江蘇電網220kV變電站受電力率合格率考核

周前

（江蘇省電力試驗研究院有限公司，江蘇南京211102）

無功電壓的優化運行和管理對電網的安全、穩定和經濟運行具有重要意義。隨著電網規模的增大、大功率遠距離傳輸和負荷的增長，各級電網公司對無功電壓問題愈來愈重視，國家電網公司近幾年也頒布和更新了多個涉及無功電壓方面的技術原則和管理規定。2005年江蘇省電力調度中心為加強江蘇電網的無功電壓管理，進一步改善電壓質量，提高電網的安全、經濟運行水平，根據國務院頒發的《電網調度管理條例》、原能源部頒發的《電力系統電壓和無功電力技術導則》、國網公司頒布的《國家電網公司電力系統電壓質量和無功電力管理規定》和《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》等相關技術標準和管理規定，結合江蘇電網的實際情況，制定了江蘇電網220kV變電站受電力率合格率考核辦法（以下簡稱考核辦法）[1]。考核辦法經過這幾年的實施，江蘇電網中各220kV變電站的電壓水平、受電力率明顯提高，變電站之間及主變壓器（簡稱主變）中無功大量流動穿越現象顯著減少，整個江蘇電網的無功電壓情況得到了優化和提高。但根據對近2年江蘇電網能量管理系統（EMS）數據的分析計算和一些220kV變電站無功電壓方面出現的問題[2，3]，發現目前的考核辦法中存在一些不足之處，并提出了相應的建議。

1 考核辦法介紹

考核辦法將接入江蘇電網的各220kV變電站（用戶專用變除外）視為考核對象，將一天分為高峰及平時、低谷2個考核時段，以省調每季度下達的220kV變電站2個時段的受電力率合格范圍、220kV母線目標電壓以及EMS采集的每半小時一點（全天48個點）的變電站220kV側有功、無功和電壓幅值的實時數據為考核依據。當某時刻變電站220kV母線電壓≥該時段目標電壓，同時變電站受電力率≤該時段受電力率上限值；或變電站220kV母線電壓＜該時段目標電壓，同時受電力率≥該時段受電力率下限值時，則該時刻為受電力率合格點。

圖1為受電力率合格區域示意圖，其中陰影部分為合格區域。

圖1 受電力率考核辦法合格區域示意（陰影部分）

2 對考核辦法的分析

江蘇電網220kV變電站受電力率考核辦法遵循了電網無功功率流動和電壓水平分布的規律，充分考慮到了負荷高峰低谷時期不同的無功需求和220kV以下電網中無功補償裝置對220kV及以上電網的支援作用。如果某個220kV變電站電壓偏低并且低于省調下達的目標電壓值，則認為這個站點所帶負荷缺乏無功支持，通過設置功率因數下限值而達到限制其從220kV電網吸收大量無功功率的目標；如果電壓偏高并且高于省調下達的目標電壓值，則認為這個站點無功支撐充足，通過設置功率因數的上限值，限制無功補償設備投入的容量甚至向220kV電網倒送無功。但基于EMS采集的2008年夏季7、8月高峰負荷區間每隔1h，共計1488 個時間斷面的歷史運行數據進行分析，考核辦法仍需完善。

（1）考核辦法沒有規定功率因數的下限值

以徐州地區的PD變電站為例，PD變電站的1、2、3號主變從電網中吸收了大量無功以平衡中低壓側負荷的無功需求，從而導致220kV側平均功率因數偏低，分別為0.94、0.90、0.96，如圖2所示。2008年三季度，PD變電站電壓高峰和低谷目標值分別為221kV和220kV。對所有有效的統計點，PD變電站220kV母線電壓值均大于221kV。因此，雖然220kV側受入的無功較大，但受電力率考核全部合格。

圖2 PD變電站各臺主變220kV側功率因數曲線

根據目前的考核辦法，若變電站母線電壓≥該時段目標電壓，即使變電站受入大量無功導致功率因數很低，考核結果仍合格。對電廠較多的地區（如徐州地區），即使220kV變電站的受電力率很低，但電壓支撐能力很強，只要電壓大于目標電壓，受電力率考核即合格。

