張世翔, 程 航,2
(1.上海電力學院 經(jīng)濟與管理學院, 上海 200090;2.國家電網(wǎng)安徽省電力公司績溪供電公司 運維檢修部, 安徽 績溪 245300)
農(nóng)村某縣電網(wǎng)電壓質(zhì)量管理措施
張世翔1, 程 航1,2
(1.上海電力學院 經(jīng)濟與管理學院, 上海 200090;2.國家電網(wǎng)安徽省電力公司績溪供電公司 運維檢修部, 安徽 績溪 245300)
介紹了通過供電電壓自動采集系統(tǒng)的運用,實時監(jiān)控電網(wǎng)低電壓、超負荷等異常情況.結合某縣供電公司農(nóng)網(wǎng)電壓管控實例,采取改進的九區(qū)圖控制策略等無功調(diào)節(jié)控制手段,制訂三級聯(lián)調(diào)、安裝新型電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定裝置等各種合理整改措施,以有效提升居民客戶端供電電壓質(zhì)量和供電優(yōu)質(zhì)服務水平.
農(nóng)村電網(wǎng); 供電電壓自動采集系統(tǒng); 電壓管理
隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展,農(nóng)村居民生活水平的持續(xù)提高,加之農(nóng)業(yè)機械化、家電下鄉(xiāng)等惠民政策的不斷普及,農(nóng)村電力負荷和用電量快速增長,用戶對供電電壓質(zhì)量的要求也隨之提高.農(nóng)村的經(jīng)濟建設以及農(nóng)村居民生活的便利程度,與電力的穩(wěn)定供給息息相關.配電網(wǎng)側和用戶側的可靠性、互動性、清潔性和靈活性是未來配電網(wǎng)智能化發(fā)展的大趨勢,如何主動監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)電壓質(zhì)量存在的問題,從而及時提高電網(wǎng)綜合電壓合格率,尤其是提高居民電壓合格率,越來越受到人們的關注和重視.本文主要針對農(nóng)村電網(wǎng)電壓所存在的相關問題展開研究.
從我國農(nóng)村地區(qū)電力供給現(xiàn)狀來看,縣域電網(wǎng)均屬于農(nóng)村電網(wǎng)的范疇,農(nóng)村地區(qū)地域遼闊,存在10 kV農(nóng)村配電網(wǎng)供電半徑過大,線損嚴重,引起末端用戶電壓偏低的現(xiàn)象.就農(nóng)村供電網(wǎng)絡而言,存在部分公用配電變壓器容量偏小和部分配電變壓器未配置帶有無功自動補償裝置,以及低壓線路用戶接戶線徑偏細的問題.
同時,隨著農(nóng)村相關工業(yè)產(chǎn)業(yè)的增加以及農(nóng)副產(chǎn)業(yè)機械化的發(fā)展,農(nóng)村負荷普遍存在季節(jié)性明顯、時段性強、波動大的特點.配電變壓器存在平時輕載電壓偏高,而農(nóng)忙、季節(jié)性產(chǎn)業(yè)及春節(jié)期間等季節(jié)性負荷突增引起低電壓的矛盾,往往出現(xiàn)一個臺區(qū)內(nèi)低電壓和高電壓并存、電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象.而農(nóng)村配電網(wǎng)具有負荷小且分散、環(huán)境差、前期基礎薄弱的特點,因此設備變更改造維護工作難度較大.
某縣地處山區(qū),總面積1 126 km2,轄11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)81個村(社區(qū)).某縣供電公司運行管理的35 kV變電站11座,主變壓器22臺;公用配電變壓器768臺;35 kV線路21條,長198.989 km;10 kV線路58條,長1 016.065 km,低壓線路長3 074 km;用電客戶8.54萬戶.
