變電所所用電電壓影響因素分析及控制策略

徐 凱，徐 昕

（國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

變電所的正常運行離不開電力變壓器。變電所內(nèi)的電力變壓器按作用可分為主變壓器（簡稱主變）和所用變壓器（簡稱所用變）兩類。根據(jù)系統(tǒng)接入方案的不同，主變輸入電壓一般為35～1 000 kV，其額定容量達數(shù)萬至幾百萬千伏安。相比而言，所用變?nèi)萘恳〉枚?，一般僅幾百千伏安，用于為變電所內(nèi)各類電氣、動力、網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備的正常工作及運行維護作業(yè)提供電能。

所用變的一次側(cè)（高壓側(cè)）一般接于主變低壓側(cè)母線或掛于主變低壓側(cè)母線所供的線路上。典型接線如圖1所示。

由圖1可見，所用變在變電所內(nèi)處于系統(tǒng)末端，其低壓側(cè)電壓（即所用電電壓）易受電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波動、設(shè)備參數(shù)選型等諸多因素的影響，若對所用電電壓不加以分析及控制，過高或過低的電壓將危及所供設(shè)備的正常運行，進而影響變電所安全穩(wěn)定運行。

圖1 變電所內(nèi)主變和所用變典型接線

本文結(jié)合我國供電電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)[1]及變電所在運設(shè)備的實際情況，分析了電壓偏差的危害及影響變電所所用電電壓的因素，并提出針對性的控制策略。

1 供電電壓偏差危害及限制

1.1 供電電壓偏差危害

若變電所所用電的電壓波動超過我國供電電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)，將會給用電設(shè)備帶來嚴(yán)重危害，具體體現(xiàn)在以下方面[2]：

（1）影響感應(yīng)電動機的電流（轉(zhuǎn)子電流、勵磁電流、啟動電流）、轉(zhuǎn)矩、功率、功率因數(shù)、效率和壽命等。電壓降低將使電動機轉(zhuǎn)矩明顯下降，當(dāng)電壓降低到臨界值以下時，電動機就難以啟動，還可能因堵轉(zhuǎn)而燒毀；而電壓升高時，電動機可能發(fā)生過熱，降低使用壽命。變電所內(nèi)有眾多的電動機設(shè)備，如主變的強油循環(huán)風(fēng)冷油泵、風(fēng)扇，強排水泵，通風(fēng)電機，部分開關(guān)、閘刀交流儲能或操動機構(gòu)的電動機等。

（2）影響白熾燈、熒光燈等燈具的功率、光通量、發(fā)光效率和壽命期限。

（3）影響電子設(shè)備的壽命。電壓降低使計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示器色彩異常、亮度變暗，電壓升高則使顯像管、裝置電源板壽命降低，電壓偏差過大時，計算機和控制設(shè)備容易出錯并造成誤動。目前在運的綜合自動化、數(shù)字化、智能化變電所內(nèi)運行著眾多計算機、測控單元、采集單元、網(wǎng)絡(luò)通信等電子設(shè)備，電壓偏差過大無疑將影響這些設(shè)備的正常運行。

1.2 供電電壓偏差限制

用電設(shè)備的運行指標(biāo)和額定壽命是對其額定電壓而言的，當(dāng)運行電壓出現(xiàn)偏差時，其運行參數(shù)和壽命將受到影響，影響程度與偏差的大小、持續(xù)時間和設(shè)備狀況有關(guān)。

供電電壓偏差是電能質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)對供電電壓偏差有如下的限制[1]：220 V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的－7%～＋10%。因此，220 V電壓應(yīng)控制在204.6～242 V，這也是變電所所用變二次側(cè)（低壓側(cè)）電壓的控制范圍。

2 影響變電所所用電電壓的因素

影響所用電電壓的因素眾多，本文分析的前提是排除設(shè)備（如電力變壓器、導(dǎo)線、電纜等）質(zhì)量問題、不考慮所用電特殊負(fù)載 （如大功率用電設(shè)備同時啟動、重負(fù)載），且電力變壓器工作在《電力變壓器運行規(guī)程》[3]規(guī)定的運行條件下。

為適應(yīng)現(xiàn)場工程應(yīng)用，本文主要圍繞主變與所用變電壓波動間的關(guān)系進行分析。

2.1 系統(tǒng)電壓

系統(tǒng)電壓是指變壓器高壓側(cè)輸入的電壓，系統(tǒng)電壓的波動勢必引起變壓器其它側(cè)（中壓側(cè)、低壓側(cè)或第四側(cè)）電壓同步變化。

