變電所所用電電壓影響因素分析及控制策略

徐 凱，徐 昕

（國網浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

變電所的正常運行離不開電力變壓器。變電所內的電力變壓器按作用可分為主變壓器（簡稱主變）和所用變壓器（簡稱所用變）兩類。根據系統接入方案的不同，主變輸入電壓一般為35～1 000 kV，其額定容量達數萬至幾百萬千伏安。相比而言，所用變容量要小得多，一般僅幾百千伏安，用于為變電所內各類電氣、動力、網絡通信等設備的正常工作及運行維護作業提供電能。

所用變的一次側（高壓側）一般接于主變低壓側母線或掛于主變低壓側母線所供的線路上。典型接線如圖1所示。

由圖1可見，所用變在變電所內處于系統末端，其低壓側電壓（即所用電電壓）易受電網系統電壓波動、設備參數選型等諸多因素的影響，若對所用電電壓不加以分析及控制，過高或過低的電壓將危及所供設備的正常運行，進而影響變電所安全穩定運行。

圖1 變電所內主變和所用變典型接線

本文結合我國供電電壓偏差標準[1]及變電所在運設備的實際情況，分析了電壓偏差的危害及影響變電所所用電電壓的因素，并提出針對性的控制策略。

1 供電電壓偏差危害及限制

1.1 供電電壓偏差危害

若變電所所用電的電壓波動超過我國供電電壓偏差標準，將會給用電設備帶來嚴重危害，具體體現在以下方面[2]：

（1）影響感應電動機的電流（轉子電流、勵磁電流、啟動電流）、轉矩、功率、功率因數、效率和壽命等。電壓降低將使電動機轉矩明顯下降，當電壓降低到臨界值以下時，電動機就難以啟動，還可能因堵轉而燒毀；而電壓升高時，電動機可能發生過熱，降低使用壽命。變電所內有眾多的電動機設備，如主變的強油循環風冷油泵、風扇，強排水泵，通風電機，部分開關、閘刀交流儲能或操動機構的電動機等。

（2）影響白熾燈、熒光燈等燈具的功率、光通量、發光效率和壽命期限。

（3）影響電子設備的壽命。電壓降低使計算機監控系統顯示器色彩異常、亮度變暗，電壓升高則使顯像管、裝置電源板壽命降低，電壓偏差過大時，計算機和控制設備容易出錯并造成誤動。目前在運的綜合自動化、數字化、智能化變電所內運行著眾多計算機、測控單元、采集單元、網絡通信等電子設備，電壓偏差過大無疑將影響這些設備的正常運行。

1.2 供電電壓偏差限制

用電設備的運行指標和額定壽命是對其額定電壓而言的，當運行電壓出現偏差時，其運行參數和壽命將受到影響，影響程度與偏差的大小、持續時間和設備狀況有關。

供電電壓偏差是電能質量的一項重要指標，國家標準對供電電壓偏差有如下的限制[1]：220 V單相供電電壓偏差為標稱電壓的－7%～＋10%。因此，220 V電壓應控制在204.6～242 V，這也是變電所所用變二次側（低壓側）電壓的控制范圍。

2 影響變電所所用電電壓的因素

影響所用電電壓的因素眾多，本文分析的前提是排除設備（如電力變壓器、導線、電纜等）質量問題、不考慮所用電特殊負載 （如大功率用電設備同時啟動、重負載），且電力變壓器工作在《電力變壓器運行規程》[3]規定的運行條件下。

為適應現場工程應用，本文主要圍繞主變與所用變電壓波動間的關系進行分析。

2.1 系統電壓

系統電壓是指變壓器高壓側輸入的電壓，系統電壓的波動勢必引起變壓器其它側（中壓側、低壓側或第四側）電壓同步變化。

調度規程規定，電網的無功功率和電壓實行分級管理原則。以目前浙江省骨干電網（500 kV電網）為例，網、省調定期行文下發規定各500 kV變電所及相關電廠的220 kV和500 kV電壓控制點電壓曲線控制范圍，并由各級調控部門對各自管轄電網的無功平衡和電壓進行調整、控制和管理。以湖州地區在運的500 kV變電所為例，2012年第四季度各電壓控制點的電壓曲線范圍如表1所示。

表1 湖州地區500 kV變電所電壓控制點電壓范圍

而110 kV及以下電網一般由無功電壓優化控制系統（AVC）對電壓進行控制。目前湖州電網主網架（220 kV）AVC控制策略中對220 kV變電所110 kV和35 kV母線電壓的控制范圍如表2所示。

表2 湖州地區220 kV變電所35～110 kV電壓控制范圍

AVC策略中規定，超出表2電壓控制范圍時，越下限時升主變檔位，越上限時降主變檔位。當220 kV電壓低于下限值（225 kV）時禁止切該片區電容器，220 kV電壓高于上限值（235 kV）時禁止投該片區電容器。

綜上所述，變電所內各電壓等級母線電壓在實際運行中均有一定的波動范圍，控制范圍如表3所示。

表3 35～500 kV母線電壓控制范圍

2.2 變壓器調壓裝置

利用變壓器調壓裝置改變分接頭檔位，也是一種調節輸出電壓的方式。有載調壓變壓器比無載調壓變壓器應用更靈活，調節分接頭時不影響變壓器供電，是實現AVC控制的必備條件之一。

以圖1所示接線圖為例，在系統電壓恒定情況下，調節主變分接頭檔位會影響所用變所在母線的電壓，調節所用變分接頭檔位會影響所用電電壓。由于系統電壓控制范圍明確，故通過主變和所用變分接頭檔位的合理調整、配合，理論上就能確保所用電電壓在安全的水平。

