浅谈电力系统中电压无功功率的控制

文章编号:10072290X(2005)0820016204

广东电力

GUANGDONGELECTRICPOWERVol118No18　Aug12005　

浅谈电力系统中电压无功功率的控制

张利国

(广东电网公司梅州供电局,广东梅州514021)

摘　要:电力系统的负荷需要消耗大量的无功功率,而无功功率平衡要满足众多的结点电压,就需要分级分层就地平衡。地区电网的电压无功控制,主要是控制其管辖范围内的各级变电站,使电网的电压合格,并实现无功的就地平衡,降低网损。为此,通过分析变电站电压无功控制的主要设备:有载调压变压器、并联电容器以及并联电抗器,说明变电站电压无功控制的原则、要求、实现方式。关键词:电压无功功率;无功补偿设备;原则;实现方式中图分类号:TM762123　　　　文献标识码:B

VoltageandreactivepowercontrolinpowersystemZHANGLi2guo

(MeizhouPowerSupplyBureau,GuangdongPowerGridCorp.,Meizhou,Guangdong514021,China)

Abstract:Theelectricpowersystementailsenoughreactivepowertomeettheneedsofconsumersandthenetwork.Tosatisfynumerousnodevoltages,reactivepowershouldbebalancedlocallyandhierarchically.Thevoltageandreactivepowercontrolinaregionalpowergridistocontrolthesubstationsunderit,qualifythevoltageofthegrid,realizelocalbalancingofreactivepowerandreducenetworklosses.Thispaperanalyzesthemaindevicesforsubstationvoltageandreactivepowercontrol,suchason2loadvoltage2regulatingtransformers,shuntcapacitorsandshuntreactors.Theprinciple,requirementsandrealizationmeansofsubstationvoltageandreactivepowercontrolareexpoundedaswell.

Keywords:voltageandreactivepower;reactivepowercompensationdevice;principle;realizationmeans

　　电力系统应有足够的无功功率电源来满足用户与网络的需耍。系统中无功功率平衡是指在一定结点电压下的平衡,无功功率电源不足将导致结点电压下降。无功功率平衡要满足众多的结点电压的要求,既要满足全系统平衡,也要实现就地无功平衡,即所谓无功功率分级分层就地平衡原则。无功功率应避免长距离输送。

式中:ΔU———电压损失差;

P———线路的有功功率;Q———线路的无功功率;

R,X———线路的等效电阻和电抗。

对于高压电网,有RνX,故电网结点的电压变动主要由无功功率变动所引起。因此,适度地进行无功补偿,可以有效地提高电压质量。112　无功功率与电网电能损耗的关系

1　无功功率的补偿与电压调整

111　无功功率与电压变动的关系

电网电能损耗是衡量电力系统建设水平以及运行管理水平高低的一项综合性指标。进行合理的无功补偿,不但可以调节电压,也能降低网络损耗。电力线路有功功率损耗计算公式为:

ΔP=

P+QU

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2

在电力系统中,结点电压的变化和无功潮流的

分布有着密切的联系。电网的电压损失可用公式(1)求出:

PR+QXΔU=.

U

收稿日期:2005205211

R.(2)

(1)

式中:ΔP———输电线路有功功率损耗差;

P———输电线路输送的有功功率;

　第8期张利国:浅谈电力系统中电压无功功率的控制

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Q———输电线路输送的无功功率;U———输电线路的运行电压;R———输电线路的电阻。

由公式(2)可以看出,线路有功功率损耗和线路输送功率的平方(P2+Q2)与线路电阻(R)成正比,即线路电阻越大,功率损耗越大;当输送的有功功率一定时,输送的无功功率越多,总的有功损耗也越大。通常情况下,输电线路电阻由电网结构决定,改造费用比较大,总功率损耗变化很大程度上决定输送无功功率的变化,因此,要尽量减少无功传输,进行无功功率的就地补偿,可有效降低电网的线损。

无功功率,属于无功负荷之一。有载调压变压器分接头(抽头)的调整不但改变了变压器各侧的电压状况,同时也对变压器各侧的无功功率的分布产生影响,分接头上调后,变压器二次侧电压上升,同时流过变压器的无功功率增加;分接头下调后,变压器二次侧电压下降,流过变压器的无功功率减少。212　并联电容器

