電網(wǎng)電壓偏高問題分析及解決措施

摘要：文章對電網(wǎng)電壓偏高問題進(jìn)行分析，指出感性無功配置不足、電纜線路充電功率高、主變抽頭設(shè)置不合理、用戶無功倒送等是造成電網(wǎng)電壓偏高的主要原因，并結(jié)合深圳電網(wǎng)實際情況，提出了相應(yīng)的措施和建議，對運(yùn)行電壓偏高的電網(wǎng)企業(yè)有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；電壓偏高；無功配置；解決措施；電纜線路 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM72 文章編號：1009-2374（2016）22-0151-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.074

1 概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。而電網(wǎng)規(guī)模的迅速膨脹和高電壓等級電纜線路廣泛應(yīng)用，用電結(jié)構(gòu)造成負(fù)荷峰谷差較大等原因，電網(wǎng)無功電壓問題已由容性無功缺額轉(zhuǎn)化為不同運(yùn)行方式下感性無功的缺額。

由于深圳負(fù)荷特性三段式特征明顯，深圳電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差也日益加大。近年來城市電網(wǎng)高壓電纜長度快速增加，電纜線路充電功率增大。由于感性無功資源較少，電壓調(diào)控手段匱乏，負(fù)荷低谷期間電網(wǎng)電壓偏高問題較為突出。

本文對電網(wǎng)電壓偏高產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出了多種改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量的措施，為規(guī)劃設(shè)計提供參考。

2 深圳電網(wǎng)概況

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，深圳電網(wǎng)最高負(fù)荷持續(xù)攀升。而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及人民生活水平的不斷提高，負(fù)荷構(gòu)成和用電方式發(fā)生了相應(yīng)的變化，電網(wǎng)負(fù)荷特性呈現(xiàn)出新的變化趨勢，近年負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步擴(kuò)大，負(fù)荷率和年最大負(fù)荷利用小時數(shù)呈下降趨勢。

深圳作為一個移民城市，春節(jié)期間大量市民離開深圳返回家鄉(xiāng)，這期間市內(nèi)人口大量縮減，用電負(fù)荷急劇下降。從歷年數(shù)據(jù)分析，全年最低負(fù)荷都出現(xiàn)在春節(jié)期間，僅為夏季高峰負(fù)荷的1/8左右。最低負(fù)荷時刻電網(wǎng)運(yùn)行特性與負(fù)荷高峰期存在顯著差異，如設(shè)備重載或過載問題、潮流調(diào)控困難大大緩解。

但此時電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率普遍偏低，無功電壓問題較為突出，變電站母線電壓偏高較多。尤其是春節(jié)期間和日常負(fù)荷低谷期，特別是0∶00～06∶00之間，主網(wǎng)無功出現(xiàn)盈余，后半夜全網(wǎng)用戶側(cè)電壓偏高，中心城區(qū)電壓偏高問題尤為突出。電壓偏差過大對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及用電設(shè)備都會產(chǎn)生極大的危害。

3 電壓偏高問題分析

由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，深圳電網(wǎng)歷年負(fù)荷峰谷差較大，低谷期間負(fù)荷很低，主變和線路輕載現(xiàn)象普遍。

深圳市原特區(qū)內(nèi)商業(yè)、居民負(fù)荷比重較高，負(fù)荷峰谷偏差較大，低谷期間負(fù)荷的驟減致使局部地區(qū)電壓偏高，同時向上一電壓層級倒送大量無功，難以實現(xiàn)無功就地平衡。針對低負(fù)荷日無功電壓存在的問題，分析有以下原因。

3.1 感性無功配置不足

深圳電網(wǎng)作為大容量受端電網(wǎng)，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與無功補(bǔ)償設(shè)備的配置密不可分。

低壓并聯(lián)電抗器是為補(bǔ)償系統(tǒng)過剩無功功率的感性無功電源。深圳220kV變電站無功補(bǔ)償裝置裝設(shè)在10kV/20kV母線側(cè)，110kV變電站無功補(bǔ)償裝置裝設(shè)在10kV母線側(cè)，110kV變電站未裝設(shè)低壓電抗器。深圳電網(wǎng)220kV及以下主變?nèi)萘窟_(dá)53752MVA，而低壓并聯(lián)電抗器容量配置只有240MVAR，配置比例僅為0.45%，感性無功補(bǔ)償嚴(yán)重不足。

最低負(fù)荷時刻220kV變電站退出全部低壓電容器、投入大量低壓電抗器的情況下，部分220kV變電站存在大量無功倒送220kV主網(wǎng)。而中心城區(qū)低谷負(fù)荷下降急劇，且電纜線路集中，無功倒送問題最為突出。

早期建設(shè)的220kV變電站未配置低壓電抗器，全網(wǎng)220kV及以下變電站感性無功配置總?cè)萘坎蛔?，在感性無功有缺額的情況下，電壓調(diào)控手段匱乏，負(fù)荷低谷期間220kV變電站主變關(guān)口無功倒送很高。

