無功電壓分析及改進措施淺談

黎遠忠

【摘 要】電壓是電能質(zhì)量的重要指標之一，而電力系統(tǒng)的無功補償與無功平衡，是保證電壓質(zhì)量的基本條件。本文通過對無功補償容量、電容順配置方式、變壓器的額定電壓、電網(wǎng)運行人員對無功的重要性的認識、無功電壓自動控制系統(tǒng)、小電源的接入、用戶補償?shù)葐栴}分析，查找地區(qū)電網(wǎng)無功電壓管理中存在的問題，提出了從建立一個完善的網(wǎng)絡(luò)、配備合理的無功補償設(shè)備、合理配置與選擇變壓器變比和采用有載調(diào)壓變壓器、搞好無功平衡工作、提高認識等方面著手來搞好無功電壓的管理工作，以適應(yīng)社會發(fā)展對電力的需求，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。

【關(guān)鍵詞】電壓質(zhì)量；無功電壓；合理配置

確定規(guī)模的配電網(wǎng)終端系統(tǒng)，無功過剩時一方面會提高系統(tǒng)運行電壓，導致運行中的用電設(shè)備的運行電壓超出額定工況，縮短設(shè)備的使用壽命；另一方面，無功過剩也會影響線路傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性，導致系統(tǒng)的輸送容量下降，給電網(wǎng)運行調(diào)度帶來不利的影響。而系統(tǒng)無功不足時，一方面會降低電網(wǎng)電壓，另一方面，電網(wǎng)中傳送的無功功率還增加了電能傳輸時的網(wǎng)絡(luò)損耗，加大了電網(wǎng)的運行成本。所以，無功是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素。

實現(xiàn)無功的分層、分區(qū)就地平衡是降低網(wǎng)損的主要原則和重要手段。電壓和無功調(diào)節(jié)是各級變電所需要承擔的重要任務(wù)。其中，電容器投切是變電站無功調(diào)節(jié)的最有效而簡便的方法，變壓器分接頭的調(diào)節(jié)是母線電壓控制的最直接手段。近幾年以來，我國的電力工作者在此基礎(chǔ)上，對電壓與無功控制方式進行了大量的研究與開發(fā)工作，并相繼推出了一系列的基于微機控制技術(shù)的電壓與無功綜合控制裝置（VQC系統(tǒng)）。

1.無功電壓系統(tǒng)的組成

調(diào)度自動化系統(tǒng)、變電所綜合自動化系統(tǒng)和信息網(wǎng)的實施，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的采集和傳輸，為縣級無功電壓優(yōu)化控制打下了基礎(chǔ)， 無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)線圖， 該系統(tǒng)采用一臺無功電壓優(yōu)化工作站從調(diào)度SCADA系統(tǒng)采集全網(wǎng)各變電所實時運行數(shù)據(jù)， 進行無功電壓優(yōu)化計算，無功潮流計算，無功電壓潮流綜合優(yōu)化計算后，形成主變有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)指令、電容器開關(guān)投切指令以及相關(guān)控制信息， 然后將控制信息發(fā)送至調(diào)度自動化系統(tǒng)執(zhí)行，此后循環(huán)往復。

2.電壓無功控制現(xiàn)有的問題

目前VQC系統(tǒng)的實現(xiàn)方式多種多樣，包括專用的VQC裝置、利用變電站綜合自動化后臺或利用RTU可編程邏輯控制等方式。其控制策略為九區(qū)圖控制，即根據(jù)電壓和無功功率兩個參數(shù)的綜合分析后，判斷是投切電容還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭。采用VQC裝置后，變電站的電壓無功調(diào)節(jié)實現(xiàn)了自動控制，改變了過去依靠人工實現(xiàn)電壓-無功調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)方式，可以滿足變電站中母線電壓與無功潮流的綜合控制，大大地減輕了運行人員的工作負擔，降低了誤操作的發(fā)生，并取得了一定的運行經(jīng)驗，受到了運行部門的認同，成為一種發(fā)展趨勢，在變電站得到了大力的推廣。但從運行的效果看來，該種方式還有很多地方值得討論：

（1）容性無功是通過電容器的投切實現(xiàn)的，因容性功率調(diào)節(jié)不平滑而呈現(xiàn)階梯性調(diào)節(jié)，故在系統(tǒng)運行中無法實現(xiàn)最佳補償狀態(tài)。電容器分組投切，使變電站無功補償效果受電容器組分組數(shù)和每組電容器容量的制約，分組過少則電容調(diào)整梯度過大和沖擊大；分組多則需增加開關(guān)、保護等附屬設(shè)備及其占地面積。