在地区电网无功补偿中,并联电容器广泛应用于功率因数校正和馈电电压校正,是应用最多的无功补偿装置。一般来说,每个变电站约安装1～4组电容器,对于负荷较大的110kV变电站和220kV变电站,则需安装更多组数的电容器。其优点是:可分散、集中、分相补偿;投资少、功率损耗少(额定容量的013%～015%);无旋转部件,维护量小,可根据负荷情况分组投切。缺点是:电压下降时,无功补偿量也急剧下降,不利于电压稳定,投入电容器时会产生尖峰电压脉冲。电容器只能发出感性无功功率,可全部或部分切除,不能平滑调节,在最小负荷时,通常切除变电站的全部电容器,在负荷高峰期,将变电站的并联电容器投入运行。电容器对电压无功的调节作用体现在:当投入电容器后,流过变压器的无功减少,同时变压器二次侧电压上升;当切除电容器后,流过变压器的无功增加,同时变压器二次侧电压下降。213　并联电抗器并联电抗器的工作性质与并联电容器的工作性质相反,从补偿感性无功的角度来说是负补偿,因而常用于补偿线路电容的作用。特别是当超高压(EHV)输电架空线路长于200km时,线路充电电容不可忽视,通常需要安装并联电抗器。当轻负荷时,在220kV及以上的线路中,线路充电功率过大,有可能会引起电压过高,危及高压电网的运行,此时为了保证电压正常,附加并联电抗器。当然,在重负荷时,有可能一部分并联电抗器需从系统中切除,在地区级电网无功电压控制中,电抗器个数比较少,在一些对其拥有控制权的220kV变电站中可能装有电抗器,此时也可以作为控制手段之一。

2　变电站电压无功控制的主要设备

地区电网的电压无功控制,主要是控制其管辖范围内的各级变电站,实现无功的就地平衡来降低网损,使电网电压合格。变电站电压无功控制的主要设备包括有载调压变压器、并联电容器以及并联电抗器。211　有载调压变压器有载调压变压器的原理接线见图1所示。调压绕组上有多个分接头,主绕组通过并联触头QA1,QA2与调压绕组串联。可以在不断开主电路的情况下完成分接头的切换,即首先断开SA1,将QA1切换至另一分接头上,然后将SA1接通。另一个触头QA2也采用同样的切换步骤,限流电阻R是在分接头切换过程中作限流用的。当两个可动触头连接在不同的分接头上时,两个分接头与电阻R构成回路。R可限制该回路的短路电流。

3　变电站电压无功控制的原则和要求

图1　有载调压变压器原理

通过控制变压器分接头和无功补偿设备,把主变压器低压侧的电压控制在规定范围内是变电站电压无功综合自动控制最基本的原则,也是最重要的

变压器不能作为无功电源,相反消耗电网中的

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广东电力第18卷　

要求,同时还要尽可能减少无功在上下级电网之间的流动,以降低网损。具体实施应满足如下的原则和要求。311　保证低压侧母线电压水平合格

这是首要原则。在变电站运行时,系统无功状况对电压的影响比较大,无功功率的不足或过大都将引起系统电压的下降或上升,极端情况下可导致某些枢纽变电站母线电压大幅度下降而出现“电压崩溃”现象,因而在调整低压侧电压的时候,应当注意根据系统无功的情况,对主变压器分接头和无功补偿设备进行综合控制。312　满足无功就地补偿

尽量降低变电站从上一级电网吸收的无功功率,满足无功就地补偿原则的同时,也不宜向上级电网倒送过多的无功功率。10kV母线无功负荷应尽量由电容器无功来补偿抵消,以降低电压损耗和线路有功损耗,当负荷上升、电压下降时,先投电容器后升档;负荷下降、电压上升时,进行相反的操作。313　尽量减少主变压器调档次数

尽量减少主变压器调档次数。过度频繁地调节有载分接开关,会引起变压器有载分接开关的故障,进而导致变压器故障,因此各变电站对变压器分接头的日调节次数有严格的限制。314　尽量降低电容器的动作次数频繁投切并联电容器组,也会引起电容器开关的故障,从而造成很大的经济损失,因而变电站对并联电容器的日调节次数也有具体的规定。315　夜间尽量全部退出所有电容器

夜间所有电容器一般尽量全部退出,因后半夜负荷小,而整个输电线路产生固定且不少的无功功率,若各地区无功负荷太少,发电厂可能进相运行。316　主变压器档位不能降太低

晚上,用电高峰过后,电压上升,主变压器带一定的无功功率,本应先降档位,但不能降得太低,否则下半夜若电容器全退,电压会太低又得升档位,造成频繁调档,对调压器不利,一般降到当天凌晨时的档位即不降了。317　注意投切电容器的顺序

负荷大、离电源远的变电站,即使电压不是很低,也得先投电容器,因为先投其它站电容器,其电压也会跟着升高,造成电容器到很迟才能投,这可用调整各站灵敏度来解决。

318　调压装置不能频繁发出相反的指令

如刚投入电容器不久又把电容器退掉,特别不能频繁升降档位。可分时段来设动作值:负荷上升阶段,调高升压灵敏度,降低降压灵敏度,负荷下降阶段则相反。319　应避免重发调整令