為了解決農(nóng)村電網(wǎng)電壓問題,應加強各等級電壓的監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)問題.可以建立和完善電壓監(jiān)測系統(tǒng),設置不同電壓等級、不同性質(zhì)的各類電壓監(jiān)測點,安裝電壓自動監(jiān)測儀,健全農(nóng)網(wǎng)供電電壓自動采集系統(tǒng).
2.1 農(nóng)網(wǎng)供電電壓監(jiān)測點的設置
按照電壓等級對電壓監(jiān)測點進行分類設置和管理.首先,在農(nóng)村電網(wǎng)所屬的110 kV和35 kV變電站的10 kV母線及35 kV用戶受電端,設定A類電壓監(jiān)測點.110 kV和35 kV變電站供電區(qū)內(nèi)有高壓用戶時,設置高壓用戶B類和C類電壓監(jiān)測點.低壓用戶電壓監(jiān)測點為D類電壓監(jiān)測點,設置在公用配電變壓器的出口側首端用戶處和臺區(qū)末端用戶處,并確保每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電區(qū)域都設有監(jiān)測點.
某縣供電公司農(nóng)村電網(wǎng)A,B,C,D 4類電壓監(jiān)測點設置情況如下.
(1) A類電壓監(jiān)測點 設在轄區(qū)內(nèi)所有變電站內(nèi)帶地區(qū)負荷的10 kV母線上.
(2) B類電壓監(jiān)測點 選擇35 kV專線供電用戶,設在具有代表性的高壓用戶分界點處,如KH鋼鐵廠的客戶變電站、KH變電站處.
(3) C類電壓監(jiān)測點 設在10 kV供電的用戶端,每10 MW負荷設一個電壓監(jiān)測點.選擇的范圍涉及農(nóng)村機械化企業(yè)、學校、小型水電站、醫(yī)院,如GZ小學,XZ辦公中心,ZF針織廠等.在用電采集系統(tǒng)中建立“重點用戶群組”,用電采集系統(tǒng)提供每日電壓監(jiān)測數(shù)據(jù),保證在供電電壓自動采集系統(tǒng)中所有測點數(shù)據(jù)都能夠被召測.
(4) D類電壓監(jiān)測點 監(jiān)測380 V/220 V低壓用戶端電壓,考慮到測點的均衡性和代表性,在6個鄉(xiāng)所平均分布配電臺區(qū)測點,并對測點進行GPS定位.電壓監(jiān)測儀安裝在低壓配電臺區(qū)的首末兩端用戶.
2.2 農(nóng)網(wǎng)供電電壓自動采集系統(tǒng)功能的應用
農(nóng)網(wǎng)供電電壓自動采集系統(tǒng)充分整合了調(diào)度自動化系統(tǒng)、營銷用電信息采集系統(tǒng)、智能配網(wǎng)運行監(jiān)控平臺、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)等資源,靈活運用于綜合電壓管理.
系統(tǒng)將A,B,C,D類電壓監(jiān)測點全部接入,實現(xiàn)了監(jiān)測點的臺賬管理、監(jiān)測點變更的網(wǎng)上審批、電壓監(jiān)測裝置的校驗和維護記錄、電壓監(jiān)測點的數(shù)據(jù)完整性和連續(xù)性統(tǒng)計,以及電壓指標的計劃、統(tǒng)計、分析和上報等功能.該系統(tǒng)監(jiān)測點電壓實現(xiàn)電壓曲線圖形展示,通過不同測點電壓曲線數(shù)據(jù)的對比,可以為農(nóng)網(wǎng)綜合電壓分析和治理提供信息分析平臺.
3.1 農(nóng)村電網(wǎng)升級改造
分析各類電壓監(jiān)測點的電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),農(nóng)村電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題比較嚴重,在農(nóng)村地區(qū)加強進行電網(wǎng)升級改造是解決問題的根本途徑.根據(jù)2015年國家能源局發(fā)布的《配電網(wǎng)建設改造行動計劃(2015—2020)》,在“十三五”期間,配電網(wǎng)建設改造的投資將不低于2萬億元,以著力解決城鄉(xiāng)配電網(wǎng)發(fā)展薄弱問題[1].
