地區(qū)電網(wǎng)電壓無功分析研究

康利軍

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯市薛家灣鎮(zhèn)，內(nèi)蒙 鄂爾多斯 010300）

在電力系統(tǒng)中，保證電壓質(zhì)量的方法有無功補償、調(diào)節(jié)變壓器分接頭等，但無功補償是電力系統(tǒng)中確保電壓質(zhì)量的基本條件，對無功補償裝置進行合理的分配和控制，能夠有效的提高電壓質(zhì)量，同時提高設備安全性和可靠性[1]，降低系統(tǒng)網(wǎng)絡損耗，從而提高電網(wǎng)輸送電能的能力，發(fā)揮電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益。越靠近電源點的電壓穩(wěn)定性越好，但是在輕負荷時這些點的電壓和功率因數(shù)偏高，重負荷時這些點的電壓和功率因數(shù)又偏低，遠離電源點的電壓穩(wěn)定性就更差，無法達到電網(wǎng)考核標準[2-3]。本文結(jié)合準格爾旗地區(qū)電網(wǎng)的無功電壓存在的問題進行分析，提出一些解決電壓質(zhì)量的措施。

1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓運行情況

1.1 地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

目前，在準格爾旗地區(qū)共有1座500kV變電站、6座220kV變電站，該地區(qū)所需電力主要由內(nèi)蒙古電網(wǎng)主網(wǎng)架供應，通過500kV寧格爾變、220kV楊四海變、薛家灣變、大路變、長勝變構(gòu)成該地區(qū)的主網(wǎng)架構(gòu)，從內(nèi)蒙古電網(wǎng)寧格爾變受進電力、大飯鋪電廠、萬家寨水電廠、伊東自備電廠和準能電廠向楊四海變電站、薛家灣變電站和寧格爾變電站送電。地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2012年準格爾旗地區(qū)電網(wǎng)最高負荷為1280MW，最低負荷1023MW，預計2013年最高負荷達到1370MW。

1.2 地區(qū)電網(wǎng)無功現(xiàn)狀分析

2012年準格爾旗地區(qū)電網(wǎng)安裝無功補償電容器總?cè)萘繛?94.9Mvar（包括該地區(qū)故障的電容器），其中網(wǎng)內(nèi)安裝電容器總?cè)萘繛?85.9Mvar，用戶安裝電容器總?cè)萘繛?09Mvar。

當?shù)貐^(qū)負荷達到最高峰時，系統(tǒng)無功缺額為26.47Mvar（其中楊榆地區(qū)無功缺額約為8.6Mvar，大路地區(qū)無功缺額約10Mvar，薛家灣鎮(zhèn)供電區(qū)域無功缺額4.47Mvar，川掌地區(qū)無功缺額約為3.4Mvar）。地區(qū)電網(wǎng)所轄220kV變電站總無功設備容量為268.8Mvar（其中包括損壞和無法投入的容量123Mvar，可投容量只有145.8Mvar）。除220kV薛家灣變、長勝變、川掌變無功補償裝置能正常投切外，楊四海變電站有4臺電容無法投運，大路站有6臺電容器無法投運。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 電網(wǎng)運行存在無功電壓的問題

2.1 電網(wǎng)運行負荷不均衡，引起電壓波動

準格爾旗地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)在是內(nèi)蒙古電網(wǎng)外送的通道之一，越接近于電源點，電壓偏離于上線運行，給電壓的穩(wěn)定性帶來一定的影響。220kV川掌變、楊四海變、薛家灣變，在電網(wǎng)達到高峰負荷時，最高電壓可達241.7kV，楊四海變、薛家灣變所供的部分110kV變電站母線電壓常出現(xiàn)超負荷，而部分變電站負荷特別輕，這對電網(wǎng)的安全運行帶來不利影響。

