地區電網電壓無功分析研究

康利軍

（內蒙古鄂爾多斯市薛家灣鎮，內蒙 鄂爾多斯 010300）

在電力系統中，保證電壓質量的方法有無功補償、調節變壓器分接頭等，但無功補償是電力系統中確保電壓質量的基本條件，對無功補償裝置進行合理的分配和控制，能夠有效的提高電壓質量，同時提高設備安全性和可靠性[1]，降低系統網絡損耗，從而提高電網輸送電能的能力，發揮電網運行的經濟效益。越靠近電源點的電壓穩定性越好，但是在輕負荷時這些點的電壓和功率因數偏高，重負荷時這些點的電壓和功率因數又偏低，遠離電源點的電壓穩定性就更差，無法達到電網考核標準[2-3]。本文結合準格爾旗地區電網的無功電壓存在的問題進行分析，提出一些解決電壓質量的措施。

1 地區電網無功電壓運行情況

1.1 地區電網結構

目前，在準格爾旗地區共有1座500kV變電站、6座220kV變電站，該地區所需電力主要由內蒙古電網主網架供應，通過500kV寧格爾變、220kV楊四海變、薛家灣變、大路變、長勝變構成該地區的主網架構，從內蒙古電網寧格爾變受進電力、大飯鋪電廠、萬家寨水電廠、伊東自備電廠和準能電廠向楊四海變電站、薛家灣變電站和寧格爾變電站送電。地區電網結構圖如圖1所示。

2012年準格爾旗地區電網最高負荷為1280MW，最低負荷1023MW，預計2013年最高負荷達到1370MW。

1.2 地區電網無功現狀分析

2012年準格爾旗地區電網安裝無功補償電容器總容量為794.9Mvar（包括該地區故障的電容器），其中網內安裝電容器總容量為385.9Mvar，用戶安裝電容器總容量為409Mvar。

當地區負荷達到最高峰時，系統無功缺額為26.47Mvar（其中楊榆地區無功缺額約為8.6Mvar，大路地區無功缺額約10Mvar，薛家灣鎮供電區域無功缺額4.47Mvar，川掌地區無功缺額約為3.4Mvar）。地區電網所轄220kV變電站總無功設備容量為268.8Mvar（其中包括損壞和無法投入的容量123Mvar，可投容量只有145.8Mvar）。除220kV薛家灣變、長勝變、川掌變無功補償裝置能正常投切外，楊四海變電站有4臺電容無法投運，大路站有6臺電容器無法投運。

圖1 地區電網結構圖

2 電網運行存在無功電壓的問題

2.1 電網運行負荷不均衡，引起電壓波動

準格爾旗地區電網現在是內蒙古電網外送的通道之一，越接近于電源點，電壓偏離于上線運行，給電壓的穩定性帶來一定的影響。220kV川掌變、楊四海變、薛家灣變，在電網達到高峰負荷時，最高電壓可達241.7kV，楊四海變、薛家灣變所供的部分110kV變電站母線電壓常出現超負荷，而部分變電站負荷特別輕，這對電網的安全運行帶來不利影響。

2.2 無功補償裝置管理不到位

部分變電站電容器損壞，造成地區電網功率因數低下。從2011年地區電網無功補償裝置運行情況統計分析看，楊四海和大路220kV變電站電容器損壞，這兩個站是該地區電網的重負荷變電站，使得地區電網的功率因數下降。

電容器的投切不及時，在負荷高時，不能及時的投入電容器，補償系統的無功缺額；在符合較低時，不能及時地退出電容器，導致母線電壓不穩定，給系統的調壓帶來一定的影響。

用戶電容器管理不到位，不能及時投入，出現系統倒送無功的情況，給系統造成的電壓質量影響較大。

2.3 無功補償裝置損壞和修復對地區電網電壓質量的影響

電網電容器損壞的修復周期長，而且附屬設備極容易出現故障，不能及時地補償系統的無功缺額，單靠調節變壓器分接頭是無法解決電壓質量的問題，給地區電網的電壓質量造成一定影響。

用戶對電容器管理不到位，損壞率高，修復不及時，無法及時的投入，補充缺額不及時，影響系統的電壓穩定性。

2.4 地區電網電壓無功的控制和調節能力不足

目前，地區電網對電壓無功的控制和調節能力存在一定困難，特別是35～110kV變電站中個別有載調壓變壓器的分接頭檔位無法滿足電網運行電壓調節的需求。

系統中部分變電站電容器配置不合理，集合式電容器容量大，無法分組投入，在遇到電壓質量問題時，投電容器會引起系統的無功過剩，電壓偏高，不投電容器系統有存在無功缺額，電壓偏低，這給系統無功調節和電壓控制帶來一定困難。

用戶電容器占系統電容器總容量的51.45%左右，對用戶電容器的及時投切，補充系統無功缺額困難大。目前，存在這樣問題的主要原因：①系統對于用戶的電容器投運情況沒有足夠的了解；②系統電網對電壓無功的考核標準和用戶存在矛盾[5-6]；③在電網系統中，存在的大量用戶主要是電石廠、硅鐵廠、煤制油、甲醇制造工廠、PVC工廠，這些用戶的電動機較多，諧波污染嚴重，給電容器的運行帶來不利影響，損壞率高，尤其是35kV電石廠、硅鐵廠，廠內無功需求量大，造成系統中這些35kV專線供電的工廠母線電壓很低，不滿足合格率要求，從而影響其他用戶的電壓。