調(diào)度規(guī)程規(guī)定，電網(wǎng)的無功功率和電壓實行分級管理原則。以目前浙江省骨干電網(wǎng)（500 kV電網(wǎng)）為例，網(wǎng)、省調(diào)定期行文下發(fā)規(guī)定各500 kV變電所及相關(guān)電廠的220 kV和500 kV電壓控制點電壓曲線控制范圍，并由各級調(diào)控部門對各自管轄電網(wǎng)的無功平衡和電壓進行調(diào)整、控制和管理。以湖州地區(qū)在運的500 kV變電所為例，2012年第四季度各電壓控制點的電壓曲線范圍如表1所示。

表1 湖州地區(qū)500 kV變電所電壓控制點電壓范圍

而110 kV及以下電網(wǎng)一般由無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)（AVC）對電壓進行控制。目前湖州電網(wǎng)主網(wǎng)架（220 kV）AVC控制策略中對220 kV變電所110 kV和35 kV母線電壓的控制范圍如表2所示。

表2 湖州地區(qū)220 kV變電所35～110 kV電壓控制范圍

AVC策略中規(guī)定，超出表2電壓控制范圍時，越下限時升主變檔位，越上限時降主變檔位。當(dāng)220 kV電壓低于下限值（225 kV）時禁止切該片區(qū)電容器，220 kV電壓高于上限值（235 kV）時禁止投該片區(qū)電容器。

綜上所述，變電所內(nèi)各電壓等級母線電壓在實際運行中均有一定的波動范圍，控制范圍如表3所示。

表3 35～500 kV母線電壓控制范圍

2.2 變壓器調(diào)壓裝置

利用變壓器調(diào)壓裝置改變分接頭檔位，也是一種調(diào)節(jié)輸出電壓的方式。有載調(diào)壓變壓器比無載調(diào)壓變壓器應(yīng)用更靈活，調(diào)節(jié)分接頭時不影響變壓器供電，是實現(xiàn)AVC控制的必備條件之一。

以圖1所示接線圖為例，在系統(tǒng)電壓恒定情況下，調(diào)節(jié)主變分接頭檔位會影響所用變所在母線的電壓，調(diào)節(jié)所用變分接頭檔位會影響所用電電壓。由于系統(tǒng)電壓控制范圍明確，故通過主變和所用變分接頭檔位的合理調(diào)整、配合，理論上就能確保所用電電壓在安全的水平。

2.3 變壓器額定電壓

新建變電所系統(tǒng)接入方案考慮了變壓器在運行中的電壓環(huán)境，使投運的主變各側(cè)額定電壓并不一致。實際工程中，所用變高壓側(cè)額定電壓的選擇也不統(tǒng)一。以現(xiàn)場典型的A，B，C 3座220 kV變電所的主變及所用變配置為例進行說明，其配置如表4所示。

表4 220 kV變電所主變、所用變典型配置

表4中A，B，C 3座變電所主變低壓側(cè)額定電壓有38.5 kV和37 kV 2種，所用變高壓側(cè)額定電壓有35 kV，37 kV和38.5 kV 3種。

通常關(guān)注的是所用電電壓，根據(jù)表2可知，220 kV變電所的35 kV母線電壓通過AVC系統(tǒng)控制在35～37.5 kV范圍，此范圍也是所用變高壓側(cè)電壓的理論波動范圍（35 kV為下限，37.5 kV為上限）。

按表4分別根據(jù)A，B，C 3座變電所所用變檔位計算變比（A所用變檔位用A1—A5表示，B所用變檔位用B1—B3表示，C所用變檔位用C1—C3表示），再根據(jù)變比核算各臺所用變高壓側(cè)電壓在上、下限情況時的低壓側(cè)（所用電）電壓的最高值和最低值。計算結(jié)果如表5所示。