某縣供電公司根據(jù)當?shù)匕l(fā)展需要,將在該地區(qū)新建一座110 kV變電站,兩座35 kV變電站,同時對變電站主變壓器進行增容,以進一步提高農(nóng)村電網(wǎng)的供電能力.通過新建變電站,新增、增容變壓器,優(yōu)化電網(wǎng)主網(wǎng)架結構;對于配電網(wǎng),減小線路供電半徑,對線徑過細的臺區(qū)進行線路更換,對配電變壓器進行增容或新增配變布點,提高配電設備裝備水平.通過新一輪農(nóng)村電網(wǎng)的改造升級和新增配網(wǎng)工程的實施,可以從根本上保障電網(wǎng)電壓質(zhì)量的穩(wěn)步提升.
3.2 變電站母線電壓管理
根據(jù)A類電壓監(jiān)測點的電壓數(shù)據(jù)反饋,及時對變電站母線電壓進行監(jiān)測和管控.一是合理進行主變壓器選型.在電網(wǎng)規(guī)劃、變電站新建或改造時,開展主變壓器選型的合理性分析.選用有載調(diào)壓變壓器,并結合電網(wǎng)電壓實際情況及負荷預測,綜合確定主變壓器的容量和變比.二是加強無功設備管理和應用.充分考慮變電站無功補償裝置的配置,并提高無功設備的利用效率;通過開展不同運行方式下的無功平衡分析,來確定變電站容性、感性無功補償度.三是強化電網(wǎng)“逆調(diào)壓”管理,盡量減少主變壓器分接開關、無功設備的動作次數(shù),兼顧主變壓器和無功設備的安全可靠運行.
3.3 配電網(wǎng)電壓質(zhì)量提升的管控措施
一是在部分配電網(wǎng)10 kV線路上加裝自動無功補償裝置.縣域電網(wǎng)由于電源布點相對較少,仍存在供電半徑較大的問題,尤其是針對部分功率因數(shù)較低、小容量配電變壓器較多的線路,可以對10 kV架空線路配置自動無功補償裝置.無功補償裝置可以起到降損節(jié)能的作用,從而解決部分偏遠地區(qū)配電變壓器布點困難的問題.
二是對配電變壓器檔位進行優(yōu)化調(diào)整.定期開展對公用配電變壓器低壓出口側電壓的普測,對電壓不合格的配電變壓器進行跟蹤觀測和原因分類,對季節(jié)性負荷較敏感的臺區(qū)制定節(jié)氣計劃表,有針對性地進行配電變壓器檔位調(diào)整.農(nóng)村常用配電變壓器大多是無載調(diào)壓,可以通過改變分接開關的動觸點的位置來改變變壓器的匝數(shù),調(diào)節(jié)配電變壓器運行檔位,從而改變輸出電壓,提高末端用戶的電壓質(zhì)量.
三是安裝新型電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定裝置.針對部分臺區(qū)近期不在農(nóng)村電網(wǎng)改造計劃內(nèi)以及改造難度較大的情況,設計安裝新型電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定裝置,即單相末端調(diào)壓裝置.該裝置適用于末端低壓用戶電壓波動較大的線路,串聯(lián)在配電變壓器線路與用戶表箱之間,通過跟蹤末端線路電壓的變化,自動控制升降單元,在一定范圍內(nèi)對線路電壓進行自動調(diào)整,使末端低壓用戶端電壓滿足電壓合格要求,達到經(jīng)濟、便捷、成效明顯的目的.
3.4 制定三級聯(lián)調(diào)方案
部分農(nóng)村電網(wǎng)低電壓問題必須通過農(nóng)村電網(wǎng)升級改造的方式才能徹底解決,而另一部分低電壓問題則可通過充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)壓和無功補償設備的運行調(diào)節(jié)潛力,制定三級電壓聯(lián)合協(xié)調(diào)方案得以解決.
