有載調壓變壓器的調配和使用

李江華，范永江

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有載調壓變壓器的調配和使用

李江華1，范永江2

（1 海軍北海艦隊司令部軍訓處，山東青島 266071；2 中船重工集團701所，武漢 430064）

介紹了電力系統的中樞點的選擇及中樞點的調壓方式，三繞組變壓器分接頭選擇原則。對電力系統無功不足時的調壓效果進行了分析，算例表明，通過調整可以減少電力網功率損耗和電能損耗，增大電力網輸送能力。

變壓器 升壓 節能

0 引言

在電力網的正常運行中，任何電壓的正、負偏移過大都會帶來經濟和安全方面的不利影響。這是因為：

1）所有的用電設備都是按運行在額定電壓時效率為最高設計的，嚴重偏離額定電壓必然會導致效率的下降，使經濟性變差；

2）電壓過高會大大縮短白熾燈一類照明燈的壽命，也會對設備的絕緣產生危害；

3）電壓過低會大大增加恒定轉矩的異步電動機的轉差，由此引起工業產品出現次品、廢品，轉差增大的結果使異步電動機電流增加，由此引起發熱甚至損壞。

鑒于供電電壓嚴重偏移的危害，為此，為保證工礦企業和城鄉居民的正常用電，國家標準(GB/T12325—2003)特對供電電壓的允許偏差做出了如下規定：

1）35 kV及以上供電電壓正負偏差的絕對值之和不超過標稱系統電壓的10%。

2） 10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為標稱電壓的±7%。

3） 220 V單相供電電壓允許偏差為標稱電壓的+7%、-10%。

1 電力系統的中樞點的選擇及中樞點的調壓方式

電力系統的中樞點通常選擇一些具有代表性的樞紐變電所的各側母線的節點加以監視、控制，如果這些母線節點的電壓滿足要求，則該節點臨近的下級節點基本上也能滿足要求，這些節點即稱之為中樞點。中樞點電壓控制有逆調壓、順調壓、常調壓三種方式。

1）逆調壓方式要求高峰負荷時中樞點電壓調到1.05UN；低谷負荷時調到UN；

2）順調方式壓要求高峰負荷時中樞點電壓不低于1.025UN；低谷負荷時不高于1.075UN；

3）常調壓方式要求在任何負荷時中樞點電壓基本保持不變且略大于UN。

2 三繞組變壓器分接頭選擇原則

雖然要求電網在運行中的各節點電壓要保持在額定值，但在實際運行中其實是較為困難的。鑒于以上原因，同時考慮到用電設備對電壓的要求，根據電壓偏移的最大允許范圍。必須進行電壓調整時，應根據系統有功功率和無功功率的實際分布情況對系統中樞點母線電壓進行調整。調整時應遵循的原則：

1）所選分接頭的位置，應使二次側母線實際不超過上下允許的偏差范圍;

2）降壓變壓器的分接頭位置，應盡量使二次母線電壓在額定電壓與下限值之間運行;

3）升壓變壓器的分接頭位置，在保證發電機有最大的有功出力和無功出力的前提下，盡量放在最高位置運行;

4）樞紐變電站三圈主變壓器確需進行檔位調整時，因高、中壓側裝設有分接開關，而低壓側無分接開關，其電壓的調整是在保證低壓側母線電壓合格的基礎上來確定高壓側（電源側）的檔位。然后在固定此分接頭的基礎上，根據高、中壓情況選出中壓側的分接頭。同理，當中壓側有電源時，應首先根據中低壓側情況選出中壓側分接頭，在固定此分接頭的基礎上，根據高中壓情況選出中壓側的分接頭。在系統無功功率正常的情況下，其計算公式為：

其中：2th為三圈變壓器中壓側調檔后的電壓，1sj為三圈變壓器高壓側實際運行電壓，2yt為三圈變壓器中壓側應調檔位電壓。

在主變壓器高壓側的檔位調整后，也即改變了變壓器高壓側繞組的匝數，其變比也隨之改變，又由于2=/，因此變壓器低壓側電壓也發生了變化。例如一臺110000 kV/11 kV的降壓變壓器，分接頭原在額定電壓位置，其變壓比k=10，有時夜間低谷負荷或因事故的原因導致系統大負荷突然減掉引起電壓升為115500 kV，致使變壓器低壓側電壓過高，現在要降低主變壓器低壓側電壓，根據2=/，要增大值，需要增加一次繞組的匝數1，這時分接頭應往+2×2.5%檔位調整，即調到電壓為110000×（1+2×2.5%）=115500這個分接頭，此時的變壓比為=10.5，低壓側電壓為2=115500/10.5= 11000 V。

