變電站電壓無功綜合控制裝置在電網中的應用

【摘 要】電壓無功綜合控制是電網發展和運行的需要，變電站安裝運行VQC裝置（硬件或軟件）是必要和可行的，本文主要對VQC的調壓原理、使用效果及其存在問題進行探討。

【關鍵詞】變電站；電壓無功控制；調壓

0 引言

電壓是電能質量的主要指標，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行具有重大的影響。無功是影響電壓質量的一個重要因素。電壓無功的控制與管理是變電站擔負的重要任務。目前變電站的電壓無功自動控制裝置（VQC）應用已較為廣泛，利用VQC來實現電壓與無功的自動調節已成為加強電壓和無功管理，實現安全調度和經濟調度的重要手段。電壓的穩定對于保證國民經濟的生產，延長生產設備的使用壽命有著重要的意義，而降低網損、經濟供電又是每一個供電部門的工作重點。因此，變電站隨著負荷的波動對其電壓與無功調節需求往往很頻繁，如果由人進行調節干預，一方面增加值班員的負擔，另一方面靠人去判斷操作很難做到調節的合理性。近年來，隨著變電站的綜合自動化能力的提高，系統的采樣精度與信號響應速度均有很大的改善，各種方式接入的信號范圍較以往的系統有很大的擴展，因此在現有的當地監控系統中，用軟件模塊的控制來實現電壓與無功的自動調節在理論上所需的條件已經具備。VQC是具有電壓無功綜合控制功能裝置的簡稱。隨著電網的發展和VQC技術產品的成熟，電壓無功綜合控制裝置（硬件或軟件）的應用越來越廣泛，它對保證電壓質量、優化電網無功潮流和電網經濟運行等發揮了較大作用。VQC（硬件或軟件）發展到今天，已進入成熟、實用階段。本文主要對VQC裝置在電網中的使用進行探討。

1 VQC裝置調壓原理

對于變電站來講，為了使電壓與無功達到所需的值，通常采用改變主變分接頭檔位和投切電容器組來改變系統的電壓和無功。分接頭的變化不僅對電壓有影響，而且對無功也有一定的影響，同樣，電容器組的投切對無功影響的同時也對電壓有著一定的影響。在很多地方的供電系統中，不是考慮無功而是考慮功率因數作為調節依據。實際上，可以根據當時的有功功率換算出無功的控制范圍，在處理原理上本質是一樣的，只不過無功的上下限范圍始終是動態變化的范圍。在實際應用中，主變分節頭調節主要用于電壓的調節，電容器的投切主要用于無功的調節同時也用于電壓的調節。以滿足電網無功功率供需平衡，達到改善供電電壓質量，減少電能損耗的目的。

2 VQC裝置運行整定原則

隨著運行經驗的積累，我們對VQC裝置的認識及對其功能需要日趨成熟并漸趨一致。事實上，各地電網對VQC的運行要求和整定方式基本相似，VQC運行整定的原則總概括為：各站點根據負荷變化規律合理、適時按原則地調整主變分接頭檔位及投退電容器組（電抗器組），以確保母線的電壓質量和無功就地平衡。具體可總結為：

（1）優先保證電壓質量合格。110kV變電站必須保證10kV母線電壓合格；220kV變電站在保證110kV母線電壓合格的同時，盡量兼顧10kV母線電壓合格。有的地區因大多數110kV變電站都實現有載調壓，所以其220kV變電站仍以保證10kV母線電壓合格為主，盡量兼顧110kV母線電壓合格。

（2）無功考核（控制參考）點在變壓器高壓側，在保證電壓質量合格的前提下，無功就地平衡也就是主變變高側無功功率越接近于零越好。一般要求：110kV側的瞬時功率因數cosΦ≥0.95～0.98 220kV側的瞬時功率因數cosΦ≥0.95～0.98。

