220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點和無功調(diào)壓分析

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和和諧社會的構(gòu)建，人們的生活水平越來越高，與此同時，人們對電力資源的需求量也越來越大。電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓穩(wěn)定對電力系統(tǒng)分穩(wěn)定運行、降低用電損耗、提高供電質(zhì)量能有很大的影響，因此保證電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定十分重要，電力系統(tǒng)在供電過程中經(jīng)常會出現(xiàn)電網(wǎng)損耗的現(xiàn)象，這極大地影響了供電質(zhì)量，需要進行無功調(diào)壓。文章以220 kV電網(wǎng)為例，分析了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的無功調(diào)壓。

關(guān)鍵詞：220 kV；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；無功調(diào)壓

中圖分類號：TM712 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）33-0059-02

電壓的穩(wěn)定性是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，保證電壓穩(wěn)定能確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，減少電網(wǎng)損耗，提高電力產(chǎn)品的質(zhì)量，為用電安全提供保障。電力系統(tǒng)的無功功率輸出必須滿足電能消費與電能負(fù)荷的要求，否則電壓就會出現(xiàn)偏離，因此，保證電力系統(tǒng)的無功功率符合相關(guān)要求是十分重要的，通過無功優(yōu)化能有效地提高電壓合格率，降低電能損失。下面就220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及無功調(diào)壓進行分析。

1 電壓穩(wěn)定的意義

電壓是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要指標(biāo)，它能直接反映出電力系統(tǒng)的無功功率平衡情況，電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，能極大地減少帶能損失，為用戶的安全用電提供保證，因此，保證電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定是十分重要的。當(dāng)電力系統(tǒng)無功功率的無功率輸出不能滿足電網(wǎng)消費要求，那么電壓評估值就會出現(xiàn)偏差，如果電壓偏差超過相關(guān)范圍，就會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成很大的影響，甚至?xí)痣娏Π踩鹿?，由此可見，維持電壓穩(wěn)定有十分重要的意義。在220 kV電網(wǎng)的110 kV側(cè)安裝無功配置，能有效地提高電網(wǎng)的無功補償能力，降低電網(wǎng)的損耗，減少電網(wǎng)的維護成本，對220 kV電網(wǎng)進行無功補償，是環(huán)節(jié)無功緊缺，提高電網(wǎng)抵御事故能力的重要手段。

2 無功優(yōu)化

2.1 無功優(yōu)化的背景

當(dāng)大量無功功率出現(xiàn)線路中時，會對電力系統(tǒng)的功率及網(wǎng)損造成很大的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①增加設(shè)備容量。當(dāng)無功功率增加后，電流會逐漸增加，而變壓器、發(fā)電機等電氣設(shè)備的容量以及導(dǎo)線的容量也會增加，并且用電用戶的起動、測量儀表、控制設(shè)備等的規(guī)格尺寸也會變大。

②增加設(shè)備及線路損耗。無功功率增加后，系統(tǒng)的總電流會變大，就會增大設(shè)備和線路的損耗。

③無功功率增加后，變壓器、線路的電壓會增大，如果沖擊無功功率負(fù)債，就會使得電壓產(chǎn)生很大的波動，降低電壓的穩(wěn)定性及供電質(zhì)量。

2.2 無功優(yōu)化的意義

電力系統(tǒng)在運行過程中，電源供給的無功功率主要用于建立、維持電氣設(shè)備磁場，從而實現(xiàn)能量交換，無功功率是能量傳輸、轉(zhuǎn)換的必要條件，如果沒有無功功率，變壓器就不能進行電能的變壓、輸送，也不能保證電動機的穩(wěn)定運行，因此，實現(xiàn)無功優(yōu)化配置是十分重要的。無功優(yōu)化是電力系統(tǒng)安全運行的重要基礎(chǔ)條件，對電力系統(tǒng)的無功電源進行合理配置，優(yōu)化無功負(fù)荷補償，能有效地提高電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，保持電壓的穩(wěn)定，降低電力系統(tǒng)的有功網(wǎng)損。

