湖北電網(wǎng)枯水期小方式典型日電壓無(wú)功分析

孫冠群，王 濤，萬(wàn) 黎，王爾璽，張良一

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

近年來(lái)，電網(wǎng)建設(shè)速度不斷加快［1-3］，超高壓線路、城市電纜等的投運(yùn)導(dǎo)致無(wú)功功率過(guò)剩，枯水期小方式下電壓偏高的問(wèn)題尤為突出，電壓控制和無(wú)功調(diào)節(jié)的難度進(jìn)一步增大。電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)定要求供給用戶的電壓不能超過(guò)額定電壓值的一定范圍，各類用電設(shè)備需工作在額定電壓下，若發(fā)生電壓偏移越限情況，會(huì)對(duì)負(fù)荷的運(yùn)行造成不利影響，甚至損壞用電設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電力系統(tǒng)崩潰［4］。湖北電網(wǎng)運(yùn)行電壓?jiǎn)栴}長(zhǎng)期存在，豐水期大方式下電壓偏低，枯水期小方式下電壓偏高，這一問(wèn)題已涉及到全網(wǎng)［5-7］。

由于枯水期小方式下，鄂西北地區(qū)水電出力大幅減少，鄂東地區(qū)火電機(jī)組出力較大，且此時(shí)負(fù)荷較低，系統(tǒng)電壓會(huì)產(chǎn)生大幅波動(dòng)，電壓偏高問(wèn)題尤為突出。因此本文將以2021 年枯水期小方式典型日2 月15 日為例，以當(dāng)日負(fù)荷最低點(diǎn)5：20 的潮流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合春節(jié)期間各地區(qū)電壓控制效果對(duì)枯小方式500 kV、220 kV兩個(gè)電壓等級(jí)的電壓水平及無(wú)功潮流進(jìn)行詳細(xì)分析，分析原因并尋找對(duì)策，以保證電網(wǎng)電壓質(zhì)量，進(jìn)一步提升湖北電網(wǎng)電壓合格率指標(biāo)。

1 湖北電網(wǎng)整體電壓水平

2021 年2 月15 日（農(nóng)歷正月初四）5：20，湖北電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷迎來(lái)最低谷，全省用電負(fù)荷10 627 MW。湖北電網(wǎng)500 kV 調(diào)壓情況總體良好，各級(jí)調(diào)度值班人員按照調(diào)壓預(yù)案方案要求精心調(diào)整和控制，取得了較好的調(diào)壓效果，電壓合格率100%。由于負(fù)荷水平低、潮流輕，500 kV線路充電功率大，局部地區(qū)電壓偏高問(wèn)題仍然較突出，共有9 個(gè)電壓水平超過(guò)536 kV，具體情況見(jiàn)表1，其中電壓最高的為孱陵變電站，電壓高達(dá)537.81 kV。湖北電網(wǎng)電壓高于235 kV 的220 kV 變電站及其系統(tǒng)電壓水平見(jiàn)表2，除武漢地區(qū)個(gè)別變電站電壓偏高以外，其它地區(qū)電壓均在235 kV以內(nèi)。

表1 電壓較高的500 kV變電站及其電壓水平Table 1 500 kV substation with higher voltage and its voltage level

表2 電壓高于235 kV的220 kV變電站及其系統(tǒng)電壓水平Table 2 220 kV substation with voltage higher than 235 kV and its system voltage level

《DL/T 1773-2017 電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)中第6.1 條規(guī)定“330 kV 及以上電壓等級(jí)線路的充電功率應(yīng)基本上予以補(bǔ)償。高、低壓并聯(lián)電抗器的容量分配應(yīng)按系統(tǒng)的條件和各自的特點(diǎn)全面研究決定”［8］，因此為了分析部分變電站電壓偏高的原因，對(duì)湖北500 kV變電站的感性補(bǔ)償度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)列出感性補(bǔ)償度低于100%的湖北500 kV 變電站如表3所示。從表3 可以看出，咸寧、玉賢、孱陵的感性補(bǔ)償度均低于90%，這是導(dǎo)致變電站電壓偏高的原因之一。因此建議提高變電站的感性補(bǔ)償度，有助于降低系統(tǒng)的電壓水平。

表3 感性補(bǔ)償度較低的500 kV變電站Table 3 500 kV substation with low inductive compensation