2.2 無功補償裝置管理不到位

部分變電站電容器損壞，造成地區(qū)電網(wǎng)功率因數(shù)低下。從2011年地區(qū)電網(wǎng)無功補償裝置運行情況統(tǒng)計分析看，楊四海和大路220kV變電站電容器損壞，這兩個站是該地區(qū)電網(wǎng)的重負荷變電站，使得地區(qū)電網(wǎng)的功率因數(shù)下降。

電容器的投切不及時，在負荷高時，不能及時的投入電容器，補償系統(tǒng)的無功缺額；在符合較低時，不能及時地退出電容器，導致母線電壓不穩(wěn)定，給系統(tǒng)的調(diào)壓帶來一定的影響。

用戶電容器管理不到位，不能及時投入，出現(xiàn)系統(tǒng)倒送無功的情況，給系統(tǒng)造成的電壓質(zhì)量影響較大。

2.3 無功補償裝置損壞和修復對地區(qū)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響

電網(wǎng)電容器損壞的修復周期長，而且附屬設備極容易出現(xiàn)故障，不能及時地補償系統(tǒng)的無功缺額，單靠調(diào)節(jié)變壓器分接頭是無法解決電壓質(zhì)量的問題，給地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量造成一定影響。

用戶對電容器管理不到位，損壞率高，修復不及時，無法及時的投入，補充缺額不及時，影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

2.4 地區(qū)電網(wǎng)電壓無功的控制和調(diào)節(jié)能力不足

目前，地區(qū)電網(wǎng)對電壓無功的控制和調(diào)節(jié)能力存在一定困難，特別是35～110kV變電站中個別有載調(diào)壓變壓器的分接頭檔位無法滿足電網(wǎng)運行電壓調(diào)節(jié)的需求。

系統(tǒng)中部分變電站電容器配置不合理，集合式電容器容量大，無法分組投入，在遇到電壓質(zhì)量問題時，投電容器會引起系統(tǒng)的無功過剩，電壓偏高，不投電容器系統(tǒng)有存在無功缺額，電壓偏低，這給系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)和電壓控制帶來一定困難。

用戶電容器占系統(tǒng)電容器總?cè)萘康?1.45%左右，對用戶電容器的及時投切，補充系統(tǒng)無功缺額困難大。目前，存在這樣問題的主要原因：①系統(tǒng)對于用戶的電容器投運情況沒有足夠的了解；②系統(tǒng)電網(wǎng)對電壓無功的考核標準和用戶存在矛盾[5-6]；③在電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在的大量用戶主要是電石廠、硅鐵廠、煤制油、甲醇制造工廠、PVC工廠，這些用戶的電動機較多，諧波污染嚴重，給電容器的運行帶來不利影響，損壞率高，尤其是35kV電石廠、硅鐵廠，廠內(nèi)無功需求量大，造成系統(tǒng)中這些35kV專線供電的工廠母線電壓很低，不滿足合格率要求，從而影響其他用戶的電壓。

2.5 對電廠的無功電壓出力缺乏考核標準

從發(fā)電廠自身的利益出發(fā)，在用電高峰期，發(fā)電廠少發(fā)無功，多發(fā)有功，但是，在此刻正是系統(tǒng)中無功缺額最大的時候；在負荷低谷時期，發(fā)電廠無功按照要求發(fā)，使得系統(tǒng)無功出現(xiàn)過剩的情況，無法平衡系統(tǒng)的無功。

