萍鄉電網無功電壓研究

肖海毅　彭麗芳

摘要：電網復雜程度的增加使電網的安全穩定問題更加突出，除可能發生功角穩定外，電網如果缺乏足夠的電壓支撐，容易引發電壓失穩，甚至出現電壓崩潰，造成大面積電網瓦解。文章對照電力系統電壓和無功電力技術導則，對萍鄉電網無功電壓現狀進行了分析，并提出了電網中存在的無功電壓安全隱患等問題。

關鍵詞：電網安全；無功電壓；無功補償；安全隱患；電壓失穩；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2016）28-0124-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.062

最近幾十年來，國外包括紐約、東京、巴黎等大都市在內的受端電網由于發生連鎖反應故障等原因造成數十次大停電事故，造成巨大損失，如2003年發生的美加“8·14”大停電事故損失負荷6180萬kW，2005年5月莫斯科因一座變電站全停也損失負荷200多萬kW。這些大停電事故除了造成巨大經濟損失。影響人民的正常生活外，還危及到公共安全，造成嚴重的社會影響。因此有必要在電網規劃、建設及運行中充分考慮受端電網的動態電壓支撐問題，采取必要的措施，將系統安全隱患降低到最小程度。

電力系統的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件。有效的電壓控制和合理的無功補償不僅能保證電壓質量，而且提高了電力系統運行的穩定性和安全性。電力系統的無功電源與無功負荷在高峰或低谷時都應采用分層分區基本平衡的原則進行配置，并應具有靈活的無功電力調節能力與檢修備用容量。目前萍鄉電網以220kV電網構成主網架，已經形成220kV雙環網結構，但是依然存在較多問題，安源電廠分廠運行時，外送線路僅靠同桿架設的雙回線路，發生N-1故障，電網將失去一臺大機組支撐，必將對電壓無功特性造成較大影響，可能引發電壓越限問題。本文主要研究萍鄉電網的電壓無功存在的問題。

1 萍鄉電網電壓無功現狀及存在的問題

1.1 電壓無功現狀

電力系統的無功負荷主要來自異步電動機。無功損耗主要來自變壓器和輸電線路。無功電源主要包括發電無功、線路充電功率和無功補償裝置輸出的無功功率。目前萍鄉電網發電機組多為小水電和企業自備小火電，缺乏功率因數和電壓調整能力，且未開展機組進相能力試驗，除安源電廠外其他機組均不具備進相運行能力，萍鄉電網無功補償裝置均為電容器組，總容量594.2MVar。

1.2 電壓無功問題

從萍鄉電網運行現狀來看，存在的電壓無功問題主要表現在以下三個方面：

1.2.1 220kV網架易發生潮流大范圍轉移。目前萍鄉電網以220kV電網構成主網架，基本形成220kV雙環網結構，但是環網內線路多為同桿并架，在發生某些220kV同桿線路同跳故障，潮流大范圍轉移可能引起電壓穩定問題。安源電廠分廠運行情況下，其外送同桿雙回線路同跳將造成發電機組與系統解網，可能會引起電壓越限問題。

1.2.2 萍鄉電網無感性無功補償裝置，高電壓情況下缺乏感性無功支撐。萍鄉電網地處江西電網西部，屬于末端供電地區，原網內最高電壓為220kV，大功率送電時無功損耗較大，且無區域性大電廠支撐，電壓無功支撐能力不足，故需配置大量的無功補償裝置。隨著500kV安源變的投運，網內電源結構發生了極大的變化，同時由于大量220kV線路投入運行，線路充電功率過高，而萍鄉電網未配置感性無功裝置，因此造成低谷時段時萍鄉電網220kV電壓過高且缺乏調整電壓的能力。

1.2.3 部分大用戶無功波動幅度過大且存在無功倒送的問題。萍鄉電網用戶以工業用戶為主，其中用電負荷最高的萍鄉鋼鐵廠存在無功波動幅度過大的問題，其無功隨著生產用電負荷的快速波動，能在幾分鐘內由吸收大量無功轉變為倒送大量無功，對系統的無功電壓調整造成了很大的影響，造成五陂下、跑馬坪等變電站無功快速無序波動，并造成網內電容器在自動裝置的控制下頻繁動作，難以調控。

2 電壓無功平衡分析

無功平衡的總原則為分層分區，就地平衡且避免長距離傳輸無功，保證電壓質量，降低線損。首先應有充足的無功電源，其總容量應滿足系統在大負荷方式下的無功功率總需求；其次應有充足的感性無功補償，保證系統在小負荷方式下不產生無功功率過剩。因此，以下主要計算校驗大負荷情況下容性無功補償裝置以及小負荷情況下感性無功補償裝置是否充足性。

2.1 大負荷方式下電網容性無功平衡分析

2015年大負荷方式，萍鄉電網計算有功發電出力1320MW，計算有功負荷875MW，計算無功負荷305MVar。萍鄉電網根據220kV變電站供區可分為8個供電分區：跑馬坪分區；五陂下分區；湘東片分區；泉田片分區；柳江片分區；南嶺片分區；關下片分區；大倉前片分區。2015年受安源電廠投運影響，萍鄉電網無功補償容量增加818MVar，同時網內有電容器容量594.2MVar，220kV線路充電功率也達97.3MVar，按照2015年度萍鄉電網最大負荷875MW計算，已經完全滿足了萍鄉電網的無功負荷需求。2015年萍鄉電網無功補償情況統計情況如下：發電機有功1320MW、MVar，發電機無功818MW、MVar，電力電容器594.2MW、MVar，用戶電容量72.5，充電功率97.3，110kV有功負荷166.4MW、MVar，35kV有功負荷141.7，10kV有功負荷552MW、MVar，無功負荷821.5MW、MVar，無功缺額-637MW、MVar。