三級協(xié)調(diào)控制的對象是電網(wǎng)的不同級.目前,變電站的電壓無功控制技術比較成熟,變電站有載調(diào)壓變壓器可在變壓器不退出的情況下進行調(diào)壓,應用最為廣泛,通過有載調(diào)壓和無功補償裝置的應用,可以優(yōu)化變電站10 kV出線的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量.線路電壓無功控制則以線路調(diào)壓器、線路無功補償調(diào)控設備為主,其中線路調(diào)壓部分起主要作用的是線路自動調(diào)壓器,無功補償設備偏重于智能型無功補償設備[2],而戶外中壓線路的無功補償是指在架空線路的桿塔上安裝戶外無功補償裝置.此外,配電變壓器離用戶側較近,在配電變壓器處安裝自動調(diào)壓、無功補償裝置,對低壓用戶端電壓調(diào)節(jié)效果明顯,對其所屬的饋線也產(chǎn)生有益的影響.
由于傳統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)設備均為獨立式控制,缺乏統(tǒng)一的控制平臺,本地無法對各級作出聯(lián)合調(diào)整.隨著電壓無功三級聯(lián)調(diào)軟件系統(tǒng)的開發(fā)應用,不僅充分發(fā)揮了變電站、線路、臺區(qū)各級設備的調(diào)控裕度,將電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi),同時盡可能地減少了無功在上下級電網(wǎng)間的流動,降低了網(wǎng)損率[3].某縣供電公司結合電壓無功三級聯(lián)調(diào)軟件系統(tǒng),利用已有的變電站、線路、臺區(qū)的無功設備,實現(xiàn)了電壓無功的綜合調(diào)節(jié),有效改善了部分線路末端電壓水平下降較大的情況.
電壓監(jiān)測點電壓所允許的偏差值為:35 kV及以上高壓用戶供電電壓正負偏差絕對值之和不超過額定電壓的10%[4];10 kV高壓用戶受電端(入口電壓)電壓允許偏差值為額定電壓的-7%~+7%(9.3~10.7 kV);380 V電力用戶電壓允許偏差值為額定電壓的-7%~+7%(353.4~406.6 V);220 V電力用戶的電壓允許偏差值為系統(tǒng)額定電壓的-10%~+7%(198~235.4 V).
4.1 變電站10 kV出線電壓不穩(wěn)定的原因及改進措施
某縣供電公司的A類電壓監(jiān)測點中,存在變電站10 kV出線電壓不穩(wěn)定的情況.例如:X變電站10 kV母線1段在10月12日的電壓合格率為88.028%,其中,在12日18∶50時達到最高電壓10.95 kV,07∶45時達到最低電壓9.98 kV,18∶00至19∶00期間存在電壓越上限,而21∶00至次日9∶00期間存在電壓偏低現(xiàn)象.造成這一現(xiàn)象的原因在于,該鄉(xiāng)鎮(zhèn)有多家工廠(例如玻璃纖維廠)在晚21∶00至次日9∶00期間工作,使無功功率越上限電壓下降;在工廠停工時間段,居民用電負荷較低,出現(xiàn)電壓偏高現(xiàn)象.
在變電站中,電壓無功的綜合控制對象是變壓器分接頭和并聯(lián)電容器開關.因此,采用如下解決方法:選擇改進的九區(qū)圖控制策略進行分析,X變電站的10 kV出線電壓屬于電壓和無功功率同時越上限,應先調(diào)節(jié)變壓器變比以降低電壓,觀察電壓情況后,若無功功率仍越限,再投入電容器組.比如南瑞繼保的RCS-9656型、VQC-Ⅱ型電壓無功綜合調(diào)節(jié)裝置,就是應用改進的九區(qū)圖控制策略進行電壓無功控制的[5].通過該策略的應用,使該站電壓保持在10.15~10.6 kV,處于A類電壓合格范圍內(nèi).
