：１１０ｋＶ变电站；原理；电压；无功功率；控制　１电压和无功功率调节的基本原理　采用并联电容器的方法补偿系统的无功功率，电力电容器　是一种静止的无动补偿设备。它的主要作用是向电力系统提供　无功功率，提高功率因数。采用就地无功补偿，可以减少输电线　路输送电流，起到减少线路能量损耗和压降，改善电能质量和　提高设备利用率的重要作用。但既不能过补也不能欠补，只有　不断地通过调节变压器分接头来调整电压和通过投切电容器　的数量来保证电压质量和无功功率的平衡。　某工程有限公司采用的主变压器型号为ＳＦＺ１０—８０００ｋＶ・　Ａ／１１０ｋＶ，接线组别：ＹＮｄｌｌ。额定电压为（１１０＿＋８ｘ１．２５％）／１０．５ｋＶ，　额定容量为８０００ｋＶ・Ａ。可以看出，主变拥有１７个分接头，而且　是有载调压形式。这样使我们控制电压质量更加灵活而且可以　在带负荷运行时调节分接头。电容器组共有两组，每组　１５００ｋＶａｒ，１５００ｋＶａｒ又分为６００ｋＶａｒ和９００ｋＶａｒ。其中一组安装　有自动电压控制器，它同时控制着这两级电容器，并和变压器　有载调压相配合，达到最优补偿的目的。　①当系统的无功功率供用比较充裕时，可以调节变压器的　分接头；⑦当系统无功功率供用不足或过剩时，可以通过投切　电容器，改变无功功率的分布，达到调节电压的目的。通过调节　变压器分接头调整系统电压比较直观，而投切电容器，同样能　达到调压的作用。多数情况下，是两者综合考虑。　结合具体情况，该工程公司生产负荷主要是电动机和电焊　机，它们都是感性负载，除了消耗有功电力之外，还要“吸收”无　功电力。系统的无功负荷电压特性主要由感性负载决定。　在电力系统运行中，电源的无功功率（即无功电源）在任何　时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和（即总的无功　负载）相等，也就是说，无论何时，电网中的无功总是平衡的，问　题在于无功功率的这种平衡是在什么样的电压水平下实现的。　系统总的无功电源包括发电机的无功功率和各种无功补　偿设备的无功功率，同样，以电压作为横轴，无功功率作为纵轴，　可作得无功电源与电压的关系曲线，如图１中曲线１，３，它们是　一条向下开口的抛物线，而负荷的无功电压曲线如曲线２，４。　如果此时系统的无功功率是平衡的（没有无功缺额），那么　曲线１与曲线２的交点ａ，　即为无功平衡点，对应的电　压Ｕ　就是额定电压Ｕ　。当　负荷增加时，负荷的无功一　电压特性如曲线４，如果此　时系统的无功电源没有相　应的增加，电源的电压一无　功特性曲线仍为曲线１，这　图１电源的无功电压特性　时曲线１与曲线４的交点　９４　广东科技２０１２　２第３期　ａ　就代表了新的无功平衡点，并由此决定了负荷电压为ｕ　，显　然Ｕ　＜Ｕ　，这说明负荷增加后，系统的无功总电源已不能满足　在额定电压ｕ　下无功平衡的需要，因此，只好降低电压运行，　以取得在较低电压ｕ　下的无功功率平衡。如果此时系统内发　电机又无充足的无功备用，则只有通过投入无功补偿电容器，　使系统的无功一电压特性曲线上移到接近曲线３，从而使曲线３　与曲线４的交点ｂ所确定的电压接近额定电压Ｕ　。所以通过投　切电容器补偿装置同样能调节电网电压。　２电压、无功功率分区优化控制　在实际运行中，使用无功自动补偿装置进行就地补偿，叮　以在实现减少线损的同时，对电压质量起到一定的改善作用。　但是，由于负荷变化大，使得电压波动也大，往往单纯依靠无功　补偿并不能很好地解决电压质量问题，因此，采取以无功和电　压作为二元的控制变量，以下面图２“九区图”作为基本的控制　算法，进行自动跟踪补偿和自动调压相配合的措施，可实现进　一步改善电能质量的目的。　