防止无功控制设备发令后,在命令执行并使遥调刷新这段时间内装置又发一次调整令,可用发令后暂停一段时间再开始来解决。3110　注意报警提示

a)若分接头档位已经达到最低或最高位置又

仍需要进行电压调整时,应改投切电容器或发出语音报警等提示信息。

b)若主变压器高压侧电压太高或太低引起电压不合格,又没必要投切电容器时,控制系统应进行提示。

c)1台主变压器带两段或两段以上母线时,

应对多段母线上的电容器正确投切,而不仅仅控制其低压侧母线所连的电容器。

d)遇到电容器故障或因事故跳闸或处于检修状态时,控制设备不应再对其发出合闸指令。

e)考虑因通道或其它问题,遥控操作有时一次不成功,若装置发令执行不成功,可再发一次令,仍不成功,则需要报警。当然,若是电容器开关刚合上即跳,则不能再发一次合闸令,而是发出事故警报。

f)要有效地躲过电网电压波动及电压变送器的短时误报,可通过设置动作延时或者进行数字滤波来避免。

g)若出现遥测不刷新,应闭锁控制装置并给出提示,否则,可能因遥信和通道还完好,而使装置一直发调压令把电压调得不能再调为止。

h)可人工干预或发令,设备刚投入使用时,为确保验证装置能可靠动作,要求人工确认,若控制装置运行一段时间能正确动作,则不必人工确认。

4　变电站电压无功控制的实现方式

411　基于变电站自动化系统的电压无功功率综合

控制(VQC)装置

随着无人值守变电站的增多,在变电站中一般均有用于当地和远方监控的自动化系统或具有“四遥”功能的RTU装置,它们有完善的输入、输出

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功能,包括对测量量及信号量的采集。该装置也具有控制变压器分接开关、无功控制设备开关动作的功能。因此在此装置的基础上把相应的电压无功控制模块添加到变电站自动化系统软件中,对系统所采集到的信息进行计算、分析,输出控制命令给被控对象,即可实现VQC控制目的,具体实现方式如下:

a)利用变电站自动化系统后台监控系统的VQC。其特点是VQC运行软件安装在变电站后台监控计算机上,成为后台监控系统的一个子模块,当后台监控计算机运行时,设置投入VQC功能即可工作,达到控制要求。这种方法参数设置简单,人机界面友好,调试方便,省去了专用硬件设备,降低了成本。但是VQC的可靠性取决于网络通信水平,输入、输出单元和后台监控计算机的运行状况,尤其是对后台监控计算机的可靠性要求更高。

b)与变电站自动化系统网络相连接的VQC。在变电站自动化系统的网络上挂1台功能独立的工控机,专门用于运行VQC软件,通过网络实现信息的计算和VQC功能控制。这种方式参数设置简单,毋需单独敷设电缆,调试方便,而且调节与闭锁速度快,但是要增加专用工控机,系统可靠性取决于网络通信水平,输入、输出单元和独立工控机的运行状况。412　VQC专用独立式成套设备专门用于实现变电站VQC功能的成套装置在电力系统中应用广泛。这种装置的特点是集输入、输出单元与分析判断功能于一体,相关闭锁信号由相应装置的硬接点输入,所需测量值由自带的输入、输出单元采集,有关的控制也由自带的输入、输出。这种控制方式将各种VQC功能集中于一个装置中,不受其它系统或网络的影响,因而可靠性高。缺点是所需敷设电缆较多,安装调试麻烦,不能充分利用站内自动化资源,变电站运行方式改变时,其功能改变与扩充困难。VQC专用装置主要适用于非综合自动化的变电站,目前国内这种装置型号较多。413　半独立式VQC控制方式

这是介于VQC专用成套独立装置和基于变电站自动化系统的VQC之间的一种控制方式,即将变电站自动化装置所提供的信息经VQC专用装置运算后直接输出控制,该方式的输出部分是独立自

带的,而其输入部分则来自于变电站自动化装置或综合自动化系统的数据采集部分,见图2所示。

由于目前在许多变电站中基本上均有自动化设备而无VQC装置,因此若采用成套的独立装置来增加VQC功能时,需要进行大量的电缆和回路改造;而若采用在自动化系统上增加VQC功能软件,则需要对系统的软件进行大量的变动,有些变电站中的RTU只有“二遥”功能,使得信息采集不完善,无法保证VQC软件的可靠性。在这种情况下,采用半独立式的VQC控制方式,可以安全、有效、方便地投入自动化系统中。

图2　半独立式VQC控制方式

5　结论

半独立式VQC装置通过在自动化系统的上传

口截取所需信息,经控制装置的分析处理得到控制信号,然后通过本身的输出回路控制相应的对象(见图2)。这种情况下只需接入少量的电缆和改动很少的回路。该方式优点是安全、方便,对特定类型的变电站有较高的实用价值和应用效果。

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),男,广东五华人,讲师,工学硕士,作者简介:张利国(1962—

从事电力技术培训管理工作。