2.3 變壓器額定電壓

新建變電所系統接入方案考慮了變壓器在運行中的電壓環境，使投運的主變各側額定電壓并不一致。實際工程中，所用變高壓側額定電壓的選擇也不統一。以現場典型的A，B，C 3座220 kV變電所的主變及所用變配置為例進行說明，其配置如表4所示。

表4 220 kV變電所主變、所用變典型配置

表4中A，B，C 3座變電所主變低壓側額定電壓有38.5 kV和37 kV 2種，所用變高壓側額定電壓有35 kV，37 kV和38.5 kV 3種。

通常關注的是所用電電壓，根據表2可知，220 kV變電所的35 kV母線電壓通過AVC系統控制在35～37.5 kV范圍，此范圍也是所用變高壓側電壓的理論波動范圍（35 kV為下限，37.5 kV為上限）。

按表4分別根據A，B，C 3座變電所所用變檔位計算變比（A所用變檔位用A1—A5表示，B所用變檔位用B1—B3表示，C所用變檔位用C1—C3表示），再根據變比核算各臺所用變高壓側電壓在上、下限情況時的低壓側（所用電）電壓的最高值和最低值。計算結果如表5所示。

表5 A，B，C變電所的所用電電壓

根據供電電壓偏差限制，表5中部分所用變在某些檔位運行時電壓已越限，越限檔位見表6。

表6 A，B，C變電所正常情況下可能導致所用電越限的檔位

3 變電所所用電電壓控制策略

根據上述分析，從設計、運行階段對所用電電壓控制提出針對性控制策略。

3.1 設計階段

（1）所用變高壓側額定電壓：所用變選型時，其高壓側額定電壓應盡可能接近或與主變低壓側額定電壓保持一致，以避免所用變長期運行在較高電壓水平，滿足不得長期高于額定電壓105%的要求，同時也能充分發揮所用變各級檔位的調壓作用。若所用變高壓側所加電壓過高或過低，會導致部分檔位調壓結果不符合電能質量標準。

（2）所用變分接頭檔位：在同樣的調壓范圍內，所用變分接開關檔位設置越精細越好。由表5可見，A，B，C所用變可調電壓范圍均為±5%，但A所用變檔位采用±2×2.5%，要優于B和C所用變檔位±5%。檔位分得越細，越便于現場選擇最符合供電電壓偏差標準的所用變檔位。

（3）并列運行變壓器的調壓裝置：經濟技術條件允許時，無論主變還是所用變，應盡量采用有載調壓變壓器，在技術上滿足不停電調壓的要求。新建或擴建工程中安裝有多臺主變或所用變，除應滿足變壓器并列運行條件外，還應確保主變或所用變采取的調壓方式一致。若其中1臺變壓器采用有載調壓而另1臺采用無載調壓，為滿足變壓器并列運行條件，將不得不退出有載調壓裝置，既浪費投資，又無法發揮變壓器有載調壓的優勢。

（4）所用電系統負荷：設計時應合理分配所用電系統各相負荷，避免重載相出現低電壓現象。

3.2 運行階段

（1）所用變投運前的核算和實測：涉及所用變投運的工程，投運前應開展所用變檔位確認及所用電電壓核算。即根據該變電所主變與所用變額定電壓參數、所用變所在母線AVC控制策略中的上/下限電壓范圍，計算所用變各檔位運行時輸出的所用電電壓上/下限值，并與供電電壓偏差限值進行比對，剔除所用電電壓上/下限越限的檔位，選擇最符合供電電壓標準的檔位。計算過程按表5、表6進行。

待所用變高壓側帶電后，應實測所用電電壓，校核所用變檔位滿足理論計算結論后，方可帶上所用電負荷。這樣做的主要原因是不同廠家的所用變分接開關的有載或無載調壓設置方式不同，調檔的結果不能完全憑肉眼觀看指示來確認，要防止調檔不準確情況的發生。

（2）加強AVC系統運維及策略管理：AVC系統至關重要，直接影響35 kV及以上母線電壓的控制，要確保AVC系統策略的正確性以及軟/硬件和通信等部件的正常運行。若AVC策略中關于所用變所在母線（高壓側）電壓的上/下限范圍有所調整，應事先開展所用變檔位調整及所用電電壓核算工作。

（3）加強無功設備運維管理：運行單位對變壓器有載分接開關、無功補償設備要加強巡視和消缺力度，深化狀態檢修體系建設和帶電檢測工作，認真落實反措，確保AVC策略控制執行到位。

4 結語

變電所所用電電壓應符合國家電能質量標準，通過分析影響所用電電壓的主要因素，在設計、運行階段高度重視所用電電壓問題，避免投資不經濟、設備運行不安全情況的發生。同時，借鑒AVC系統成功運用的經驗，期待有更加智能化的所用變投入運用，如果所用變能自動對二次側輸出電壓進行控制，將電壓限制在國家允許的供電電壓偏差范圍內，所用電所帶負荷的安全性將大大提升。

[1]GB/T 12325-2008電能質量供電電壓偏差[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]劉連光.中低壓配電網電壓偏差問題的解決途徑與措施[C].中國電機工程學會電力系統自動化專委會供用電管理自動化分專業委員會成立暨第一屆學術交流會議論文集，2003.

[3]DL/T 572-2010電力變壓器運行規程[S].北京：中國電力出版社，2010.