VQC系統(tǒng)原理及在新投運(yùn)變電站應(yīng)用中的問題分析

陳 洵

廣州供電局

1 .引言

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)對電壓質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格，而無功又是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素。電網(wǎng)中電壓、無功功率的控制手段，已逐步從以前的人工手動調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閂QC 軟件來完成。VQC是指電壓無功控制，調(diào)節(jié)主變的檔位可以改變母線電壓，而電容器投切則影響無功功率的平衡，通過這兩種方式可以改變網(wǎng)絡(luò)無功功率分布，改善功率因素，減少網(wǎng)損和電壓損耗，其對維持電力系統(tǒng)的10k V 母線電壓和功率因數(shù)在允許的范圍內(nèi)變動，對保障電力負(fù)荷的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。

VQC在保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，根據(jù)不同負(fù)荷水平，控制電力系統(tǒng)中已有的無功補(bǔ)償設(shè)備，促使無功功率在網(wǎng)絡(luò)中合理流動，是智能變電站的重要高級應(yīng)用之一?；谥悄茏冸娬疽惑w化監(jiān)控系統(tǒng)的電壓無功控制軟件，將電壓無功綜合控制W模塊化形式嵌入后臺計算機(jī)，充分利用一體化監(jiān)控平臺的全景數(shù)據(jù)，通過代理服務(wù)獲取所需數(shù)據(jù)信息，可以使數(shù)據(jù)來源更加廣泛，實(shí)時性好，并具有良好的兼容性。

然而VQC的應(yīng)用還有很多細(xì)節(jié)問題需要處理和解決。例如，由于VQC同時具備監(jiān)視和控制的功能，因此其系統(tǒng)邏輯的正確性就非常重要。而正確的動作控制又需要精確的數(shù)據(jù)采集，如果采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，就會導(dǎo)致誤動作或者該動作時出現(xiàn)系統(tǒng)失靈。又比如VQC系統(tǒng)中的定值，一般而言是按照理想情況設(shè)定的，但是在變電站實(shí)際運(yùn)行中，有時會與這些預(yù)設(shè)的理想情況不盡相同。因此，有必要在分析VQC系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，采取具體細(xì)致的調(diào)試工作去解決和避免。

2 .變電站VQC系統(tǒng)的工作原理

2.1 VQC系統(tǒng)的電壓和無功調(diào)節(jié)原理

對于變電站而言，為了使電壓與無功達(dá)到所需值，通常采用改變主變分接頭檔位和投切電容器組兩種方法來改變系統(tǒng)的電壓和無功。第一種方法主變分接頭變化不僅僅對電壓有影響，對無功也會有影響；同樣，第二種方法電容器組投切也會對兩者產(chǎn)生影響。有的地方的VQC不是考慮無功而是考慮功率因素作為調(diào)節(jié)的依據(jù)，其原理都是一樣的。

第一種方法中的調(diào)節(jié)變壓器分接頭就是改變變壓器的線圈匝數(shù)，根據(jù)磁場理論，變壓器兩側(cè)電壓比與兩個線圈的匝數(shù)比成正比，所以調(diào)節(jié)線圈匝數(shù)能調(diào)節(jié)二次側(cè)電壓。在變壓器高壓側(cè)電壓不變的情況下，二次側(cè)電壓因?yàn)榫€圈匝數(shù)發(fā)生改變而變化。調(diào)節(jié)變壓器分接頭在改變二次側(cè)電壓的同時，負(fù)荷由于工作電壓的改變使其運(yùn)行點(diǎn)也會發(fā)生改變，所以負(fù)荷吸收的無功功率也會發(fā)生改變。所以，電壓升高時負(fù)荷吸收的無功功率增加，反之減少。此時如果二次側(cè)有補(bǔ)償電容器投入運(yùn)行，則電容器發(fā)出的無功功率也要增加。