为了使电压Ｕ与无功Ｑ达到所需的值，通过改变有载配电　变压器分接开关挡位和投切电容器组来改变配电系统的ｕ和　０。有载配电变压器分接头挡位的变化不仅对Ｕ有影响，而且财　Ｑ也有一定影响，同样，电容器组投切对Ｑ影响的同时，也对ｕ　有～定的影响。以变压器电源侧无功功率作为横轴，１０ｋＶ侧母　线电压为纵轴，建立平面直角坐标系，坐标系中Ｉ象限的每一点　就对应运行中的一组电压、无功值。变电站运行中的电压、无功　状况就由这个平面坐标系的每个对应点表示出来，如图１中的　曲线１和２的交点ａ就代表某一运行方式卜的一组电压、无功　平衡点。从控制理论上讲，对一个系统可在该图中选定某一特定　的点作为最佳控制点来控制，但在实际应用中，电压的升降是南　行控带０，也就是对电压　口　ｕ．－电压控制上限位；Ｕ，－电压控制　限值；Ｑ　一无功控制ｈ限　无功分区控制，设置好上　值；　ｘ。无功控　值。　限和下限，只有在超出上　图２电压一无功控制九区图　限Ｆ限的情况下，电压无功控制装置才会指挥变压器分接开关　升降、电容器投切。　３控制原则和控制方案　由于变电站电压及无功功率是随着电网电压和负荷变化　而变的，加之变电站运行方式也时有改变，且考虑到一次设备　故障等情况十分复杂，因此必须有一个控制原则和控制方案。　区域　电压　无功　表Ｉ　控制方案　１　２　３　４　＞Ｕ　＞Ｕ　＞Ｕ　合格　＜Ｑ　合格　＞Ｑ　＜Ｑ　首先降压，若不能降压，则强切电容器　首先降压，若不能降压，则强切电容器　首先切电容器，若电压仍高，则降压　投电容器　３．１控制原则　（１）分区优化控制。在某一个控制区内，在电压和无功两者　不能同时兼顾时，一般是优先考虑电压合格，具体就是调节变　压器的分接开关，但也可以先投退电容器。　（２）电容器组投切过于频繁，加大检修量，也可能造成电容　器爆炸等后果，常规定变压器分接头两次动作之间的时间或变　压器有载调压分接头的动作次数，电容器组两次动作之间必须　有一定的时间间隔。　（３）死区设定。为避免电压波动，引起电压、无功控制装置误　动，保证系统控制的稳定性，电压、无功综合控制中常设定电压　和无功的死区值及动作的门槛值，当实测电压（或无功）在其控　制上（下）限一定幅度（死区值）内变化时，综合控制应不响应。　５　６　合格　合格　合格　＞Ｑ　不调节　切电容器　７　８　９　＜Ｕ　＜Ｕ　＜Ｕ　＜Ｑ　合格　＞Ｑ　首先投电窗口，若电压仍低，则升压　首先升压，若不能升压，则强投电容器　首先升压，若不能升压，则强投电容器　４无功补偿的效果　４．１提高功率因数和设备的供电能力　在电网运行中，由于大量非线性负载的运行，除要消耗有　功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路、变　压器时将会产生电能损耗。当线路或变压器输送的有功功率和　电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低，电　网所需无功就越多，线损就越大。因此，在受电端安装无功补偿　装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，提高电气设　备的有功出力。　（４）闭锁条件。闭锁是指在系统异常或变电站发生异常情　况下，电压、无功综合控制系统能及时停止自动调节，以避免事　故扩大。闭锁的要求除了可靠性外，还应具备快速性，一旦闭锁　条件产生，电压、无功控制装置应能立即响应，否则将对变电站　的安全运行带来严重威胁。例如：当电容器保护动作开关跳闸，　若综合控制装置未及时闭锁，指挥电容器在跳开后很短的时间　内又投入，则可能造成电容器由于带电荷合闸而发生爆炸，后　果不堪设想，所以，必须具备一些闭锁条件。