3 電壓穩(wěn)定與無功補償?shù)年P(guān)系

220 kV電網(wǎng)的電壓和無功功率有十分緊密的聯(lián)系，電網(wǎng)系統(tǒng)的無功平衡是保證電壓質(zhì)量的重要條件，無功補償對電壓穩(wěn)定的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①當(dāng)發(fā)生無功不平衡時，電壓將會出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。根據(jù)負(fù)荷靜態(tài)電壓的特性可以看出，當(dāng)無功不能滿足要求時，電壓會逐漸下降；當(dāng)無功比較多時，電壓會逐漸上升。

②當(dāng)無功潮流在電網(wǎng)系統(tǒng)中流動時，會增加電網(wǎng)損耗，導(dǎo)致電壓降低，引起電壓偏差。

③當(dāng)無功負(fù)荷發(fā)生變化時，電壓也會發(fā)生變化，無功負(fù)荷變化越大，則電壓的變化也就越大。負(fù)荷端短路容量和負(fù)荷的比值等于，單位無功負(fù)荷變化引起的電壓變化與單位有功負(fù)荷變化引起的電壓比值，由此可見，無功負(fù)荷對負(fù)荷端電壓的影響要比有功負(fù)荷對負(fù)荷端電壓的影響大。因此，對電網(wǎng)進行無功調(diào)壓是十分重要的。

4 無功優(yōu)化控制

無功優(yōu)化控制是指在給定電力系統(tǒng)有功電源、有功負(fù)荷、有功潮流分布等情況下，將發(fā)電機無功出力、負(fù)荷節(jié)點電壓幅值等當(dāng)成狀態(tài)變量，將無功補償電源容量、發(fā)電機機端電壓幅值、可調(diào)變壓器分接頭當(dāng)成控制變量，利用優(yōu)化技術(shù)，調(diào)節(jié)控制變量，從而實現(xiàn)將有功網(wǎng)損降到最低。無功優(yōu)化控制方式有集中控制、分散控制、關(guān)聯(lián)分散控制三種情況，下面分別對這三種情況進行分析。

4.1 集中控制

集中控制是指在調(diào)度中心對各變電站的主變分接頭和無功補償設(shè)備進行統(tǒng)一控制，集中控制是維持電力系統(tǒng)電壓正常，提高電力系統(tǒng)運行可靠性的重要手段。但集中控制要求調(diào)度中心具備優(yōu)化控制及符合實際電壓的軟件設(shè)備，同時還需要系統(tǒng)具有良好的可觀性，也就是變電站需要具有良好的數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)和穩(wěn)定、可靠的信息傳輸通道。

4.2 分散控制

分散控制是指根據(jù)各個變電站的實際情況，自動調(diào)節(jié)變壓器分接頭和無功補償設(shè)備，從而保證電壓及無功功率處于規(guī)定的范圍。分散控制能充分發(fā)揮局部地區(qū)的優(yōu)勢，提高電壓質(zhì)量，減少變壓器以及局部地區(qū)的電能損耗。

4.3 關(guān)聯(lián)分散控制

當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，分散安裝在變壓器的控制裝置會自動對電壓進行調(diào)控，其調(diào)控范圍會根據(jù)整個系統(tǒng)的安全及經(jīng)濟性確定。當(dāng)系統(tǒng)的運行方式發(fā)生大變化或者系統(tǒng)負(fù)荷變化比較大時，會通過調(diào)度中心直接進行控制，從而滿足系統(tǒng)運行的要求。關(guān)聯(lián)分散控制的特點是系統(tǒng)在正常運行時，通過分散控制裝置進行無功控制，實現(xiàn)責(zé)任分散；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重大變化時，通過集中控制，滿足系統(tǒng)運行需求。關(guān)聯(lián)分散控制對各個控制裝置有很高的要求，控制裝置不僅需要具有良好的判斷控制功能，還需要具有很強的通信能力。

4.4 各種控制方法的對比

從以上內(nèi)容可以看出，理論上集中控制方式是實現(xiàn)無功優(yōu)化，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，提高電力系統(tǒng)運行安全的最佳方法，在一些經(jīng)濟比較發(fā)達，自動化水平比較高的地區(qū)，可以通過集中控制方式實現(xiàn)無功優(yōu)化。分散控制方式在局部控制方面有很強的優(yōu)勢，能極大的提高局部電壓質(zhì)量，但分散控制需要多個控制裝置，極大的增加了控制裝置的維護量。關(guān)聯(lián)分散控制能有效地提高電力系統(tǒng)的運行可靠性，保證電壓穩(wěn)定，但關(guān)聯(lián)分散控制方式對控制裝置的要求比較高。因此，在進行電網(wǎng)無功優(yōu)化時，要根據(jù)實際情況，選擇合理的無功優(yōu)化控制方式，從而為電力系統(tǒng)的運行安全提供保障。

