110kV變電站運行及保護措施分析探討

曾德勤

摘要:本文結(jié)合工程項目實例,詳細介紹了獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)的工作原理,對其在110kV變電站運行中應(yīng)注意的問題、保護措施技術(shù)及改進建議進行了詳細闡述,分析總結(jié)出了電壓無功綜合控制系統(tǒng)在110kV變電站的運行效果。

關(guān)鍵詞:獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng);電壓無功調(diào)節(jié);保護措施

中圖分類號：TM714.2 文獻標識碼：A 文章編號：

1工程項目概況

某110kV變電站,現(xiàn)有2臺S10型主變,容量均為20000kVA,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,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。2009年該變電站進行了綜合自動化改造,保護、監(jiān)控系統(tǒng)采用NS2 000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獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)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: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: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

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)。

(2)按逆調(diào)壓原理確定:系統(tǒng)根據(jù)實測有功負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,MW;

Pmax———變壓器高壓側(cè)額定功率,MW;

Uhs———變壓器高壓側(cè)有功負荷為零時電壓上限動作定值, kV;

ULs———變壓器高壓側(cè)有功負荷為零時電壓下限動作定值, 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、無功負荷的大小自動確定無功目標值Qs,Qs= P2+Q2×1-cos2,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;

cos肌——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,通常指單組電容器量。

3 110kv變電站運行保護措施及改進建議

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,會給變電站的安全運行帶來嚴重威脅。如:當電容器保護動作,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,當閉鎖信號發(fā)出時,運行人員應(yīng)仔細查看菜單顯示的異常信息,并做相應(yīng)處理。只有確認外圍回路確實沒有問題才能按復(fù)歸按鈕。屬于保護動作或遙控拒動情況時更應(yīng)仔細檢查,如電容器、主變保護動作后,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,當電容器檢修時未退相應(yīng)的出口壓板,當達到動作定值時,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,運行人員當作現(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,做好投運前對設(shè)備的充分了解,基建、調(diào)試、驗收工作嚴格按程序進行,提前對運行維護人員進行培訓等技術(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獨立式電壓無功綜合控制系統(tǒng)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)。以2號主變?yōu)槔? 2010年一季度與去年同期相比,功率因數(shù)值高壓側(cè)由投運前的平均0·942提高到0·963,低壓側(cè)由0·954提高到0·975。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,包頭電網(wǎng)的負荷側(cè)功率因數(shù)提高到0·96時,地區(qū)網(wǎng)損率明顯降低。因此,功率因數(shù)提高,使電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟。

(2)提高了電壓合格率。以10kVI段電壓為例, 2010年一季度與去年同期比較,電壓合格率由98·01%提高到99·99%,達到了地區(qū)10kV電壓合格率需在99%以上的要求。

(3)改善了設(shè)備運行狀態(tài)。10kV電容器投切次數(shù)由以前的平均23次/ (臺·月)減少到19次/ (臺·月),主變有載分接開關(guān)平均調(diào)節(jié)次數(shù)由投運前平均65次/月減少到54次/月,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,提高了工作效率。

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