（3）詳細整定應按照站內主結線運行方式、負荷率及負荷曲線，以及分接頭開關和無功投退開關運行情況等因素，用九域圖控制原理進行具體參數的設定和確定保護、閉鎖條件。如果要實現對變壓器各側電壓無功的調控，則現有VQC的控制原理及功能必須作出較大修改，例如除本站點控制條件更為復雜之外，還須考慮對各站點進行聯網統調等措施；此外，要實現這些功能還須要進一步完善電網電壓無功的調控手段，如配備足夠、可調的無功電源（分組合理的電容器組和電抗器組，以及可調控無功出力的火力及水力機組等等），所以電網各級的總體電壓無功綜合優化控制的實現應該是下一步的目標，而在此之前還要花相當的時間去做大量的準備工作。

3 VQC的使用效果

VQC的應用，對保證電網良好的電壓質量、優化電網無功潮流和電網經濟運行等方面發揮了較大的作用。和傳統的調壓方式（如使用VC-100自動調壓器裝置調節主變分接頭檔位進行調壓）相比，VQC具有以下明顯優點：

（1）電壓超出合格范圍時，得到及時調整，并能按需要進行“逆調壓”，達到降損節能的目的；

（2）平衡無功。接受入或送出系統無功功率情況及時投入或退出，使無功潮流合理；

（3）優化電壓無功控制。能自動綜合比較電壓和無功量，采取最優的電壓調整和無功投退方案；

（4）大大減小了運行人員日常調整電壓、投切電容器組的工作量。

相對而言，電網中硬件VQC產品的應用數量比軟件VQC多，造成這一結果的主要原因是：

（1）早期RTU產品沒有考慮VQC功能擴展問題，現在也難以改造；現有設備中只有GR-90型RTU或綜合自動化系統能實現VQC功能擴展。

（2）某些RTU或綜合自動化系統供應商過去未足夠重視對VQC功能擴展，受使用經驗限制，其提供的初期產品功能和服務未能令人滿意。

需要指出的是，從實現電壓無功綜合自動控制的目標來說，硬件和軟件VQC在用途上不存在區別。

4 VQC裝置應用中存在的問題

電氣產品在電網的應用過程中都有相似經歷，VQC產品在電網的應用也有一個不斷成熟和更新換代的過程，這一過程，也是不斷發現問題，解決問題的過程，主要問題包括：

4.1 設備硬件問題

（1）有些產品元器件質量不穩定，故障率較高，抗干擾性差；如調檔板經常損壞、采樣輸入及時鐘系統誤差較大等；

（2）外圍設備如變送器誤差大，早期電容器組投退操作機構及變壓器調壓分接頭操作機構在動作次數多時有誤動或拒動現象。

4.2 設備功能問題

（1）個別產品對復雜運行方式的適應性差，有些未能實現真正的電壓無功綜合調節；（2）部分產品人機界面、保護鎖閉（如調壓分接頭操作機構防滑連動、防電容器組投退操作機構拒動）功能較差。

4.3 設備運行管理問題

VQC應用初期，由于生產安裝單位與運行維護單位之間技術交底不足，新設備缺乏運行經驗，曾出現了一些誤認為裝置故障的不正常運行現象，增加了不少維護工作。隨著科技的發展，工藝技術及運行管理工作的不斷完善，產品設計制造和應用管理水平的不斷提高，VQC功能亦將會得到很大的提高。

5 結束語

電壓無功綜合控制是電網發展和運行的需要，它對保證電壓質量、優化電網無功潮流和電網經濟運行等發揮了較大作用，變電站安裝運行VQC裝置（硬件或軟件）是必要和可行的。從技術發展趨勢看，應該鼓勵使用RTU或綜合自動化系統實現VQC功能擴展，提高現有設備利用率，節約資源，減少管理環節和設備維護，降低故障率；督促RTU或綜合自動化系統供應商實現VQC功能擴展，完善保護、閉鎖等相關功能，進一步完善VQC功能，使之更切合電網運行的需要。

【參考文獻】

[1]國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則[S].

[2]電能質量技術叢書 第二分冊 電力系統電壓[M].中國電力出版社.

[責任編輯：丁艷]