相比于架空線路，電纜的對(duì)地電容效應(yīng)更加明顯。尤其是在小負(fù)荷方式下，電纜的容性充電功率過(guò)大會(huì)導(dǎo)致無(wú)功功率出現(xiàn)反送［9-11］。目前國(guó)內(nèi)大城市均在市區(qū)廣泛敷設(shè)電纜［12-15］，光谷、柏泉、鋼都、軍山、玉賢等武漢地區(qū)500 kV變電站電壓偏高，其主要原因是大量使用電纜導(dǎo)致充電功率較高，220 kV變電站無(wú)功反送情況較突出。

2 重點(diǎn)區(qū)域電壓分析

從表1 和表2 中可以看出，500 kV 變電站中江陵站、鋼都站電壓偏高，220 kV變電站中鲇魚(yú)套和巡司河變電站電壓偏高，對(duì)這4 個(gè)站點(diǎn)的電壓偏高原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 江陵換流站電壓分析

江陵站的補(bǔ)償度為147.45%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，但其電壓仍超過(guò)了536 kV，由于江陵站為換流站，有直流線路接入，為了分析其電壓偏高的原因，將2021年2月15日5：20江陵換流變的數(shù)據(jù)整理如表5所示，潮流如圖1所示。

圖1 江陵換流變2021年2月15日5：20實(shí)際潮流圖Fig 1 Actual flow diagram of Jiangling Converter at 5:20 on February 15,2021

表4 江陵換流站感性補(bǔ)償表Table 4 Inductive compensation table of Jianglin Converter Station

表5 江陵換流站相關(guān)數(shù)據(jù)Table 5 Related data of Jianglin Converter Station

江陵換流站有WA-Z1、WA-Z2、WA-Z3 共3 個(gè)大組的交流濾波器，2021 年2 月15 日5：20 WA-Z1 投一組交流濾波器，發(fā)出無(wú)功功率133.06 MVar，WA-Z2投兩組交流濾波器，發(fā)出無(wú)功功率276.77 MVar，WA-Z3 未投交流濾波器，因此所有交流濾波器共發(fā)出無(wú)功409.83 MVar，由于實(shí)際運(yùn)行電壓與額定電壓525 kV 存在偏差，因此濾波器實(shí)際發(fā)出的無(wú)功小于額定值420 MVar，而從江陵換流變流出的無(wú)功為348.94 MVar，有60.89 MVar 的無(wú)功功率反送，是其電壓偏高的主要因素。

江陵換流變電站設(shè)備運(yùn)行規(guī)程13.7.6.4 條對(duì)其最小濾波器組數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，雙極正常電壓運(yùn)行時(shí)具體的最小濾波器組數(shù)要求如表6所示。

表6 江陵換流站相關(guān)數(shù)據(jù)Table 6 Related data of Jianglin Converter Station

2021 年2 月15 日5：20 江陵換流站的直流傳輸功率為1 058.56 MW，由表6 可知，當(dāng)直流功率Pd滿足1 050≤Pd≤1 500 時(shí)，最小濾波器絕對(duì)最小組數(shù)為A+B，即投入一組HP11/13 次濾波器和一組HP24/36 次濾波器即可。從表5 可知，實(shí)際上江陵換流變按照規(guī)程優(yōu)化組數(shù)2A+B 投入了兩組HP11/13 次濾波器和一組HP24/36 次濾波器，有部分無(wú)功功率反送導(dǎo)致?lián)Q流站電壓偏高。因此建議換流站工作人員結(jié)合規(guī)程與實(shí)際情況，當(dāng)電壓偏高時(shí)，可以按照絕對(duì)最小組數(shù)投運(yùn)濾波器。

2.2 鋼都變電站電壓分析

鋼都變電站的補(bǔ)償度為557.84%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表7，但其電壓仍超過(guò)了536 kV，主要原因是武漢地區(qū)大量使用電纜導(dǎo)致充電功率較高，220 kV無(wú)功反送情況較突出，將2021年2月15日5：20鋼都變電站投運(yùn)的220 kV線路的潮流整理如表8所示，具體潮流如圖2所示。

圖2 鋼都變電站2021年2月15日5：20實(shí)際潮流圖Fig.2 Actual flow diagram of Gangdu Substation at 5:20 on February 15,2021

從表8 和圖2 可以看出，鋼都變電站220 kV 向500 kV反送113.06 MVar的無(wú)功功率，是鋼都變電站電壓偏高的主要原因。

2.3 鲇魚(yú)套變電站電壓分析

2021年2月15日5：20鲇魚(yú)套電壓高達(dá)239.5 kV，為了分析鲇魚(yú)套電壓偏高的原因，將220 kV線路潮流整理如表9所示，具體潮流如圖3所示。

