500kV母線電壓偏低原因分析

廣東電網(wǎng)公司 東莞供電局 劉漢國 吳東升

迎峰度夏期間，莞城站在負荷高峰期間多次出現(xiàn)500 kV母線電壓偏低情況，無法滿足廣東電力調(diào)度中心母線電壓的控制要求（500 kV 母線電壓524～532 kV）。本文，筆者以莞城站某日負荷變化為例，對導(dǎo)致母線電壓偏低的原因進行探討，以期對同行有所幫助。某日負荷變化與500kV 母線電壓關(guān)系如圖1所示。

圖1 某日負荷變化與500 kV 母線電壓關(guān)系

由圖1可知，當(dāng)莞城站的負荷高于280 萬kW，一天內(nèi)，在電容器組全部投入的情況下，500 kV 母線電壓低于524 kV的時間超過5 h。莞城站無功設(shè)備具體配置見表1。

表1 莞城站無功設(shè)備具體配置

一、電壓調(diào)整

1.電壓影響因素分析。電壓計算模型如圖2所示。

圖2 電壓計算模型

由圖2可知，電壓U計算公式為

（1）發(fā)電機勵磁電流。改變發(fā)電機勵磁電流可改變發(fā)電機機端電壓UG；對線路較長、供電范圍較大、發(fā)電機經(jīng)多級變壓的電力系統(tǒng)，從發(fā)電廠到最遠處負荷間的電壓損耗和變化幅度都很大。這時，單靠發(fā)電機調(diào)壓無法解決電壓偏低的問題。

（2）變壓器的變比k1和k2。500 kV 變電站主變壓器是無載調(diào)壓裝置，在運行過程中無法調(diào)整。

（3）無功功率Q。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R、X和運行電壓給定時，影響電壓損耗的因素就是兩個，即通過網(wǎng)絡(luò)的有功功率P和無功功率Q。顯然，為了減小電壓損耗而改變有功功率的分布是不合理的。因此母線電壓的調(diào)整由無功功率來決定。

2.無功功率需求分析。無功功率計算模型如圖3所示。

圖3 無功功率計算模型

裝設(shè)無功補償容量QC后，電壓由U2（補償前高壓側(cè)的電壓）提高到U2C（補償后高壓側(cè)的電壓），則

按照補償前后U1不變的假設(shè)，則有

第二項很小，因此

在高負荷的情況下，500 kV 母線電壓最低只有521 kV，將母線電壓調(diào)整到524 kV 時，線路參數(shù)X＝9.87，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（4），有Q需求≈180.360 Mvar。

因此，要滿足廣東電力調(diào)度中心母線電壓的控制要求，至少需要增加3 組并聯(lián)電容器組。

3.輸電線路的無功損耗分析無功損耗計算公式如下。

式（5）中，I為線路流過的電流，X為線路的串聯(lián)電抗，P為線路傳輸?shù)挠泄β剩琎為線路傳輸?shù)臒o功功率，U為線路運行電壓。由公式可以知，線路傳輸?shù)挠泄β逝c其無功損耗成正比關(guān)系，線路傳輸功率越大，其無功損耗也就越高，因此需要的無功補償設(shè)備也就越多。

結(jié)合歷年的負荷情況及設(shè)備運行情況分析，莞城站的最高負荷可達360 萬kW，遠遠大于上述某天的320 萬kW，因此變電站的無功功率面臨更大的缺口。

二、無功功率對電網(wǎng)的影響

1.提高電壓質(zhì)量。電網(wǎng)中無功補償設(shè)備的合理配置，與電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量有直接關(guān)系，合理安裝補償設(shè)備可以改善電壓質(zhì)量。由于越靠近線路末端，線路的電抗越大，因此，在靠近線路末端處裝設(shè)無功補償裝置，補償效果就越好。

2.降低電能損耗。安裝無功補償主要是為了降損節(jié)能，如輸送的有功功率P為定值，加裝無功補償設(shè)備后功率因數(shù)由cosΦ提高到了cosΦl，因為P＝UIcosΦ，負荷電流I與cosΦ成反比，又由于P＝I2R，線路的有功損失與電流I的平方成反比。當(dāng)cosΦ升高，負荷電流I降低，線路有功損耗就成倍降低。

3.提高供電設(shè)備運轉(zhuǎn)效率。設(shè)Pl為補償前的有功功率，在設(shè)備容量不變的情況下，由于提高了功率因數(shù)，可以少送無功功率，因此可以多送有功功率ΔP＝P－P1＝S（cosΦ－cosΦ1）。如需要的有功不變，則由于需要的無功減少，所需變壓器容量也相應(yīng)減少。因此，合理配置無功電源，使無功功率就近平衡，不僅可以提高電壓水平，還可以減少電網(wǎng)中有功功率的損耗，提高供電設(shè)備的效率，節(jié)約能源。

三、無功功率不足的控制措施

目前由于無功設(shè)備配置不足，導(dǎo)致500 kV 母線電壓無法滿足調(diào)度運行的要求，可采取如下控制措施。

1.值班人員應(yīng)及時在負荷高峰時段投入全部可用的電容器。

2.在負荷較低的情況下，投退電容器組時需要輪換進行，以避免某些電容器組經(jīng)常處于運行狀態(tài)。

3.優(yōu)先投集合式電容器，盡量避免3 組分散式電容器組長時間運行。根據(jù)以往的運行記錄，集合式的電容器自2008年投運以來，運行情況良好，沒有出現(xiàn)缺陷。而分散式電容器組在高負荷、高溫的天氣情況下，經(jīng)常出現(xiàn)滲油、鼓脹，跳閘等缺陷，隨時會有跳閘發(fā)生，進一步加重了無功功率的不足，使500 kV 母線電壓變得更低。

4.在電容器全投情況下，若發(fā)現(xiàn)500 kV 母線電壓不能滿足使用要求，應(yīng)及時向中調(diào)報告無功電壓不足的情況，請中調(diào)配合調(diào)整母線電壓。

5.針對高溫天氣，加強對電容器組的巡視。若發(fā)現(xiàn)電容器滲油、鼓脹等缺陷，應(yīng)立刻退出該組電容器運行，并上報檢修分部進行檢修。

6.由專人負責(zé)跟蹤電容器組的缺陷情況，密切關(guān)注電容器組的缺陷處理進度。

7.自2008年更換集合式的電容器后，到目前為止，未發(fā)現(xiàn)集合式的電容器組存在缺陷。建議盡快將剩余的3 組分散式的電容器組全部更換為集合式的電容器組，以利于提高無功設(shè)備的可投率，有效地控制母線電壓。

8.在更換分散式電容器組前，應(yīng)有足夠的電容器備品，以便在電容器組出現(xiàn)缺陷時，能及時更換。

9.擴建靜止同步補償器（STATCOM）。STATCOM 可以等效為大小可連續(xù)調(diào)接的電容或電抗器。與傳統(tǒng)的無功補償裝置相比，STATCOM 具有調(diào)節(jié)連續(xù)、諧波小、損耗低、運行范圍寬、可靠性高、調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點，能有效補償無功功率，提高母線電壓水平。