表5 A，B，C變電所的所用電電壓

根據(jù)供電電壓偏差限制，表5中部分所用變在某些檔位運行時電壓已越限，越限檔位見表6。

表6 A，B，C變電所正常情況下可能導(dǎo)致所用電越限的檔位

3 變電所所用電電壓控制策略

根據(jù)上述分析，從設(shè)計、運行階段對所用電電壓控制提出針對性控制策略。

3.1 設(shè)計階段

（1）所用變高壓側(cè)額定電壓：所用變選型時，其高壓側(cè)額定電壓應(yīng)盡可能接近或與主變低壓側(cè)額定電壓保持一致，以避免所用變長期運行在較高電壓水平，滿足不得長期高于額定電壓105%的要求，同時也能充分發(fā)揮所用變各級檔位的調(diào)壓作用。若所用變高壓側(cè)所加電壓過高或過低，會導(dǎo)致部分檔位調(diào)壓結(jié)果不符合電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）所用變分接頭檔位：在同樣的調(diào)壓范圍內(nèi)，所用變分接開關(guān)檔位設(shè)置越精細(xì)越好。由表5可見，A，B，C所用變可調(diào)電壓范圍均為±5%，但A所用變檔位采用±2×2.5%，要優(yōu)于B和C所用變檔位±5%。檔位分得越細(xì)，越便于現(xiàn)場選擇最符合供電電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)的所用變檔位。

（3）并列運行變壓器的調(diào)壓裝置：經(jīng)濟技術(shù)條件允許時，無論主變還是所用變，應(yīng)盡量采用有載調(diào)壓變壓器，在技術(shù)上滿足不停電調(diào)壓的要求。新建或擴建工程中安裝有多臺主變或所用變，除應(yīng)滿足變壓器并列運行條件外，還應(yīng)確保主變或所用變采取的調(diào)壓方式一致。若其中1臺變壓器采用有載調(diào)壓而另1臺采用無載調(diào)壓，為滿足變壓器并列運行條件，將不得不退出有載調(diào)壓裝置，既浪費投資，又無法發(fā)揮變壓器有載調(diào)壓的優(yōu)勢。

（4）所用電系統(tǒng)負(fù)荷：設(shè)計時應(yīng)合理分配所用電系統(tǒng)各相負(fù)荷，避免重載相出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象。

3.2 運行階段

（1）所用變投運前的核算和實測：涉及所用變投運的工程，投運前應(yīng)開展所用變檔位確認(rèn)及所用電電壓核算。即根據(jù)該變電所主變與所用變額定電壓參數(shù)、所用變所在母線AVC控制策略中的上/下限電壓范圍，計算所用變各檔位運行時輸出的所用電電壓上/下限值，并與供電電壓偏差限值進行比對，剔除所用電電壓上/下限越限的檔位，選擇最符合供電電壓標(biāo)準(zhǔn)的檔位。計算過程按表5、表6進行。

待所用變高壓側(cè)帶電后，應(yīng)實測所用電電壓，校核所用變檔位滿足理論計算結(jié)論后，方可帶上所用電負(fù)荷。這樣做的主要原因是不同廠家的所用變分接開關(guān)的有載或無載調(diào)壓設(shè)置方式不同，調(diào)檔的結(jié)果不能完全憑肉眼觀看指示來確認(rèn)，要防止調(diào)檔不準(zhǔn)確情況的發(fā)生。

（2）加強AVC系統(tǒng)運維及策略管理：AVC系統(tǒng)至關(guān)重要，直接影響35 kV及以上母線電壓的控制，要確保AVC系統(tǒng)策略的正確性以及軟/硬件和通信等部件的正常運行。若AVC策略中關(guān)于所用變所在母線（高壓側(cè)）電壓的上/下限范圍有所調(diào)整，應(yīng)事先開展所用變檔位調(diào)整及所用電電壓核算工作。

（3）加強無功設(shè)備運維管理：運行單位對變壓器有載分接開關(guān)、無功補償設(shè)備要加強巡視和消缺力度，深化狀態(tài)檢修體系建設(shè)和帶電檢測工作，認(rèn)真落實反措，確保AVC策略控制執(zhí)行到位。

4 結(jié)語

變電所所用電電壓應(yīng)符合國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過分析影響所用電電壓的主要因素，在設(shè)計、運行階段高度重視所用電電壓問題，避免投資不經(jīng)濟、設(shè)備運行不安全情況的發(fā)生。同時，借鑒AVC系統(tǒng)成功運用的經(jīng)驗，期待有更加智能化的所用變投入運用，如果所用變能自動對二次側(cè)輸出電壓進行控制，將電壓限制在國家允許的供電電壓偏差范圍內(nèi)，所用電所帶負(fù)荷的安全性將大大提升。

[1]GB/T 12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]劉連光.中低壓配電網(wǎng)電壓偏差問題的解決途徑與措施[C].中國電機工程學(xué)會電力系統(tǒng)自動化專委會供用電管理自動化分專業(yè)委員會成立暨第一屆學(xué)術(shù)交流會議論文集，2003.

[3]DL/T 572-2010電力變壓器運行規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.