變電站電壓無功自動控制初探

黃啟哲

摘要 隨著人們生活質(zhì)量的提高對于供電質(zhì)量及供電可靠性要求也越來越高,本文結(jié)合筆者工作實踐對變電站電壓無功自動控制系統(tǒng)運行進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 110kV;變電站;無功

中圖分類號 TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1674-6708(2009)08-0063-02

0 引言

隨著人們生活質(zhì)量的提高對于供電質(zhì)量及供電可靠性要求也越來越高,電壓作為電能主要指標(biāo),其質(zhì)量對于電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運行有著重大的影響。影響電壓質(zhì)量的一個重要因素是無功,電壓及無功調(diào)節(jié)任務(wù)是由下面的各級變電站承擔(dān)。由于無人值班變電站的增多,由人工手動調(diào)節(jié)電壓無功的方式已漸漸不能適應(yīng)現(xiàn)階段發(fā)展的需要,急需進(jìn)行電壓無功自動控制方式的改造。

1 工程概況

某110kV變電站現(xiàn)有2臺S10型主變,容量均為20 000kVA,具備有載調(diào)壓功能,額定電壓為110×(1±8×1.25% ) kV/38.5kV/10.5kV。正常情況下2臺主變分列運行各帶一段10kV母線及出線,每段母線上裝設(shè)一組電容器,容量分別為2 000kvar、2 200kvar,以滿足國家電網(wǎng)公司無功電壓管理規(guī)定及技術(shù)導(dǎo)則中有關(guān)無功補償容量的要求。近幾年,該變電站進(jìn)行了綜合自動化改造,保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)采用NS2000變電站綜合自動化系統(tǒng),同時,投運了一套VQC-2A型獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)裝置,以確保該變電站的正常安全運行及管理。

2 工作原理

為控制變電站電壓與無功(或功率因數(shù))在規(guī)定范圍內(nèi),通常采用改變主變分接頭檔位和投切電容器組來改變系統(tǒng)的電壓和無功。在實際應(yīng)用中,主變分接頭調(diào)節(jié)主要用于調(diào)節(jié)電壓,電容器的投切主要用于調(diào)節(jié)無功,也用于電壓的調(diào)節(jié)。下面以一臺變壓器為例,介紹各種情況下的電壓與無功的調(diào)節(jié)方式,其中電壓U取值于主變的低壓側(cè)母線電壓,無功Q取值于主變的高壓側(cè)無功。

2.1 調(diào)節(jié)原理

分接頭調(diào)節(jié)對U及Q的影響為分接頭上調(diào)(向主變二次側(cè)電壓升高方向調(diào)整)后U將變大, Q將變大;分接頭下調(diào)(向主變二次側(cè)電壓降低方向調(diào)整)后U將變小,Q將變小。電容器投切對U及Q的影響為投入電容器后Q將變小, U將變大;退出電容器后Q將變大, U將變小。

2.2 調(diào)節(jié)策略

獨立式電壓無功綜合控制調(diào)節(jié)方式分為:調(diào)電壓,調(diào)無功,電壓優(yōu)先(當(dāng)電壓與無功不能同時滿足要求時,優(yōu)先保證電壓正常),無功優(yōu)先(當(dāng)電壓與無功不能同時滿足要求時,優(yōu)先保證無功正常),智能調(diào)節(jié)(當(dāng)電壓與無功不能同時滿足要求時,保持現(xiàn)狀)。以下主要討論電壓優(yōu)先,無功優(yōu)先和智能調(diào)節(jié)方式的調(diào)節(jié)對策。

該電壓無功綜合控制系統(tǒng)將各時段電壓和無功限值作為判斷依據(jù),確定了圖1所示的“十七域圖”。根據(jù)實際測量的低壓側(cè)母線電壓和高壓側(cè)無功負(fù)荷大小,確定系統(tǒng)目前運行的區(qū)域,按照表1給出該區(qū)域的調(diào)節(jié)策略發(fā)變壓器調(diào)檔或無功設(shè)備投切指令。圖中第9域為目標(biāo)區(qū)域,每個指向該區(qū)域的箭頭代表一種調(diào)節(jié)方法,其中△Ub、△Qb分別為分接頭調(diào)節(jié)一檔引起的電壓、無功最大變化量,△Uc、△Qc分別為投切一組電容器引起的電壓、無功最大變化量。

2.3 限值選擇

2.3.1 電壓

1)按給定電壓曲線確定,將電壓的上限值和下限值按每天12個時段分別給定。在任何時刻裝置將依照調(diào)節(jié)策略將電壓控制在限值范圍內(nèi)。

圖1運行控制區(qū)域圖

2)按逆調(diào)壓原理確定,系統(tǒng)根據(jù)實測有功負(fù)荷的大小自動確定電壓限值。

上限值= (K-1)·Uhs·P /Pmax+Uhs;

下限值= (K-1)·ULs·P /Pmax+ULs。

式中: K——逆調(diào)壓系數(shù)定值;

P——變壓器高壓側(cè)實測有功功率,單位為mW;

Pmax——變壓器高壓側(cè)額定功率,單位為mW;