3 對存在的問題所采取的措施

根據(jù)該地區(qū)電網(wǎng)電壓無功不平衡，電壓穩(wěn)定性問題，對無功電壓管理建議采用以下改進措施：

1）現(xiàn)在正在進行對電網(wǎng)設備升級改造和電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設，對于新建變電站時，要進行相關(guān)的無功規(guī)劃，對于變壓器和無功裝置的選型，要充分考慮目前電網(wǎng)中無功電壓存在的問題，結(jié)合這些問題進行變電站內(nèi)無功設備的選擇，特別是目前存在集合式電容器對電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)不利；目前電網(wǎng)設備正在進行大規(guī)模的升級改造，特別是變壓的升級改造，要考慮變壓器分接頭的選擇，解決網(wǎng)內(nèi)有載調(diào)壓變壓器分接頭無法滿足電壓調(diào)節(jié)的問題。目前，該地區(qū)220kV變電站內(nèi)有載調(diào)壓變壓器分接頭檔位為220/121/38.5，在這些變壓器中，常出現(xiàn)中壓側(cè)和低壓側(cè)電壓質(zhì)量不能滿足系統(tǒng)要求，導致電容器投切困難[7]。建議在對設備進行升級改造時，按照目前存在的問題，選擇適合該地區(qū)電網(wǎng)存在問題的變壓器變比，建議升級改造的220kV變電站三側(cè)的額定變比選取原則為：①對于一般情況，三側(cè)的額定變比比選擇為1/1.05/1.05；②對于長距離，重負荷供電的變壓器，三側(cè)額定變比選擇為1/1.05/1.1；③當220kV變電站變壓器低壓側(cè)沒有負荷或者只帶站內(nèi)負荷時，建議采用額定變比為1/1.05/1的比變壓器。

2）加大力度對發(fā)電廠的電壓無功管理，制定相關(guān)的考核細則，并且和電網(wǎng)的考核細則相結(jié)合，使得不相互矛盾。而且對發(fā)電廠進行調(diào)研，分析存在的問題，激勵發(fā)電廠配合電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和功率因數(shù)。

3）加強對電容的管理，建立完善的電容臺帳和考核機制，變電站內(nèi)指定專人對電容器進行日常巡視，修試所指定專人定期對電容器做試驗并進行缺陷處理工作，確保站內(nèi)電容器健康地運行，提高電容設備的可用率。

4）加強對用戶端電壓無功和諧波管理，建立健全完善的用戶端無功補償資料和消諧裝置臺帳。加強無功補償?shù)淖詣涌刂葡到y(tǒng)建設，實時監(jiān)測用戶電容器的投入情況；在給用戶供電的母線上裝設電壓監(jiān)測儀，并且保證設置率100%；組織專門人員開展對用戶端功率因數(shù)的電費專項檢查，擴大輿論宣傳，同時督促用戶對電壓無功的管理，幫助用戶解決在電容器運行管理方面存在的問題，提高用戶電容器的投入率，減少由于功率因數(shù)和電壓質(zhì)量不合格而引起的電費支出，降低電網(wǎng)的網(wǎng)絡損耗，并將完善用戶無功補償?shù)目己俗鳛橐粋€專門課題進行研究。

5）在變電站內(nèi)每個班組做好每個月典型日實時功率因素統(tǒng)計工作，并且結(jié)合無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)中所采集的數(shù)據(jù)進行綜合分析，找出地區(qū)電網(wǎng)中無功配置的薄弱環(huán)節(jié)，及時的在電網(wǎng)設備改造中，編制電容器的新增和改造計劃。對于系統(tǒng)功率因數(shù)長期低于0.9的線路和變電站，在這些地方安裝可以自動投切的電容器，實施補償無功缺額。

6）新裝設的電容器，在選型方面，要選擇組別多、小容量的電容器，解決集合式電容器投切式存在的問題，最大可能的實現(xiàn)自動投，實現(xiàn)對地區(qū)電網(wǎng)無功的優(yōu)化配置。

4 結(jié)論

對地區(qū)電網(wǎng)存在的電壓無功問題進行詳細分析，找出無功補償裝置配置、維修及其對用戶和電廠管理中存在的問題，并給出應對措施。通過這些應對在電網(wǎng)中實際應用措施，可以大大地提高電網(wǎng)對無功的控制能力，滿足地區(qū)電網(wǎng)對電壓合格率的考核水平，提高用戶供電的電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)絡線損，保證地區(qū)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

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