5 電網(wǎng)無功調(diào)壓方式

電壓無功調(diào)整是一個十分復(fù)雜的問題，電力系統(tǒng)的每一點電壓是不同的，不可能通過調(diào)整一處系統(tǒng)電壓，就能滿足整個系統(tǒng)的要求，因此，在進行電壓無功調(diào)整時，需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，對不同的點采用不同的方法，從而滿足系統(tǒng)各點的電壓要求。目前，電網(wǎng)無功調(diào)壓可以分為發(fā)電機調(diào)壓、變壓器分接頭調(diào)壓、并聯(lián)電容器補償調(diào)壓、并聯(lián)電抗器調(diào)壓等幾種方法。

5.1 發(fā)電機調(diào)壓

發(fā)電機調(diào)壓是指根據(jù)P-Q曲線對發(fā)電機無功進行調(diào)整，其P-Q曲線圖如圖1所示。圖中OA表示在額定功率和額定電壓下，發(fā)電機的功率，當(dāng)發(fā)電機運行到AC階段后，發(fā)電機的電壓會下降，當(dāng)發(fā)電機運行到AB段和BD段時，可以通過增加無功、降低有功的方式來調(diào)整發(fā)電機電壓。

5.2 變壓器分接頭調(diào)壓

變壓器分接頭并不能增加或者減少電力系統(tǒng)的無功，只能改變其無功的分布情況，對于無功過?；蛘呷狈Ρ容^嚴(yán)重的地區(qū)，不能只靠變壓器分接頭調(diào)壓方式進行無功調(diào)壓。一般情況下，變壓器的一次電壓和二次電壓變比比差越大，高壓側(cè)流入低壓側(cè)的無功就越小，因此，對于無功過剩的地區(qū)，要將高壓與低壓的比差控制到最大，對于無功缺乏的地區(qū)，要將高壓與低壓的比差控制在最小。變壓器分接頭有無載和有載兩種情況，其中有載調(diào)壓變壓器主要用于系統(tǒng)無功相對平平衡或者稍有富余的情況下，一般情況下，等容量的有載調(diào)壓變壓器要比無載調(diào)壓變壓器的造價高。

5.3 并聯(lián)電容器補償調(diào)壓

并聯(lián)電容器補償調(diào)壓是在系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)安裝并聯(lián)電容器，從而提高系統(tǒng)的負(fù)荷功率因素，減少輸電線路的無功功率流動，從而降低網(wǎng)損，達到調(diào)壓的作用。并聯(lián)電容器補償調(diào)壓常用于無功電源不足的地區(qū)，對于無功嚴(yán)重缺乏的地區(qū)，要綜合其他方式進行無功調(diào)壓。

5.4 并聯(lián)電抗器調(diào)壓

電抗器是用于吸收系統(tǒng)無功功率的設(shè)備，在220 kV電網(wǎng)系統(tǒng)中，電抗器接入的方式有兩種：一是直接接到高壓線路上，這種接入方式的優(yōu)點是能有效地防止高壓線路出現(xiàn)操作過電壓、工頻過電壓等現(xiàn)象，同時與中性點小電抗器配合使用，還能減少長距離高壓線路在單項重合閘過程中出現(xiàn)的故障，確保單項重合閘的順利完成。二是將電抗器接到變壓器的三次側(cè)，這種接入方式的優(yōu)點是操作比較簡單，造價比較低，但當(dāng)大量的無功通過變壓器時，會引起主變發(fā)熱現(xiàn)象，容易增加損耗。

6 結(jié) 語

220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的無功調(diào)壓對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有十分重要的作用，因此，在實際工作中要選擇合理的調(diào)壓方式，不斷提高電力系統(tǒng)的可靠性，維持電壓穩(wěn)定，確保電力系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運行，從而為用戶提供安全、穩(wěn)定、可靠的電能。

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