2.5 對電廠的無功電壓出力缺乏考核標準

從發電廠自身的利益出發，在用電高峰期，發電廠少發無功，多發有功，但是，在此刻正是系統中無功缺額最大的時候；在負荷低谷時期，發電廠無功按照要求發，使得系統無功出現過剩的情況，無法平衡系統的無功。

3 對存在的問題所采取的措施

根據該地區電網電壓無功不平衡，電壓穩定性問題，對無功電壓管理建議采用以下改進措施：

1）現在正在進行對電網設備升級改造和電網網架結構建設，對于新建變電站時，要進行相關的無功規劃，對于變壓器和無功裝置的選型，要充分考慮目前電網中無功電壓存在的問題，結合這些問題進行變電站內無功設備的選擇，特別是目前存在集合式電容器對電網的無功調節不利；目前電網設備正在進行大規模的升級改造，特別是變壓的升級改造，要考慮變壓器分接頭的選擇，解決網內有載調壓變壓器分接頭無法滿足電壓調節的問題。目前，該地區220kV變電站內有載調壓變壓器分接頭檔位為220/121/38.5，在這些變壓器中，常出現中壓側和低壓側電壓質量不能滿足系統要求，導致電容器投切困難[7]。建議在對設備進行升級改造時，按照目前存在的問題，選擇適合該地區電網存在問題的變壓器變比，建議升級改造的220kV變電站三側的額定變比選取原則為：①對于一般情況，三側的額定變比比選擇為1/1.05/1.05；②對于長距離，重負荷供電的變壓器，三側額定變比選擇為1/1.05/1.1；③當220kV變電站變壓器低壓側沒有負荷或者只帶站內負荷時，建議采用額定變比為1/1.05/1的比變壓器。

2）加大力度對發電廠的電壓無功管理，制定相關的考核細則，并且和電網的考核細則相結合，使得不相互矛盾。而且對發電廠進行調研，分析存在的問題，激勵發電廠配合電網的無功調節，提高電網的電壓穩定性和功率因數。

3）加強對電容的管理，建立完善的電容臺帳和考核機制，變電站內指定專人對電容器進行日常巡視，修試所指定專人定期對電容器做試驗并進行缺陷處理工作，確保站內電容器健康地運行，提高電容設備的可用率。

4）加強對用戶端電壓無功和諧波管理，建立健全完善的用戶端無功補償資料和消諧裝置臺帳。加強無功補償的自動控制系統建設，實時監測用戶電容器的投入情況；在給用戶供電的母線上裝設電壓監測儀，并且保證設置率100%；組織專門人員開展對用戶端功率因數的電費專項檢查，擴大輿論宣傳，同時督促用戶對電壓無功的管理，幫助用戶解決在電容器運行管理方面存在的問題，提高用戶電容器的投入率，減少由于功率因數和電壓質量不合格而引起的電費支出，降低電網的網絡損耗，并將完善用戶無功補償的考核作為一個專門課題進行研究。

5）在變電站內每個班組做好每個月典型日實時功率因素統計工作，并且結合無功優化自動控制系統中所采集的數據進行綜合分析，找出地區電網中無功配置的薄弱環節，及時的在電網設備改造中，編制電容器的新增和改造計劃。對于系統功率因數長期低于0.9的線路和變電站，在這些地方安裝可以自動投切的電容器，實施補償無功缺額。

6）新裝設的電容器，在選型方面，要選擇組別多、小容量的電容器，解決集合式電容器投切式存在的問題，最大可能的實現自動投，實現對地區電網無功的優化配置。

4 結論

對地區電網存在的電壓無功問題進行詳細分析，找出無功補償裝置配置、維修及其對用戶和電廠管理中存在的問題，并給出應對措施。通過這些應對在電網中實際應用措施，可以大大地提高電網對無功的控制能力，滿足地區電網對電壓合格率的考核水平，提高用戶供電的電壓質量，降低網絡線損，保證地區電網的安全經濟穩定運行。

[1]黃偉.地區電網可靠運行分析[J].廣東電力,2005,18(5): 17-20.

[2]夏可青,李揚,周靖,等.江蘇220kV電網無功電壓現狀分析[J].江蘇電機工程, 2005,24(2): 42-45.

[3]李海峰,王小英,楊志新,等.江蘇電網無功電壓現狀分析[J].江蘇電機工程, 2004, 23(1): 33-36.

[4]SD325.電力系統電壓和無功電力技術導則[S].

[5]孫超,紀偉,安光輝.唐山地區用戶無功平衡及分析[J].電力電容器與無功補償, 20 08,29(5):39-42.

[6]攝偉,劉健,周艷.考慮時段優化的地區電網無功電壓優化控制[J].電力系統自動化,2009,33(4):31-35.

[7]莊侃沁,李興源.變電站電壓無功控制策略和實現方式[J].電力系統自動化, 2001, 25(15): 47-50.