變壓器有載調(diào)壓并列運(yùn)行及分接頭控制

朱月華

（貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引 言

電力系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)的電力負(fù)荷比較大，該設(shè)備的定子電流、功率效率和因數(shù)等都會(huì)隨著供電電壓的改變而發(fā)生變化。當(dāng)電壓持續(xù)下降時(shí)，會(huì)迅速增加定子電流，如果電壓下降超過(guò)50%，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就會(huì)變?yōu)?5%。電壓下降幅度越大，電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)差率以及轉(zhuǎn)子電流就越大，這樣就會(huì)提升電動(dòng)機(jī)溫度的上升速度，促使規(guī)律因數(shù)與效率持續(xù)降低，對(duì)電動(dòng)機(jī)造成損壞。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低會(huì)相應(yīng)減低水泵和風(fēng)機(jī)，對(duì)汽機(jī)和鍋爐等設(shè)備造成影響，如果電壓持續(xù)降低，還會(huì)對(duì)電爐設(shè)備的出力情況造成影響。

1 變壓器有載調(diào)節(jié)并列運(yùn)行和分接頭控制的現(xiàn)狀

有載調(diào)節(jié)控制技術(shù)對(duì)自動(dòng)控制具有較高的可靠性要求。從早期手動(dòng)控制到變壓器的有載調(diào)壓自動(dòng)控制，現(xiàn)階段國(guó)際所研發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，能夠應(yīng)用無(wú)功均衡法和最小環(huán)流法實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變壓器并列，對(duì)變壓器進(jìn)行級(jí)連控制[1]。控制電壓等級(jí)向上可以對(duì)中低壓變電站實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓，向下延伸能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)基礎(chǔ)變壓器的有載調(diào)節(jié)。變壓器的類(lèi)型主要包括自耦變壓器、兩卷變壓器和三卷變壓器。

有載調(diào)壓器控制器主要控制分接頭開(kāi)關(guān)，近些年的不斷深入研究，提升了分接頭開(kāi)關(guān)制造技術(shù)的可靠性和制造工藝。有載分解開(kāi)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)萬(wàn)次安全調(diào)節(jié)，改變電壓時(shí)不僅可以應(yīng)用分接頭調(diào)節(jié)，改變無(wú)功也能調(diào)節(jié)電壓[2]，尤其是系統(tǒng)不具備無(wú)功情況下，可以采用改變無(wú)功的方式實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閲?guó)外開(kāi)發(fā)的技術(shù)能夠確保電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)提升至較高水平，所以分接頭能夠有效調(diào)節(jié)電壓水平。我國(guó)研發(fā)的技術(shù)需要按照實(shí)際情況，劃分為調(diào)分接頭和無(wú)功調(diào)節(jié)等不同情況。從當(dāng)前技術(shù)的運(yùn)行情況可知，我國(guó)電網(wǎng)無(wú)功水平呈現(xiàn)持續(xù)改善趨勢(shì)，有載調(diào)壓自動(dòng)控制的作用將無(wú)限增加。

2 變壓器有載調(diào)壓并列運(yùn)行和分接頭控制的重要性

對(duì)110 kV和220 kV的重要變電站而言，實(shí)行變壓器有載調(diào)壓并列與分接頭控制的智能控制具有較大作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，隨著用電負(fù)荷量的持續(xù)增加，大多數(shù)變電站開(kāi)始裝設(shè)第三臺(tái)主變壓器，多臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行加大了實(shí)時(shí)供電容量，在較大程度上提升變電站的供電可靠性。第二，變電站數(shù)量規(guī)模持續(xù)增大，集控站式調(diào)度值班人員的工作量隨之加大，并且電壓調(diào)整主要集中在高峰低谷時(shí)間段，增加了值班人員的工作強(qiáng)度，延長(zhǎng)了處理時(shí)間，在較大程度上增加了人為誤操作率[3]。第三，近些年，我國(guó)高壓和超高壓電壓等級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模不斷加大，大多數(shù)中低壓變電站均需要進(jìn)行有載調(diào)壓和并列運(yùn)行。第四，普通分列運(yùn)行過(guò)程中，分接頭位置的差別將會(huì)導(dǎo)致變壓器容量出現(xiàn)能量損耗問(wèn)題，實(shí)行并列運(yùn)行和有載調(diào)壓可降低能量損耗，滿(mǎn)足高經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的條件。第五，普通類(lèi)型的變壓器在并列運(yùn)行中產(chǎn)生的環(huán)流會(huì)導(dǎo)致變壓器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)熱情況，有載調(diào)壓和并列運(yùn)行會(huì)消除變壓器運(yùn)行環(huán)流期間引發(fā)的過(guò)熱現(xiàn)象，確保變壓器安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 有載調(diào)壓在樞紐變電站的作用分析