第二種方法是投切電容器組，其實(shí)也就是改變當(dāng)?shù)氐臒o功功率電源容量。在當(dāng)?shù)刎?fù)荷基本不變的情況下，投電容器會造成電網(wǎng)送進(jìn)的無功功率減少，而切電容器則反之。投切電容器由于造成了電網(wǎng)送進(jìn)的無功功率變化，變壓器高壓側(cè)的電壓因?yàn)檫M(jìn)線的電壓損耗發(fā)生改變而改變，從而二次側(cè)的電壓也會發(fā)生改變。所以，投電容器除造成進(jìn)線無功功率減少外，二次側(cè)電壓會有所升高；反之，切電容器除造成進(jìn)線無功功率增加外，二次側(cè)電壓會有所降低。具體幅度隨當(dāng)時負(fù)荷的大小和類型的不同而不同。

2.2 VQC定值中的動作邏輯

VQC系統(tǒng)中有定值確定各個動作值和動作邏輯。以廣州地區(qū)某新投運(yùn)110kV變電站的VQC為例，其動作邏輯定值、動作策略如下：

?

該表為VQC軟件動作策略中的九區(qū)策略。一般常用的VQC軟件都有這樣的邏輯表或者策略。按照固定的電壓和無功(功率因數(shù))上下限，將U、Q平面劃分為九個控制區(qū)域，其中區(qū)域9為目標(biāo)區(qū)域，電壓和無功均在合格范圍內(nèi)，為不動作區(qū)域；區(qū)域1-8為電壓越限、無功越限，或者電壓無功都越限，是需要動作的區(qū)域。采用基于九區(qū)圖的電壓無功控制策略在一定程度上提高了電壓質(zhì)量，就地平衡了無功功率，有效減少了線路損耗，滿足了變電站電壓無功控制的要求。

2.3 VQC定值中的時段設(shè)置

在VQC系統(tǒng)的定值中，除了基本的九區(qū)動作策略定值外，有的還有時段設(shè)置，這是因?yàn)樵谝惶斓牟煌瑫r段內(nèi)，無功和電壓都是不一樣的，最大不同就是深夜休息時間和其余時間的無功對比。同樣以上述的廣州地區(qū)某新投運(yùn)110kV變電站的VQC為例，在定值中，時段設(shè)置-時段基本信息一項中把時間分為8：00至23：00、23：00至次日8：00兩個時段，其中23：00至次日8：00的時間段對應(yīng)定值的無功上限為12.1，無功下限為4.3。

3 .新建變電站VQC系統(tǒng)典型問題及原因分析

在上述的廣州地區(qū)某新投運(yùn)110kV變電站中，出現(xiàn)了VQC系統(tǒng)頻繁動作的情況。負(fù)責(zé)巡視該變電站的運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)，VQC系統(tǒng)經(jīng)常在深夜啟動，并且發(fā)出遙控命令，控制變壓器分接頭升檔和降檔來回重復(fù)。長久以往，變壓器分接頭頻繁動作將會導(dǎo)致其機(jī)械機(jī)構(gòu)損壞，影響變壓器正常安全運(yùn)行。

3.1 新建變電站基本情況及分析

一般新投運(yùn)的變電站都只有單臺主變壓器運(yùn)行，等到附近電網(wǎng)建設(shè)成熟后才擴(kuò)建或者啟用各個主變壓器和母線饋線等。該變電站也不例外，當(dāng)時只有#2主變運(yùn)行，所帶的負(fù)荷僅為兩條饋線和一臺站用變，而且兩條饋線并沒有電流，無功基本為0。但是在前面看到的VQC時段設(shè)置圖中，在晚上11時過后到第二天早上8時的無功下限是4.3，即實(shí)際運(yùn)行的無功低于這個下限值的話都是越下限。根據(jù)上述的VQC動作策略圖，系統(tǒng)將長期處于動作區(qū)域，即九區(qū)策略中的1，4，6區(qū)域。

3.2 .VQC動作報告及分析

經(jīng)查閱VQC定值，即上述動作策略定值和時段設(shè)置定值，并了解該系統(tǒng)邏輯，調(diào)取綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)動作報文分析后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓和無功處于4區(qū)時，策略1不能執(zhí)行，因?yàn)樵撜倦娙萜鞑]有投入運(yùn)行，都在檢修狀態(tài)。跳過策略1后，就到執(zhí)行策略2升壓，升壓過后如果還是處于4區(qū)，會繼續(xù)執(zhí)行4區(qū)的邏輯，不斷升壓，令電壓保持比較靠近定值的電壓上限10.6kV。