Uhs——變壓器高壓側(cè)有功負(fù)荷為零時電壓上限動作定值,單位為kV;

ULs——變壓器高壓側(cè)有功負(fù)荷為零時電壓下限動作定值,單位為 kV。

以上兩種限值控制方式中,電壓上、下限動作值的差應(yīng)大于變壓器調(diào)節(jié)一檔時電壓的改變量,以防止調(diào)節(jié)檔位后因電壓穿過目標(biāo)區(qū)域而引發(fā)振蕩。

2.3.2 無功

1)按給定無功曲線確定,將無功的上限值和下限值按每天12個時段分別給定,裝置將控制無功在任何時刻均運行在限值范圍內(nèi);

2)按給定功率因數(shù)確定,裝置將根據(jù)給定的功率因數(shù)和實測的有功、無功負(fù)荷的大小自動確定無功目標(biāo)值= ×,并計算出無功上、下限值。

上限:Qh=Qs+0.65△Qc;

下限:QL=Qs-0.65△Qc。

式中:P——實測有功功率;

Q——實測無功功率;

cosΦ——給定功率因數(shù)定值(據(jù)實際運行情況取0.95);

△Qc ——投切一組無功設(shè)備引起的無功最大變化量,通常指單組電容器容量。

表1 各區(qū)域的調(diào)節(jié)策略

3 運行保護(hù)措施及改進(jìn)

3.1 閉鎖操作

閉鎖是指獨立式電壓無功綜合控制裝置在檢測并判斷到裝置本身自檢出現(xiàn)異常、變壓器和電容器以及系統(tǒng)出現(xiàn)異常時,及時停止自動調(diào)節(jié),并能發(fā)出信號的功能。若獨立式電壓無功綜合控制裝置沒有完善的閉鎖功能,這樣會給變電站的安全運行帶來嚴(yán)重威脅,如當(dāng)電容器保護(hù)動作,開關(guān)跳閘,若獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)不及時閉鎖,而在5 min內(nèi)使其開關(guān)再次合閘,則可能發(fā)生電容器由于帶電荷合閘而爆炸事件。

本變電站采用的獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)設(shè)置了多種閉鎖功能,當(dāng)閉鎖信號發(fā)出時,運行人員應(yīng)仔細(xì)查看菜單顯示的異常信息,并做相應(yīng)處理。只有確認(rèn)外圍回路確實沒有問題才能按復(fù)歸按鈕。屬于保護(hù)動作或遙控拒動情況時更應(yīng)仔細(xì)檢查,如電容器、主變保護(hù)動作后,只有故障消除、設(shè)備重新投入運行,才能解除閉鎖。

3.2 壓板投退操作

獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)設(shè)有專門的壓板控制變壓器和電容器的動作,當(dāng)電容器檢修時,未退相應(yīng)的出口壓板;當(dāng)達(dá)到動作定值時,獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)可能會投入電容器,若恰好此時電容器處有檢修工作人員則會威脅到人身安全,建議將壓板投退操作編入典型操作票中,并且運行人員應(yīng)將其作為現(xiàn)場規(guī)程來執(zhí)行。

3.3 統(tǒng)計功能的完善

電容器投退前后母線電壓值、電容器動作時間、投退動作次數(shù),主變分接頭動作前后的檔位及母線電壓、分接頭動作時間和次數(shù)等數(shù)據(jù),是分析設(shè)備運行情況、為設(shè)備檢修提供依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是變電站運行月報中的必要內(nèi)容。目前獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)只能顯示一條閉鎖信息,而不能將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺機。建議將閉鎖信息的詳細(xì)內(nèi)容發(fā)送到后臺機,并增加數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能,以利于運行人員及時發(fā)現(xiàn)和處理異常,提高系統(tǒng)利用率。

3.4 運行管理

從110kV變電站采用的獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)的運行情況看,要做好投運前對設(shè)備的充分了解,基建、調(diào)試、驗收工作嚴(yán)格按程序進(jìn)行,提前對運行維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)等技術(shù)管理工作,是保證裝置投運后能否充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)條件。

4 運行效果

該變電站獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)投運前,集控站值班員根據(jù)電壓和功率因數(shù)調(diào)節(jié)變壓器分接頭或投退電容器來保證電壓質(zhì)量,獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)投運后效果如下:

1)改善了功率因數(shù)。功率因數(shù)提高,損耗隨之降低,從而實現(xiàn)了無功的分層分區(qū)就地平衡。據(jù)理論計算,電網(wǎng)的負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)提高到一定值時,對于地區(qū)網(wǎng)損率會明顯降低,因此, 提高功率因數(shù)可使電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟;

2)提高了電壓合格率;

3)改善了設(shè)備運行狀態(tài)。電容器投切次數(shù)的減少、主變有載分接開關(guān)平均調(diào)節(jié)次數(shù)的減少為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ);

4)減少了運行人員的工作量。該110kV變電站是集控站的子站之一,運行人員需同時監(jiān)視多個子站并進(jìn)行調(diào)節(jié)主變分接頭和投切電容器的操作。由于獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)實現(xiàn)了電壓無功的自動調(diào)整,減少了運行人員的工作量,從而提高了工作人員的工作效率。