有載變壓器能夠在帶負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)分接頭切換，確保變電站在任何條件下都能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并且可以?xún)?yōu)化配置無(wú)功，控制分層、分區(qū)，避免變壓器出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁，進(jìn)而確保系統(tǒng)電壓質(zhì)量[4]。

使用有載調(diào)壓變壓器時(shí)，能夠按照最大負(fù)荷計(jì)算出電壓最小負(fù)荷值和最大負(fù)荷值，進(jìn)一步計(jì)算出電壓最小值，選擇出適宜的分接頭。通過(guò)此種方式能夠降低次級(jí)電壓的變化幅度，還會(huì)改變電壓的變化趨勢(shì)。比如在小負(fù)荷狀態(tài)下，降壓變電所電壓偏高，按照電壓調(diào)節(jié)要求，在最小負(fù)荷無(wú)補(bǔ)償?shù)那闆r下明確變壓器分接頭。變壓器分接頭電壓值為Vt=V2N×V12min/V2min，其中，V12min表示最小負(fù)荷時(shí)低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓；V2min表示最小負(fù)荷時(shí)低壓母線所要求保持的實(shí)際電壓；V2N表示低壓母線的電壓額定值。

有載調(diào)壓變壓器具有較大的調(diào)節(jié)范圍，通常能夠超過(guò)15%。比如在某地區(qū)變電站中，1號(hào)主變壓器為有載調(diào)壓變壓器，使用中壓線圈首端能夠?qū)崿F(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。另外，該主變壓器具有17個(gè)分接頭，電壓變化幅度在20%左右，這樣能夠改善電壓質(zhì)量。

4 變壓器分解控制與電容器無(wú)功控制綜合考慮方案

變電站的變壓器控制與電容器控制由控制器完成電容器和分接頭控制；因此，在可靠性，速度以及功能上存在較多問(wèn)題。由于變壓器控制存在顯著優(yōu)勢(shì)，因此可以將電容器控制器與變電器控制器聯(lián)合組成分布式VQC系統(tǒng)，且提出了有效的解決方案。

4.1 第一種方案

由圖1可知，第一種方案主要由獨(dú)立控制裝置控制變壓器和電容器，系統(tǒng)AVC的實(shí)現(xiàn)主要由整個(gè)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)命令進(jìn)行計(jì)算執(zhí)行。該方案的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，具備較高的可靠性，能夠應(yīng)用在電容器控制變電站的過(guò)程中。此方案也存在不足之處，如果系統(tǒng)AVC失效，會(huì)導(dǎo)致電容器控制器與變壓器控制器之間缺乏配合。

圖1 分布式VQC系統(tǒng)

