有載調(diào)壓變壓器的調(diào)配和使用

李江華，范永江

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有載調(diào)壓變壓器的調(diào)配和使用

李江華1，范永江2

（1 海軍北海艦隊司令部軍訓(xùn)處，山東青島 266071；2 中船重工集團701所，武漢 430064）

介紹了電力系統(tǒng)的中樞點的選擇及中樞點的調(diào)壓方式，三繞組變壓器分接頭選擇原則。對電力系統(tǒng)無功不足時的調(diào)壓效果進行了分析，算例表明，通過調(diào)整可以減少電力網(wǎng)功率損耗和電能損耗，增大電力網(wǎng)輸送能力。

變壓器 升壓 節(jié)能

0 引言

在電力網(wǎng)的正常運行中，任何電壓的正、負(fù)偏移過大都會帶來經(jīng)濟和安全方面的不利影響。這是因為：

1）所有的用電設(shè)備都是按運行在額定電壓時效率為最高設(shè)計的，嚴(yán)重偏離額定電壓必然會導(dǎo)致效率的下降，使經(jīng)濟性變差；

2）電壓過高會大大縮短白熾燈一類照明燈的壽命，也會對設(shè)備的絕緣產(chǎn)生危害；

3）電壓過低會大大增加恒定轉(zhuǎn)矩的異步電動機的轉(zhuǎn)差，由此引起工業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)次品、廢品，轉(zhuǎn)差增大的結(jié)果使異步電動機電流增加，由此引起發(fā)熱甚至損壞。

鑒于供電電壓嚴(yán)重偏移的危害，為此，為保證工礦企業(yè)和城鄉(xiāng)居民的正常用電，國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T12325—2003)特對供電電壓的允許偏差做出了如下規(guī)定：

1）35 kV及以上供電電壓正負(fù)偏差的絕對值之和不超過標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的10%。

2） 10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的±7%。

3） 220 V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。

1 電力系統(tǒng)的中樞點的選擇及中樞點的調(diào)壓方式

電力系統(tǒng)的中樞點通常選擇一些具有代表性的樞紐變電所的各側(cè)母線的節(jié)點加以監(jiān)視、控制，如果這些母線節(jié)點的電壓滿足要求，則該節(jié)點臨近的下級節(jié)點基本上也能滿足要求，這些節(jié)點即稱之為中樞點。中樞點電壓控制有逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓三種方式。

1）逆調(diào)壓方式要求高峰負(fù)荷時中樞點電壓調(diào)到1.05UN；低谷負(fù)荷時調(diào)到UN；

2）順調(diào)方式壓要求高峰負(fù)荷時中樞點電壓不低于1.025UN；低谷負(fù)荷時不高于1.075UN；

3）常調(diào)壓方式要求在任何負(fù)荷時中樞點電壓基本保持不變且略大于UN。

2 三繞組變壓器分接頭選擇原則

雖然要求電網(wǎng)在運行中的各節(jié)點電壓要保持在額定值，但在實際運行中其實是較為困難的。鑒于以上原因，同時考慮到用電設(shè)備對電壓的要求，根據(jù)電壓偏移的最大允許范圍。必須進行電壓調(diào)整時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)有功功率和無功功率的實際分布情況對系統(tǒng)中樞點母線電壓進行調(diào)整。調(diào)整時應(yīng)遵循的原則：

1）所選分接頭的位置，應(yīng)使二次側(cè)母線實際不超過上下允許的偏差范圍;

2）降壓變壓器的分接頭位置，應(yīng)盡量使二次母線電壓在額定電壓與下限值之間運行;

3）升壓變壓器的分接頭位置，在保證發(fā)電機有最大的有功出力和無功出力的前提下，盡量放在最高位置運行;

4）樞紐變電站三圈主變壓器確需進行檔位調(diào)整時，因高、中壓側(cè)裝設(shè)有分接開關(guān)，而低壓側(cè)無分接開關(guān)，其電壓的調(diào)整是在保證低壓側(cè)母線電壓合格的基礎(chǔ)上來確定高壓側(cè)（電源側(cè)）的檔位。然后在固定此分接頭的基礎(chǔ)上，根據(jù)高、中壓情況選出中壓側(cè)的分接頭。同理，當(dāng)中壓側(cè)有電源時，應(yīng)首先根據(jù)中低壓側(cè)情況選出中壓側(cè)分接頭，在固定此分接頭的基礎(chǔ)上，根據(jù)高中壓情況選出中壓側(cè)的分接頭。在系統(tǒng)無功功率正常的情況下，其計算公式為：

其中：2th為三圈變壓器中壓側(cè)調(diào)檔后的電壓，1sj為三圈變壓器高壓側(cè)實際運行電壓，2yt為三圈變壓器中壓側(cè)應(yīng)調(diào)檔位電壓。

在主變壓器高壓側(cè)的檔位調(diào)整后，也即改變了變壓器高壓側(cè)繞組的匝數(shù)，其變比也隨之改變，又由于2=/，因此變壓器低壓側(cè)電壓也發(fā)生了變化。例如一臺110000 kV/11 kV的降壓變壓器，分接頭原在額定電壓位置，其變壓比k=10，有時夜間低谷負(fù)荷或因事故的原因?qū)е孪到y(tǒng)大負(fù)荷突然減掉引起電壓升為115500 kV，致使變壓器低壓側(cè)電壓過高，現(xiàn)在要降低主變壓器低壓側(cè)電壓，根據(jù)2=/，要增大值，需要增加一次繞組的匝數(shù)1，這時分接頭應(yīng)往+2×2.5%檔位調(diào)整，即調(diào)到電壓為110000×（1+2×2.5%）=115500這個分接頭，此時的變壓比為=10.5，低壓側(cè)電壓為2=115500/10.5= 11000 V。