其中包括：主变和　电容器的部分保护动作，电压回路断线，电压过低，电压过高，　主变分接头遥控失灵（滑挡）等。　４．２降低电网中的功率损耗和电能损失　由Ｉ＝Ｐ／（３Ｕｃｏｓ　）公式可知，当有功功率Ｐ为定值时，负荷　电流Ｉ与ｃｏｓ￣ｂ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数提高，使　线路中的电流减小，从而使功率损耗降低：ＡＰ＝ＩＺＲ。降低电网中　的功率损耗是安装无功补偿设备的主要目的。　４．３改善电压质量　在线路中电压损失ＡＵ的计算公式如下：　３．２控制方案　控制方案如表１所示。　ＡＵ＝（ＰＲ＋ＱＸ）／Ｕ。　式中：△Ｕ一路中的电压损失（ｋＶ）；Ｐ一有功功率（Ｍｗ）；Ｑ一无　功功率（ＭＶａｒ）；Ｕ　一额定电压（ｋｖ）；Ｒ一线路总电阻（Ｑ）；Ｘ　一线路　感抗（　。　３．３控制实现　依据九区图原理，由高可靠的控制器按照模糊控制策略进　行电压无功综合控制，电容器组用高压真空接触器投切，当电容　器监测到的无功电流值超过整定值时，控制器根据需投电容器　组的级数，给出控制信号，自动关合高压真空接触器，将电容器　组投入运行。当无功电流值低于整定值时，控制器给出控制信号　将高压真空接触器断开，电容器组退出运行。它和变压器配合　时，控制器通过检测低压侧电压的高低自动调节变压器分接头，　以实现稳定负荷电压的作用，以上工作状态是完全自动进行的。　由上式可见，当线路中的无功功率Ｑ减少以后，电压损失　Ａｕ也就减少了。　５结束语　在配变低压侧补偿无功功率，可以提高变压器功率因数，　并对该线路电压有调节作用，同时采用有载调压变压器是解决　该线路电压问题的有效手段。　（上接第４３页）　授课教案。实践课由单位主管技术人员和在某一方面有突出才　能的技术能手，进行现场指导。　兵，提升岗位操作技能。为了迅速提升职：【的岗位安全操作技　能，集团公司不断开展职工技能比武活动　，通过交流、比试，激　发了职工的参与热情，增强了职工技术互动，提高了技术工人　的业务素质，锻炼了一大批优秀技术人才，为矿井的安全生产　和科学发展铸造了坚实的岗位技术支柱。　４．４创新教学方法　近年来，为了增强安全培训的趣味性和吸引力，提高职工　的学习兴趣，各级安培中心在教学实践中，形成了独具特色的　教学方法，如以备教材、备板书、备学员等为内容的“八备”教学　法；以案例分析为主，提问式、讨论式、讲演式为辅的“互动交　流”教学法；以实物培训、多媒体、实验室、安全教育长廊为主的　４－３创新培训内容　①转变培训观念，扩充培训内容，由应知应会技能培训向　提升员工综合素质的更深层次培训方向发展。按照“素质提升　工程”要求，集团公司积极开展“新知识、新技术”培训，不断扩　“四位一体”视听教学方法等等，一改往日空洞理论的“填鸭式”　教学方式，使职工易接受、听得懂、愿意学，极大地调动了职工　学习的积极性，有效增强了安全培训Ｉ的效果。在搞好日常教学　的同时，各级安培中心还注重加强教学研讨，提升教师素质，进　步深化现代培训理念，实施了“三个转变”、“五个结合”。即从　以技能培训、上岗培训为主向以技能培训、上岗培训为基础，素　一展培训内容，聘请了一些知名专家教授和厂家技术人员来矿授　课，并坚持现场实践和理论授课相结合，全方位、立体式设计了　全员培训教育内容，从而达到了全面提高职工综合素质和队伍　整体素质的目的。②在全员安全培训课程设置上做到了理论课　为先、实践课为重，两者充分结合。理论课参照初、中、高级技术　工人等级培训教材，结合集团公司实际编制了各岗位、各层次　质培训为重点转变；从以生产操作，人员培训为主向以基层管　理人员培训为主转变；从素质提升培训向精英培训转变。　广东科技２０１２　２第３期　９５