4.2 第二種方案

該方案主要通過(guò)分接頭控制器和電容器控制器實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，并且利用串行口連接兩個(gè)控制器。如果系統(tǒng)AVC正常運(yùn)行，電容器控制器解析系統(tǒng)AVC控制命令將逐漸變?yōu)殡娙萜骺刂破飨到y(tǒng)電壓和功率因數(shù)，并且與變壓器控制器組成分布式VQC系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生極端情況時(shí)，低電壓、低功率因數(shù)能夠閉鎖變壓器分接控制器。此方案也存在不足之處，第一，當(dāng)變電站預(yù)先安裝電容器控制器時(shí)，需更新和升級(jí)控制單元；第二，將電容器控制器設(shè)置在變壓器分接頭控制器與系統(tǒng)AVC之間，此時(shí)電容器控制器的可靠性會(huì)影響分接控制的可靠性。為了防止可靠性遭受影響，可以從以下幾點(diǎn)入手。第一，打開(kāi)分接控制的電壓上限與下限閉鎖；第二，打開(kāi)分接控制檔位的下限與上限閉鎖；第三，增加閉鎖的日均動(dòng)作次數(shù)。如果分接頭調(diào)整次數(shù)超過(guò)日均設(shè)定值，分接控制器將會(huì)自動(dòng)閉鎖來(lái)自電容器控制器的控制命令。日均動(dòng)作次數(shù)定值主要包括靜態(tài)值與動(dòng)態(tài)值兩種，其中靜態(tài)值為預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)，軟件動(dòng)態(tài)能夠設(shè)定動(dòng)態(tài)值，此時(shí)靜態(tài)定值會(huì)大于動(dòng)態(tài)靜值。

對(duì)已有電容器控制的變電站來(lái)說(shuō)，能夠有效更新和升級(jí)控制器。從上述分析能夠看出，第二種方案能夠給予一種比較完善的分布式VQC系統(tǒng)。相比于單一控制器實(shí)現(xiàn)分接頭和電容器控制方式來(lái)說(shuō)，第二種方案在可靠性、速度以及功能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，再加上變壓器并列運(yùn)行功能，此種方案可以確保變壓器有載并列運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)分布式VQC系統(tǒng)。

5 分析可行性方案

對(duì)于電壓變壓頻率較高的地區(qū)，變電站保證了變壓器自動(dòng)并列有載調(diào)壓，以有效提升變電站實(shí)際供電容量，全面加強(qiáng)供電電壓質(zhì)量，減少運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，全面提升變電站運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，避免變壓器并列運(yùn)行導(dǎo)致無(wú)力損耗和環(huán)流，延長(zhǎng)變壓器的使用時(shí)間，提升供電經(jīng)濟(jì)效益。通常情況下，變電站一次設(shè)備的相關(guān)配置比較高，能夠有效實(shí)施變壓器智能有載調(diào)壓與并列運(yùn)行，但此種方式主要通過(guò)調(diào)度人工方式進(jìn)行操作，利用變電站綜合自動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站位置顯示。盡管可以利用人工干預(yù)實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓，但不能夠自動(dòng)設(shè)定和調(diào)整電壓范圍，尤其當(dāng)電網(wǎng)要求并列運(yùn)行時(shí)會(huì)暴露出較多問(wèn)題。

實(shí)行智能并列有載調(diào)壓后，能夠確保變電站具備較多功能。第一，變壓器并列運(yùn)行。在此期間出現(xiàn)的自動(dòng)無(wú)功平衡會(huì)消除并列運(yùn)行期間產(chǎn)生的環(huán)流；第二，變壓器自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)能夠設(shè)置電壓調(diào)節(jié)范圍和電壓中心值；第三，變壓器能夠由集控中心和調(diào)度實(shí)施干預(yù)，實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程控制；第四，變壓器能夠與電容器實(shí)現(xiàn)投切配合，利用電容器投切裝置接電信號(hào)能夠動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)電壓中心值。

6 結(jié) 論

綜上所述，電力系統(tǒng)中衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)在于電壓，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的任務(wù)在于確保用戶(hù)電壓接近額定值。對(duì)發(fā)電設(shè)備和變電設(shè)備來(lái)說(shuō)，都需要根據(jù)額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)電壓時(shí)，如果偏離合格范圍，將極大影響電力設(shè)備的使用壽命，增加電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)變壓器有載調(diào)壓并列運(yùn)行和分接頭控制技術(shù)，能夠全面確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。