變電站電壓無功自動控制初探

黃啟哲

摘要 隨著人們生活質量的提高對于供電質量及供電可靠性要求也越來越高,本文結合筆者工作實踐對變電站電壓無功自動控制系統運行進行了分析。

關鍵詞 110kV;變電站;無功

中圖分類號 TM63 文獻標識碼 A文章編號 1674-6708(2009)08-0063-02

0 引言

隨著人們生活質量的提高對于供電質量及供電可靠性要求也越來越高,電壓作為電能主要指標,其質量對于電網穩定及電力設備安全運行有著重大的影響。影響電壓質量的一個重要因素是無功,電壓及無功調節任務是由下面的各級變電站承擔。由于無人值班變電站的增多,由人工手動調節電壓無功的方式已漸漸不能適應現階段發展的需要,急需進行電壓無功自動控制方式的改造。

1 工程概況

某110kV變電站現有2臺S10型主變,容量均為20 000kVA,具備有載調壓功能,額定電壓為110×(1±8×1.25% ) kV/38.5kV/10.5kV。正常情況下2臺主變分列運行各帶一段10kV母線及出線,每段母線上裝設一組電容器,容量分別為2 000kvar、2 200kvar,以滿足國家電網公司無功電壓管理規定及技術導則中有關無功補償容量的要求。近幾年,該變電站進行了綜合自動化改造,保護、監控系統采用NS2000變電站綜合自動化系統,同時,投運了一套VQC-2A型獨立式電壓無功綜合控制系統裝置,以確保該變電站的正常安全運行及管理。

2 工作原理

為控制變電站電壓與無功(或功率因數)在規定范圍內,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。在實際應用中,主變分接頭調節主要用于調節電壓,電容器的投切主要用于調節無功,也用于電壓的調節。下面以一臺變壓器為例,介紹各種情況下的電壓與無功的調節方式,其中電壓U取值于主變的低壓側母線電壓,無功Q取值于主變的高壓側無功。

2.1 調節原理

分接頭調節對U及Q的影響為分接頭上調(向主變二次側電壓升高方向調整)后U將變大, Q將變大;分接頭下調(向主變二次側電壓降低方向調整)后U將變小,Q將變小。電容器投切對U及Q的影響為投入電容器后Q將變小, U將變大;退出電容器后Q將變大, U將變小。

2.2 調節策略

獨立式電壓無功綜合控制調節方式分為:調電壓,調無功,電壓優先(當電壓與無功不能同時滿足要求時,優先保證電壓正常),無功優先(當電壓與無功不能同時滿足要求時,優先保證無功正常),智能調節(當電壓與無功不能同時滿足要求時,保持現狀)。以下主要討論電壓優先,無功優先和智能調節方式的調節對策。

該電壓無功綜合控制系統將各時段電壓和無功限值作為判斷依據,確定了圖1所示的“十七域圖”。根據實際測量的低壓側母線電壓和高壓側無功負荷大小,確定系統目前運行的區域,按照表1給出該區域的調節策略發變壓器調檔或無功設備投切指令。圖中第9域為目標區域,每個指向該區域的箭頭代表一種調節方法,其中△Ub、△Qb分別為分接頭調節一檔引起的電壓、無功最大變化量,△Uc、△Qc分別為投切一組電容器引起的電壓、無功最大變化量。

2.3 限值選擇

2.3.1 電壓

1)按給定電壓曲線確定,將電壓的上限值和下限值按每天12個時段分別給定。在任何時刻裝置將依照調節策略將電壓控制在限值范圍內。

圖1運行控制區域圖

2)按逆調壓原理確定,系統根據實測有功負荷的大小自動確定電壓限值。

上限值= (K-1)·Uhs·P /Pmax+Uhs;

下限值= (K-1)·ULs·P /Pmax+ULs。

式中: K——逆調壓系數定值;

P——變壓器高壓側實測有功功率,單位為mW;

Pmax——變壓器高壓側額定功率,單位為mW;

Uhs——變壓器高壓側有功負荷為零時電壓上限動作定值,單位為kV;