注：（1）最大自然無功負荷根據《電力系統電壓和無功技術導則》確定；（2）無功缺額=1.15×最大自然無功負荷-發電機無功-電力電容器-用戶電容器-充電功率；（3）以上計算負荷未考慮500kV安源變電站電容器及500kV線路充電功率因素。

2.1.1 電壓無功平衡分析。2015年大方式下，萍鄉電網220kV系統電壓運行在226～232kV，110kV系統運行電壓可控制在110～117kV，按照母線電壓控制范圍要求，2015年大方式下，萍鄉電網220kV、110kV母線電壓基本滿足電網運行要求。

2.1.2 靜態N-1校核。對220kV線路、變壓器N-1開斷后萍鄉電網電壓無功變化情況進行了分析，可以看出：（1）220kV線路N-1開斷，潮流發生轉移，萍鄉電網220/110kV母線電壓降低約1～2kV，均可保持在合理范圍內；（2）安泉雙回220kV線路開斷，將形成長距離鏈狀供電線路，沿途變電站母線電壓均有不同程度降低，其中泉田變電壓下降1.6kV，但仍可保持在226kV以上；（3）安源電廠單機發電時，如機端功率因數保持在0.98以上，此時開斷安源電廠機組，會造成萍鄉電網電壓普遍下降，220kV母線電壓最多降低6kV，故應盡可能地提高安源電廠的功率因數運行。

通過前述大方式及無功平衡分析，2015年大負荷正常運行情況下，各等級電壓均能保持在合理范圍內，但安源電廠機組開斷時，可能造成系統電壓大幅波動，故應考慮盡可能提高安源電廠發電出力的功率因數。

2.2 小負荷方式下電網感性無功平衡分析

2.2.1 潮流分析。2015年，萍鄉電網建成220kV變電站8座，220kV線路28條576公里，按照運行電壓230kV計算充電功率共計169.9MVar，未配置線路高壓電抗器。小方式下，萍鄉電網計算有功負荷320MW，計算無功負荷52MVar。

2.2.2 電壓無功平衡分析。小方式下的潮流圖顯示，萍鄉電網220kV系統電壓運行在232kV以上，110kV系統電壓可控制運行在110～117kV，在安源電廠不進相運行的情況下，萍鄉電網的220kV電壓偏高，安源電廠發出部分無功的情況下，萍鄉電網電壓還將進一步升高，且萍鄉地調目前不具備高電壓情況下的電壓調整手段。萍鄉地區感性無功補償缺額統計如下：總有功負荷320.393MW、MVar，總無功負荷55.729MW、MVar，總功率因數0.985MW、MVar，總充電功率116.394MW、MVar，總電容無功為0MW、MVar，交流線無功損耗6.026MW、MVar，變壓器無功損耗13.211MW、MVar，感性無功缺額112MW、MVar。

從以上的情況來看，萍鄉電網小負荷期間，電網的總功率因數為0.985，交流線無功損耗為6.026MVar，變壓器無功損耗為13.211MVar，但是網內充電功率已高達116.394MVar（其中220kV線路充電功率為97.298MVar），使電網內無功過剩且無法調整。此時萍鄉電網各主變的功率因數遠不能滿足低谷時段0.9～0.95的要求，根據電力系統電壓和無功電力技術導則要求，對220kV變電站，在切除并聯電容器后，其一次母線功率因數高于0.98時，應裝設并聯電抗器。因此萍鄉電網因考慮在無功功率上網較為嚴重的五陂下變、柳江變、南嶺變以及220kV線路較為集中或線路長度較長的跑馬坪變、湘東變裝設并聯電抗器。負荷波動較大的五陂下變建議安裝可快速調節無功出力的補償裝置，如SVC等。

3 結語

（1）安泉雙回220kV線路開斷，將形成長距離鏈狀供電線路，沿途變電站母線電壓均有不同程度降低，其中泉田變電壓下降1.6kV，但仍可保持在226kV以上；（2）2015年大負荷正常運行情況下，各等級電壓均能保持在合理范圍內，但安源電廠機組開斷時，可能造成系統電壓大幅波動，故應考慮盡可能提高安源電廠發電出力的功率因數；（3）小方式下萍鄉電網220kV系統電壓運行在232kV以上，在安源電廠不進相運行的情況下，萍鄉電網的220kV電壓偏高，且萍鄉地調目前不具備高電壓情況下的電壓調整手段，假設在萍鄉電網的8個220kV變電站平均分配各投入15MVar電抗器，總計120MVar電抗器，則220kV電壓可顯著降低至230kV左右；（4）萍鄉電網小負荷期間，交流線無功損耗為6.026MVar，變壓器無功損耗為13.211MVar，但是網內充電功率已高達116.394MVar（其中220kV線路充電功率97.298MVar），缺乏112MVar的感性無功補償裝置。

參考文獻

[1] 電力系統電壓和無功電力技術導則（試行）（SD325-1989）[S].

作者簡介：肖海毅（1981-），男，國網江西省電力公司萍鄉供電分公司工程師，研究方向：無功電壓及電網穩定運行。

（責任編輯：秦遜玉）