另外，該VQC系統(tǒng)對升降壓有一個提前的預(yù)判，在定值單中，用于預(yù)判的變壓器調(diào)壓電壓變化率為0.015，乘以線電壓以后大約是0.15kV，用當(dāng)前電壓加上這個0.15kV，判斷結(jié)果是否大于電壓上限值10.6kV，如果小于這個上限值，就可以動作，否則不動作。然而實(shí)際調(diào)檔的電壓變化超過了0.15 kV，大概是0.156kV，這就造成了邏輯判斷的失誤，加上電壓的浮動，令VQC采集的數(shù)據(jù)長期在1，4區(qū)之間徘徊，1區(qū)的策略1是切電容器，策略2是降壓；4區(qū)策略1也是切電容器，策略2是升壓。策略1都執(zhí)行不了，邏輯判斷執(zhí)行策略2，因此就不斷在控制變壓器調(diào)檔升降電壓。

3.3 .分析結(jié)論及問題處理措施

造成上述動作的主要原因是無功長期越下限，使其長期處于動作區(qū)。如果無功不越下限，系統(tǒng)判斷在正常區(qū)域內(nèi)，就不會出現(xiàn)4區(qū)邏輯里面的重復(fù)升壓動作，這樣電壓就不會經(jīng)常性地在10.6kV附近浮動。其次是定值中的變壓器調(diào)壓電壓變化率0.015與實(shí)際情況有誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)預(yù)判不準(zhǔn)確。

事實(shí)上，該VQC的整套動作邏輯是在全部條件都正常的狀況下的策略。但是對于新投運(yùn)的變電站，就有其具體的實(shí)際問題，必須針對具體細(xì)節(jié)做出相應(yīng)的調(diào)整策略。

第一，該變電站剛剛投運(yùn)不久，負(fù)荷很少，因而其無功與VQC定值中的估算有差距，整個運(yùn)行時間的無功都比較小，接近0，而該系統(tǒng)的定值都是根據(jù)正常運(yùn)行的變電站計算出來的，無功通常比較大。因此第一個解決方法就是把無功下限的定值改小，使其切合使用情況，不會導(dǎo)致系統(tǒng)一直運(yùn)行在動作區(qū)。

第二，該變電站的電容器沒有投入運(yùn)行，都處于檢修狀態(tài)，不是隨時可投切的狀態(tài)，這就導(dǎo)致了策略1長期不可用，對動作邏輯自然造成很大影響。解決方法就是盡快把電容器投入運(yùn)行，切合VQC的動作需要。

第三，定值單中的變壓器調(diào)壓電壓變化率為0.015，按這個值計算出來的調(diào)壓電壓差與實(shí)際有微小的出入，導(dǎo)致其沒有起到預(yù)判調(diào)壓后電壓會否越限的作用。只要把這個變化率根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，就能夠更進(jìn)一步完善VQC系統(tǒng)的動作邏輯。

4 .結(jié)語

本文在分析VQC系統(tǒng)的工作原理，闡述調(diào)節(jié)主變分接頭和投切電容器組兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和無功的方式的基礎(chǔ)上，分析了九區(qū)動作策略和時段策略，還具體研究了新投運(yùn)變電站中VQC系統(tǒng)的典型問題，通過調(diào)取動作報文、系統(tǒng)內(nèi)部定值和分析VQC動作邏輯尋找到問題原因，并提出解決方法。

VQC系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都必須按照實(shí)際情況準(zhǔn)確到位地執(zhí)行，才能保證其作用正常發(fā)揮，只要有一個環(huán)節(jié)出紕漏都會導(dǎo)致問題發(fā)生。例如上面分析中的定值計算是通過對整個變電站既有的設(shè)備數(shù)量和參數(shù)，按照各個變壓器和線路都正常運(yùn)行的情況下計算出來的，并沒有考慮到實(shí)際運(yùn)行狀況。而實(shí)際調(diào)試驗(yàn)收的時候，就需要具體問題具體分析，一旦發(fā)現(xiàn)有不符合原標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場運(yùn)行情況，就要隨之做出修改建議和調(diào)整措施，保證VQC系統(tǒng)起到有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功和電壓的作用，為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行保駕護(hù)航。

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