4.2 變電站10 kV線路電壓偏低的原因及改進措施
在變電站或線路故障停運期間,需要導負荷等措施來保障對用戶正常供電,導負荷常引起10 kV線路供電半徑變長,產(chǎn)生電壓偏低的問題.某縣供電公司的A類測點中,Y變電站10 kV母線1段,從10月22日起電壓合格率低于95%,嚴重時越下限率達到23.194%.供電電壓監(jiān)測系統(tǒng)及時監(jiān)測到該情況.分析原因可知:10月18日至11月18日期間,正值相鄰變電站Z站技術改造,因更換35 kV隔離開關,該站其中一臺變壓器停運,負荷轉(zhuǎn)移,導致相鄰Y變電站所帶線路供電半徑過長,所帶負荷增大,導致電壓下降幅度較大.
改進措施如下:對變電站Y站的變壓器進行升檔,另外可利用模糊無功調(diào)節(jié)判據(jù)策略進行電壓無功調(diào)節(jié).該策略可以有效減少有載調(diào)壓分接頭的頻繁操作,減小對設備帶來的壽命損失,同時可以達到靈敏提高電壓質(zhì)量的目的,最終使變電站10 kV出線電壓保持在合格范圍內(nèi),減小對用戶電壓質(zhì)量的影響.
4.3 變電站10 kV母線電壓的“逆調(diào)壓”
2015年10月份,10 kV線路B線在晚間23∶00至次日7∶00期間,存在所供部分臺區(qū)配電變壓器關口電壓時有越上限現(xiàn)象.D類監(jiān)測點上限電壓為235.4 V,而這些臺區(qū)配電變壓器關口及所供低壓用戶電壓在夜間超過了235 V,甚至達到239 V,電壓合格率僅達到79%左右.根據(jù)電壓在固定時間段偏高的特點,運用變電站10 kV母線電壓“逆調(diào)壓”的方法,在相應的23∶00至次日7∶00期間,將上級電源110 kV變電站的10 kV母線電壓上限值由原來的10.5 kV下調(diào)為10.3 kV.采用該調(diào)整方法,10 kV線路B線配電變壓器關口及其所供低壓用戶的電壓合格率均提升到了100%.
4.4 配電變壓器檔位的優(yōu)化調(diào)整
由于農(nóng)忙和農(nóng)閑期間用電量相差懸殊,農(nóng)村地區(qū)配電變壓器輸出電壓存在忽高忽低的季節(jié)性現(xiàn)象.在10月份負荷低谷期間,電壓采集系統(tǒng)采集的A變電站10 kV的YX線QST,SJT,SW臺區(qū)電壓情況偏高,如表1所示.
該類農(nóng)村配電變壓器分接開關有3個檔位:1檔為10.5 kV,2檔為10 kV,3檔為9.5 kV.可以通過調(diào)節(jié)配電變壓器檔位來改變變壓器變比,從而改變輸出電壓.
D類電壓監(jiān)測點220 V的合格范圍為198~235.4 V,3個臺區(qū)電壓均有不同程度的超上限.通過測量數(shù)據(jù)進行分析,對于滿足調(diào)檔條件的配電變壓器,供電所運行維護班組及時納入作業(yè)計劃進行檔位調(diào)整.分別對該3臺配電變壓器進行了檔位調(diào)整,結果如表2所示.由表2可以看出,電壓已處于合格范圍內(nèi).