圖3 鲇魚(yú)套2021年2月15日5：20實(shí)際潮流圖Fig 3 Actual flow diagram of Nianyutao Substation at 5:20 on February 15,2021

從表9 和圖3 可以看出，2021 年2 月15 日5：20 鲇魚(yú)套220 kV 兩回出線潮流反向，2 臺(tái)主變低壓側(cè)各有一臺(tái)低抗，且均已投運(yùn)，但主變高壓側(cè)仍然向系統(tǒng)返送無(wú)功，說(shuō)明鲇魚(yú)套110 kV 電纜充電功率大，向系統(tǒng)返送無(wú)功，造成鲇魚(yú)套電壓偏高。

2.4 巡司河變電站電壓分析

2021年2月15日5：20巡司河電壓高達(dá)239.3 kV，為了分析巡司河電壓偏高的原因，將220 kV線路潮流整理如表10所示，具體潮流如圖4所示。

表10 巡司河220 kV線路相關(guān)數(shù)據(jù)Table 10 Related data of 220 kV line in Xunsihe Substation

圖4 巡司河2021年2月15日5：20實(shí)際潮流圖Fig.4 Actual flow diagram of Xunsihe Substation at 5:20 on February 15,2021

從表10和圖4可以看出，2021年2月15日5：20巡司河220 kV 6 回出線有四回潮流反向，是鲇魚(yú)套電壓偏高的主要原因。1號(hào)主變未安裝低抗，2號(hào)主變安裝1臺(tái)低抗但未投運(yùn)，建議在電壓偏高時(shí)將低抗投運(yùn)，能起到一定的控制電壓的作用。

3 無(wú)功潮流分析

湖北省500 kV網(wǎng)絡(luò)感性無(wú)功平衡小計(jì)表如表11所示，從表中可以看出，湖北500 kV 線路充電功率為9 895.9 MVar，感性補(bǔ)償為12 540 MW，其中全省500 kV低抗有115 臺(tái)，共計(jì)6 810 MW，未補(bǔ)償?shù)某潆姽β蕿?2 644.1 MW，感性補(bǔ)償度達(dá)到了126.72%。對(duì)于220 kV網(wǎng)絡(luò)，襄陽(yáng)、隨州、武漢、宜昌220 kV無(wú)功反送問(wèn)題比較突出，主要在電纜充電功率［16-18］、新能源無(wú)功電壓［19］、用戶無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投退［20-28］等方面存在問(wèn)題。

表11 湖北省500 kV線路感性無(wú)功平衡小計(jì)表Table 11 Inductive reactive power balance subtotal of 500 kV line in Hubei Province

4 結(jié)語(yǔ)

本文以2021 年枯水期小方式典型日2 月15 日為例，對(duì)枯小方式500 kV、220 kV 兩個(gè)電壓等級(jí)的電壓水平及無(wú)功潮流進(jìn)行了分析，對(duì)于電壓偏高問(wèn)題進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：

1）湖北電網(wǎng)500 kV感性補(bǔ)償度較好，目前湖北電網(wǎng)500 kV 感性補(bǔ)償度126.72%，為整體控制湖北電網(wǎng)枯水期小方式電壓打下良好基礎(chǔ)。

2）從分站情況看，光谷、柏泉、鋼都、軍山、玉賢等武漢地區(qū)500 kV 變電站電壓偏高主要原因是大量使用電纜導(dǎo)致充電功率較高，220 kV變電站無(wú)功反送情況較突出，建議變電站工作人員在電壓偏高時(shí)將低抗投運(yùn)。

3）江陵換流站由于有2 組濾波器投用，導(dǎo)致無(wú)功反送，是其電壓偏高的主要原因。建議換流站工作人員結(jié)合規(guī)程與實(shí)際情況，當(dāng)電壓偏高時(shí)，可以按照絕對(duì)最小組數(shù)投運(yùn)濾波器。

4）220 kV母線電壓大部分在正常范圍以內(nèi)，但武漢地區(qū)的關(guān)山、江灘、夜泊山、岳府灣、廟山、珞珈山、巡司河和鲇魚(yú)套220 kV母線電壓越上限，主要是由于武漢地區(qū)電纜線路偏多，充電功率高引起的。