3 電力系統(tǒng)無功不足時調(diào)壓效果分析

利用改變變壓器電壓比進行調(diào)壓，必須注意的前提條件是，當(dāng)電力系統(tǒng)無功不足時，利用變壓器的分接頭調(diào)整電壓的效果不十分理想。分析如下：

如圖1所示。設(shè)由于發(fā)電機無功容量不足，以至于各母線電壓水平偏低，發(fā)電機輸出的無功功率G已達到最大允許值Gmax?，F(xiàn)改變變壓器T-3的電壓比，希望提高母線6的電壓6。根據(jù)負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性可知，在電壓變化時，無功負(fù)荷的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功負(fù)荷的變化，且無功負(fù)荷變化引起的電壓波動也遠(yuǎn)較有功負(fù)荷大。因此，當(dāng)6提高時，負(fù)荷6也將增加，這會使發(fā)電機輸出的G>Gmax。所謂的負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性是指在頻率恒定時，電壓與負(fù)荷的關(guān)系，也即=(，)的關(guān)系。為保證發(fā)電機安全運行，只有降低發(fā)電機勵磁電流，使G減小到允許值，即G=Gmax。顯然，這會導(dǎo)致1-5的電壓降低，而母線6的電壓也不能升到預(yù)期值。以上表明改變T-3的電壓比，不但6升高有限，還會導(dǎo)致其他母線的電壓的進一步下降。因此，當(dāng)系統(tǒng)無功功率不足時，首先應(yīng)裝設(shè)或投入無功功率補償設(shè)備，使系統(tǒng)無功功率容量有一定的冗余度。

圖1 電力系統(tǒng)無功不足調(diào)壓效果分析參照圖

需要指出的是：當(dāng)電力系統(tǒng)無功功率不足時，希望通過利用變壓器的分接頭調(diào)整電壓不能增減系統(tǒng)的無功，它只能改變系統(tǒng)的無功功率分布。為此，不能通過改變變壓器的電壓比來進行調(diào)壓。因為改變變壓器的電壓比從本質(zhì)上講并沒有增加系統(tǒng)的的無功功率，這樣以減少其他地方的無功功率來補充某個地方由于無功功率不足而造成的電壓低下，其他地方則有可能因此而造成無功功率嚴(yán)重不足，不能根本性解決整個電力網(wǎng)的電壓質(zhì)量問題，因此，在整個系統(tǒng)普遍缺少無功的情況下，應(yīng)首先考慮投入一定容量的無功補償裝置，若用改變主變壓器分接頭的辦法來提高用戶的電壓水平，其效果是不十分理想的。

4 樞紐變電站主變壓器分接頭調(diào)整算例

圖2 降壓變壓器分接頭調(diào)整參照圖

最大和最小負(fù)荷時，變壓器阻抗中的電壓損耗分別為

按照最小負(fù)荷時補償電容器全部切除的條件來確定變壓器分接頭電壓，

則補償容量

則此時最大負(fù)荷時變電所二次側(cè)母線實際電壓

補償后變壓器阻抗中電壓損耗降低為

變電所二次側(cè)母線實際電壓為

經(jīng)計算證明，裝設(shè)或投入10.5 MVar電容器組后，可滿足電壓質(zhì)量要求。同時，不僅具有減少電力網(wǎng)功率損耗和電能損耗，且還有能增大電力網(wǎng)輸送能力的作用。

5 結(jié)論

電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整，是一項技術(shù)較為復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，尤其是當(dāng)系統(tǒng)電壓較低時，電力調(diào)度部門應(yīng)首先考慮檢查所轄各變電所各級電壓母線側(cè)電容補償裝置的投入運行情況，在無功功率缺額不是很大的情況下，對相關(guān)變電所主變壓器進行調(diào)壓，才能達到較好的調(diào)壓效果。電力調(diào)度部門要分門別類的計算并建立健全主要輸電線路、主變的阻抗參數(shù)，根據(jù)所轄電網(wǎng)典型月、日負(fù)荷曲線，科學(xué)制定重要變電站主變壓器分接頭的日調(diào)整方式，建立健全所轄電網(wǎng)電壓嚴(yán)重偏移的處理預(yù)案，力求以較少的調(diào)壓次數(shù)達到最大的調(diào)壓效果。切實把電網(wǎng)電壓水平控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

[1] 電力系統(tǒng)運行操作和計算. 北京: 水利電力出版社, 1979.

[2] 電力系統(tǒng)自動化. 北京: 電力工業(yè)出版社, 1980.

Distribution and Utilization of on-load Voltage Adjustment Transformer

Li Jianghua1,Fan Yongjiang2

（1. Military Training office in NNSFH, Qingdao 266071, Shandong, China; 2. The 701 Institute in CSSC, Wuhan 430064, China）

TM403.4

A

1003-4862（2013）12-0055-03

2013-05-15

李江華 (1973-)，男，工程師。主要研究方向為核動力管理。