表1 配電變壓器調(diào)節(jié)檔位前臺區(qū)首末端低壓用戶電壓情況
表2 配電變壓器調(diào)節(jié)檔位后臺區(qū)首末端低壓用戶電壓情況
4.5 配電網(wǎng)10 kV線路加裝自動無功補償裝置
某縣供電公司10 kV的A線線路較長,供電半徑較大,同時隨著該地區(qū)農(nóng)家樂餐飲用電、魚塘增氧泵以及季節(jié)性的炒茶用電的激增,導致低壓用電故障時有發(fā)生.該線路末端有大量的小動力負荷:所帶用戶專用配電變壓器32臺,公用配電變壓器27臺.每年三四月份大量炒茶機“齊頭并進”,容易導致低壓用電故障,最低電壓曾經(jīng)出現(xiàn)過189 V,炒茶機轉(zhuǎn)速不均,影響了茶葉的制作和品質(zhì).在10 kV的A線中間和末端處分別安裝無功補償裝置后,可以很好地降損節(jié)能.采集系統(tǒng)實測線路中端和末端低壓用戶電壓,負荷高峰期間分別為224.3 V和210.7 V,滿足了低壓小動力用戶用電的需求.
在農(nóng)村主配電網(wǎng)升級改造的基礎上,通過優(yōu)化變壓器臺區(qū)的分布與容量配置,采取無功調(diào)節(jié)控制手段,實施變電站母線“逆調(diào)壓”、配電網(wǎng)無功優(yōu)化、配電變壓器檔位調(diào)整、安裝電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定裝置、三級聯(lián)調(diào)等措施后,某縣供電公司在農(nóng)村電網(wǎng)電壓質(zhì)量管理方面取得了很好的成效,提高了居民客戶端供電電壓質(zhì)量,提升了農(nóng)村電網(wǎng)綜合電壓合格率.一系列電壓管理方法在農(nóng)村電網(wǎng)的合理應用,不但可以增強設備的利用效率,提高農(nóng)村電網(wǎng)的功率因數(shù),也會給供電企業(yè)及電力用戶帶來較大的經(jīng)濟效益,這對我國山區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)電壓質(zhì)量的提升和管理具有借鑒意義.
[1] 國家能源局.配電網(wǎng)建設改造行動計劃(2015—2020)[EB/OL].[2005-08-31].http://www.chinasmartgrid.com.cn/news/20150831/608740.shtml.
[2] 劉建國.農(nóng)網(wǎng)中壓配電線路無功補償配置的研究[D].保定:華北電力大學,2010.
[3] 劉洋.配電網(wǎng)電壓無功三級聯(lián)調(diào)綜合控制的應用與研究[D].鄭州:鄭州大學,2010.
[4] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司農(nóng)村電網(wǎng)電壓質(zhì)量和無功電力管理辦法[M].北京:中國電力出版社,2005:10-23.
[5] 李瑞桂.農(nóng)網(wǎng)低電壓綜合治理[D].保定:華北電力大學,2012.
(編輯 胡小萍)
Research on Management of Voltage in Rural Power Network
ZHANG Shixiang1, CHENG Hang1,2
(1.SchoolofEconomicsandManagement,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China2.OperationalMaintenanceDepartment,JixiPowerSupplyCompanyStateGridAnhuiElectricPowerCompany,Jixi245300,China)
Power grid voltage automatic acquisition system is applied,which monitors low voltage,overload and other abnormal situation of rural electricity.In combination with examples of voltage management of a certain county power company,the improved nine area chart control strategy and other reactive power adjustment means are introduced in details.The application of three level cascade adjustable voltage strategy and the installation new voltage stabilizer and other sorts of reasonable measures are put forward,which are effective in improving the voltage quality of residents and the standard of power supply service.
rural power grid; voltage automatic acquisition system; voltage management
10.3969/j.issn.1006-4729.2017.02.018
2016-03-25
張世翔(1979-),男,博士后,教授,安徽巢湖人.主要研究方向為能源經(jīng)濟與管理,能源互聯(lián)網(wǎng),智能電網(wǎng)與新能源.E-mail:zsxwh@126.com.
中國工程院咨詢研究重點項目(2016-XZ-29);上海市教育委員會科研創(chuàng)新重點項目(14ZS146);上海市哲學社會科學規(guī)劃課題(2013BGL016);上海高校人文社會科學重點研究基地建設項目(WKJD15004).
TM727.1
A
1006-4729(2017)02-0201-05