ULs——變壓器高壓側有功負荷為零時電壓下限動作定值,單位為 kV。

以上兩種限值控制方式中,電壓上、下限動作值的差應大于變壓器調節一檔時電壓的改變量,以防止調節檔位后因電壓穿過目標區域而引發振蕩。

2.3.2 無功

1)按給定無功曲線確定,將無功的上限值和下限值按每天12個時段分別給定,裝置將控制無功在任何時刻均運行在限值范圍內;

2)按給定功率因數確定,裝置將根據給定的功率因數和實測的有功、無功負荷的大小自動確定無功目標值= ×,并計算出無功上、下限值。

上限:Qh=Qs+0.65△Qc;

下限:QL=Qs-0.65△Qc。

式中:P——實測有功功率;

Q——實測無功功率;

cosΦ——給定功率因數定值(據實際運行情況取0.95);

△Qc ——投切一組無功設備引起的無功最大變化量,通常指單組電容器容量。

表1 各區域的調節策略

3 運行保護措施及改進

3.1 閉鎖操作

閉鎖是指獨立式電壓無功綜合控制裝置在檢測并判斷到裝置本身自檢出現異常、變壓器和電容器以及系統出現異常時,及時停止自動調節,并能發出信號的功能。若獨立式電壓無功綜合控制裝置沒有完善的閉鎖功能,這樣會給變電站的安全運行帶來嚴重威脅,如當電容器保護動作,開關跳閘,若獨立式電壓無功綜合控制系統不及時閉鎖,而在5 min內使其開關再次合閘,則可能發生電容器由于帶電荷合閘而爆炸事件。

本變電站采用的獨立式電壓無功綜合控制系統設置了多種閉鎖功能,當閉鎖信號發出時,運行人員應仔細查看菜單顯示的異常信息,并做相應處理。只有確認外圍回路確實沒有問題才能按復歸按鈕。屬于保護動作或遙控拒動情況時更應仔細檢查,如電容器、主變保護動作后,只有故障消除、設備重新投入運行,才能解除閉鎖。

3.2 壓板投退操作

獨立式電壓無功綜合控制系統設有專門的壓板控制變壓器和電容器的動作,當電容器檢修時,未退相應的出口壓板;當達到動作定值時,獨立式電壓無功綜合控制系統可能會投入電容器,若恰好此時電容器處有檢修工作人員則會威脅到人身安全,建議將壓板投退操作編入典型操作票中,并且運行人員應將其作為現場規程來執行。

3.3 統計功能的完善

電容器投退前后母線電壓值、電容器動作時間、投退動作次數,主變分接頭動作前后的檔位及母線電壓、分接頭動作時間和次數等數據,是分析設備運行情況、為設備檢修提供依據的基礎數據,也是變電站運行月報中的必要內容。目前獨立式電壓無功綜合控制系統只能顯示一條閉鎖信息,而不能將這些數據發送到后臺機。建議將閉鎖信息的詳細內容發送到后臺機,并增加數據統計功能,以利于運行人員及時發現和處理異常,提高系統利用率。

3.4 運行管理

從110kV變電站采用的獨立式電壓無功綜合控制系統的運行情況看,要做好投運前對設備的充分了解,基建、調試、驗收工作嚴格按程序進行,提前對運行維護人員進行培訓等技術管理工作,是保證裝置投運后能否充分發揮作用的基礎條件。

4 運行效果

該變電站獨立式電壓無功綜合控制系統投運前,集控站值班員根據電壓和功率因數調節變壓器分接頭或投退電容器來保證電壓質量,獨立式電壓無功綜合控制系統投運后效果如下:

1)改善了功率因數。功率因數提高,損耗隨之降低,從而實現了無功的分層分區就地平衡。據理論計算,電網的負荷側功率因數提高到一定值時,對于地區網損率會明顯降低,因此, 提高功率因數可使電網運行更加經濟;

2)提高了電壓合格率;

3)改善了設備運行狀態。電容器投切次數的減少、主變有載分接開關平均調節次數的減少為電網的安全穩定運行奠定了基礎;

4)減少了運行人員的工作量。該110kV變電站是集控站的子站之一,運行人員需同時監視多個子站并進行調節主變分接頭和投切電容器的操作。由于獨立式電壓無功綜合控制系統實現了電壓無功的自動調整,減少了運行人員的工作量,從而提高了工作人員的工作效率。