（2）電容器組僅提供容性無功補償，當系統(tǒng)出現(xiàn)無功過剩時，無法實現(xiàn)無功就地平衡。

（3）由于系統(tǒng)無功的變化而導致電容器的頻繁投切，使得電容器充放電過程頻繁，減少其使用壽命，對設(shè)備運行也帶來了不可靠因素。

（4）電容器的投切主要采用真空斷路器實現(xiàn)（VSC）。其開關(guān)投切響應(yīng)慢，不能進行無功負荷的快速跟蹤；操作復雜，尤其不宜頻繁操作。近來出現(xiàn)了使用晶閘管投切電容器組（TSC）來代替用真空開關(guān)投切電容器組的方法。該法解決了開關(guān)投切響應(yīng)慢和合閘時沖擊電流大的問題，但不能解決無功調(diào)節(jié)不平滑以及電容器組分組的矛盾，同時由于采用了大功率的電力電子器件，也提高了系統(tǒng)的造價。

（5）該方法需要在變壓器上配置有載開關(guān)。變壓器帶負荷時調(diào)節(jié)有載開關(guān)分接頭，會出現(xiàn)短時的匝間短路產(chǎn)生電弧，影響變壓器油的性能，也會損壞分接頭的機械與電氣性能，因此，運行部門往往采取盡量不調(diào)或少調(diào)有載分接開關(guān)的原則，使得VQC的綜合調(diào)節(jié)效果難以實現(xiàn)。

（6）變壓器分接頭只能調(diào)節(jié)母線電壓而無法改變系統(tǒng)中的無功大小，其結(jié)果是：當無功缺乏較嚴重的情況下調(diào)整分接頭，大量的無功將從上一級系統(tǒng)中被強行拉過來；系統(tǒng)無功過剩時調(diào)整分接頭，把大量的無功送入系統(tǒng)中。這些結(jié)果會導致產(chǎn)生大量損耗，做法是不合理的。

3.加強無功電壓管理的措施探討

根據(jù)無功電壓存在的問題，建議采取以下措施：

（1）加大電網(wǎng)建設(shè)，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。加強無功無償容量建設(shè)，配網(wǎng)線路及臺架合理配置補償裝置，提高用戶功率因素，減少線路輸送的無功功率。

（2）加強無功負荷經(jīng)濟調(diào)度減少輸變電設(shè)備損耗。在有功負荷分配已確定的前提下，運行人員注意監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài)，充分利用電網(wǎng)無功電源、無功補償及電壓調(diào)節(jié)設(shè)備，保證無功電力的就地平衡。調(diào)整各無功電源間的負荷分配，使有功網(wǎng)損最小，實現(xiàn)無功功率經(jīng)濟調(diào)度。

（3）加強電容器的日常巡視、實驗和消缺管理，確保設(shè)備健康狀況良好，對有缺陷的電容器盡快處理，保證電容器可用率達到100%。

（4）繼續(xù)加強對縣（市）供電局無功電壓的管理工作，分批次、分階段的納入縣局的電壓數(shù)據(jù)。同時，完善各類電壓檢測點設(shè)置問題，盡快完成電壓檢測表的安裝，并將電壓監(jiān)測點設(shè)置情況上報地調(diào)。

（5）加強新技術(shù)的應(yīng)用。將AVC與省中調(diào)AVC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，對縣級子公司VQC裝置進行計劃驗收投入，逐步將縣級子公司110KV變電站投入AVC閉環(huán)控制。

（6）將無功電壓控制和電網(wǎng)規(guī)劃工作相結(jié)合。

4.結(jié)束語

電壓和無功管理設(shè)計到電力生產(chǎn)的全過程，需要各生產(chǎn)運行部門協(xié)同配合。要保證對用戶供電的電壓質(zhì)量，降低線損，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，必須按無功電力分層、分區(qū)和就地平衡的原則，做好無功補償設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)，合理安排無功電源，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、潮流分布等情況配置相應(yīng)的無功補償設(shè)備。同時要強調(diào)科技支撐，加強技術(shù)手段的應(yīng)用，提高無功電壓的運行管理水平。