3.2 電纜線路密集

由于受線路走廊通道的限制，架空線路往往在市區(qū)街道內(nèi)左右橫跨，與城市發(fā)展極不協(xié)調(diào)。深圳市經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，高樓大廈林立，高壓架空線路更是難以走通。隨著城市化的深入推進(jìn)和架空線路走廊資源的寶貴，近幾年電力電纜得以大量使用。

而深圳市電纜線路使用率較高，220kV及以下電壓等級的線路大量采用電纜，尤其是中心城區(qū)電纜率較高，使得低負(fù)荷期間電纜線路充電功率倒送主網(wǎng)，造成電網(wǎng)電壓偏高現(xiàn)象。

3.3 主變抽頭設(shè)置不合理

早期投運(yùn)的220kV變電站主變變比為220/121/11kV，如220kV西鄉(xiāng)站和簡龍站，由于調(diào)壓效果不理想，導(dǎo)致局部地區(qū)整個220kV片區(qū)110kV、10kV母線電壓偏高或越上限運(yùn)行，而此時主變抽頭已沒有調(diào)壓裕度。

電網(wǎng)建設(shè)初期，變電站遠(yuǎn)距離送電，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，變電站布點逐步密集，供電距離也縮短。這類型的變壓器調(diào)壓范圍已無法滿足調(diào)壓要求。此類主變變比已不適用于電網(wǎng)供電半徑短、電纜線路多的城市。

改變變壓器的變比調(diào)壓是根據(jù)調(diào)壓要求適當(dāng)選擇分接頭。但當(dāng)系統(tǒng)感性無功功率電源缺額較大時，系統(tǒng)電壓偏高，如果此時采用有載調(diào)壓變壓器進(jìn)行調(diào)壓，使變壓器二次側(cè)的電壓降低，則無功缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主網(wǎng)上，使主網(wǎng)電壓太高。因此，裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器的前提是系統(tǒng)無功功率電源充足。

3.4 部分電廠及用戶站無功倒送

負(fù)荷低谷期間，部分電廠有無功倒送電網(wǎng)，對電網(wǎng)電壓影響較大，直接導(dǎo)致所連母線電壓升高。部分用戶站如地鐵專用站，因夜間有功負(fù)荷非常小，電纜線路產(chǎn)生的充電功率送入電網(wǎng)的現(xiàn)象長期存在。

4 解決措施

針對上述電網(wǎng)電壓偏高問題分析，從電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、用戶等方面提出以下切實可行的措施：（1）在變電站規(guī)劃設(shè)計過程中，需考慮低壓電抗器的配置。對于中心城區(qū)電纜出線密集的地方，新建變電站可適當(dāng)減少低壓電容器配置，增加低壓電抗器或動態(tài)無功補(bǔ)償裝置；（2）對于現(xiàn)有變電站來說，需結(jié)合高峰負(fù)荷時刻電容器投入率看，如果負(fù)荷高峰時刻低壓電容器的投入率很低，其容性無功配置容量有較大裕度，而負(fù)荷低谷期間感性無功缺額情況突出，考慮將該類220kV變電站的部分低壓電容器組更換為低壓電抗器組，以滿足不同方式下的無功調(diào)壓需求；（3）在變電站規(guī)劃建設(shè)階段，設(shè)置合理的變壓器變比，以改善和提高變壓器抽頭調(diào)節(jié)電壓的能力。例如中心城區(qū)電網(wǎng)或供電半徑較小的地區(qū)新建220kV變電站主變抽頭選用220/115/10.5kV；（4）加強(qiáng)對用戶側(cè)功率因數(shù)的監(jiān)測和考核，建議負(fù)荷變化較大甚至無功倒送的用戶專用站加裝低壓電抗器組或動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，以消除負(fù)荷低谷期間用戶站向電網(wǎng)倒送無功的問題；（5）加強(qiáng)地方電廠的無功出力管理，對電廠的實際進(jìn)相運(yùn)行能力進(jìn)行實測，以便必要時充分發(fā)揮其動態(tài)無功調(diào)節(jié)作用。對于負(fù)荷低谷期間安排停機(jī)的地方電廠，斷開線路的電網(wǎng)側(cè)開關(guān)，避免線路充電功率倒送主網(wǎng)，向電網(wǎng)送入過多無功。

5 結(jié)語

負(fù)荷峰谷差日益加劇，城市電纜線路的增加使得負(fù)荷低谷期間無功出現(xiàn)大量盈余，造成電網(wǎng)電壓偏高。本文針對電壓偏高問題提出改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量的措施和可行性建議，以提高電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，并對同類型城市的規(guī)劃和運(yùn)行具有借鑒意義。

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作者簡介：王素英（1984-），深圳供電規(guī)劃設(shè)計院有限公司工程師，碩士，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）