3 電力系統無功不足時調壓效果分析

利用改變變壓器電壓比進行調壓，必須注意的前提條件是，當電力系統無功不足時，利用變壓器的分接頭調整電壓的效果不十分理想。分析如下：

如圖1所示。設由于發電機無功容量不足，以至于各母線電壓水平偏低，發電機輸出的無功功率G已達到最大允許值Gmax。現改變變壓器T-3的電壓比，希望提高母線6的電壓6。根據負荷的電壓靜態特性可知，在電壓變化時，無功負荷的變化遠遠大于有功負荷的變化，且無功負荷變化引起的電壓波動也遠較有功負荷大。因此，當6提高時，負荷6也將增加，這會使發電機輸出的G>Gmax。所謂的負荷的電壓靜態特性是指在頻率恒定時，電壓與負荷的關系，也即=(，)的關系。為保證發電機安全運行，只有降低發電機勵磁電流，使G減小到允許值，即G=Gmax。顯然，這會導致1-5的電壓降低，而母線6的電壓也不能升到預期值。以上表明改變T-3的電壓比，不但6升高有限，還會導致其他母線的電壓的進一步下降。因此，當系統無功功率不足時，首先應裝設或投入無功功率補償設備，使系統無功功率容量有一定的冗余度。

圖1 電力系統無功不足調壓效果分析參照圖

需要指出的是：當電力系統無功功率不足時，希望通過利用變壓器的分接頭調整電壓不能增減系統的無功，它只能改變系統的無功功率分布。為此，不能通過改變變壓器的電壓比來進行調壓。因為改變變壓器的電壓比從本質上講并沒有增加系統的的無功功率，這樣以減少其他地方的無功功率來補充某個地方由于無功功率不足而造成的電壓低下，其他地方則有可能因此而造成無功功率嚴重不足，不能根本性解決整個電力網的電壓質量問題，因此，在整個系統普遍缺少無功的情況下，應首先考慮投入一定容量的無功補償裝置，若用改變主變壓器分接頭的辦法來提高用戶的電壓水平，其效果是不十分理想的。

4 樞紐變電站主變壓器分接頭調整算例

圖2 降壓變壓器分接頭調整參照圖

最大和最小負荷時，變壓器阻抗中的電壓損耗分別為

按照最小負荷時補償電容器全部切除的條件來確定變壓器分接頭電壓，

則補償容量

則此時最大負荷時變電所二次側母線實際電壓

補償后變壓器阻抗中電壓損耗降低為

變電所二次側母線實際電壓為

經計算證明，裝設或投入10.5 MVar電容器組后，可滿足電壓質量要求。同時，不僅具有減少電力網功率損耗和電能損耗，且還有能增大電力網輸送能力的作用。

5 結論

電力系統的電壓調整，是一項技術較為復雜的技術任務，尤其是當系統電壓較低時，電力調度部門應首先考慮檢查所轄各變電所各級電壓母線側電容補償裝置的投入運行情況，在無功功率缺額不是很大的情況下，對相關變電所主變壓器進行調壓，才能達到較好的調壓效果。電力調度部門要分門別類的計算并建立健全主要輸電線路、主變的阻抗參數，根據所轄電網典型月、日負荷曲線，科學制定重要變電站主變壓器分接頭的日調整方式，建立健全所轄電網電壓嚴重偏移的處理預案，力求以較少的調壓次數達到最大的調壓效果。切實把電網電壓水平控制在規定的范圍內。

[1] 電力系統運行操作和計算. 北京: 水利電力出版社, 1979.

[2] 電力系統自動化. 北京: 電力工業出版社, 1980.

Distribution and Utilization of on-load Voltage Adjustment Transformer

Li Jianghua1,Fan Yongjiang2

（1. Military Training office in NNSFH, Qingdao 266071, Shandong, China; 2. The 701 Institute in CSSC, Wuhan 430064, China）

TM403.4

A

1003-4862（2013）12-0055-03

2013-05-15

李江華 (1973-)，男，工程師。主要研究方向為核動力管理。