（2）沒有明確考核倒送無功功率

從功率因數值中無法確定220kV站點是吸收還是倒送無功功率。根據國網公司的相關規定，一般應避免向上一級電網倒送無功。

以南京地區的BQ變電站為例。BQ變電站在大部分時段倒送無功較大，導致功率因數較低，如圖3所示（圖中功率因數不變的部分為無效數據）。

圖3 BQ變電站220kV側功率因數曲線

BQ變電站220kV I段母線的電壓曲線如圖4所示。如果BQ變電站220kV母線電壓的目標值低于226kV，則因為母線電壓高于目標電壓，圖示時段內BQ變220kV母線的力率考核全部合格。而從無功功率分層分區平衡的原則和電網的經濟運行角度來看，在電壓水平合格的條件下應避免倒送無功功率。若不區分無功功率流動的方向，考核辦法在此種情況下是失效的。

（3）目標電壓的設定值直接決定考核結果

南京地區的GQ變電站受電功率因數曲線如圖5所示（圖中功率因數不變部分為無效數據）。高峰和低谷受電力率的下限值分別為0.96和0.94。由圖5中可以看到，在一些時段中，GQ變電站的功率因數低于下限值。

圖4 BQ變電站220kV I段母線電壓曲線

圖5 GQ變電站受電功率因數曲線

對1178 個有效數據點進行受電力率合格率的統計，共有25個點的受電力率不合格。值得注意的是，這25個點的考核不合格不是因為功率因數偏低，而是因為功率因數偏高。GQ變電站高峰和低谷受電力率的上限值分別為1.00和0.98，220kV母線電壓的高峰和低谷目標值分別為226kV和225kV。25個考核不合格的點全部在負荷低谷時段，母線電壓高于目標電壓值225kV，功率因數大于上限值0.98，因而不合格。而對于多個功率因數低于0.96甚至低于0.94的點，由于母線電壓高于目標電壓，考核全部合格。在負荷低谷時段，無功功率較小、功率因數較高，一般母線電壓也較高。若變電站母線電壓大于目標電壓，受電力率略大于其上限值，則根據考核標準，受電力率不合格。目標電壓的設置直接決定考核結果。

3 對考核辦法改進的建議

（1）在變電站母線電壓≥該時段目標電壓時，在設置功率因數上限的同時，通過補充設置功率因數的下限，防止無功的大量吸收或倒送，以符合無功分層平衡的原則，促使220kV以下電網無功補償的合理配置。

（2）明確在考核辦法中考慮無功功率流動的方向和無功倒送問題。

（3）優化220kV母線目標電壓的設置。目前各個220kV變電站的目標電壓值設置范圍只能在220kV的-3%和+7%之內，并且均由各站根據以往電壓情況憑經驗來制定。一旦目標電壓值設置得不合適，將造成整個季度的受電力率合格率下降。因此，能否負荷高峰和低谷的目標電壓值設置為一個區間，以適應電網負荷及電壓不斷變化的情況。

按上述建議提出了更為完善的考核辦法，如圖6所示。

圖6 改進后受電力率考核辦法合格區域示意（陰影部分）

該辦法具有的特點為：（1）設置了一個目標電壓區間（電壓下限至電壓上限）；（2）明確了無功功率流動的方向，吸收無功和倒送無功按不同的標準考核；（3）無論電壓水平如何，功率因數過低的運行點均不合格。

4 結束語

220kV變電站受電力率合格率考核辦法設置，其最終目的在于使電網無功能分層分區平衡，避免無功的大量流動，在保證電網安全穩定運行的基礎上，提高電網運行經濟性。針對目前考核辦法存在的不足，結合對EMS數據的分析，提出了更為完善的考核標準。在整個考核辦法中，合理地預計確定各變電站的受電力率上下限和目標電壓范圍非常重要。

[1] 江蘇省電力公司.蘇電調[2005]487號.關于印發《江蘇電網220千伏變電所受電力率合格率統計方法》的通知[Z].

[2] 周前，袁曉冬，鄭愛霞.江蘇電網無功電壓現狀及解決對策[J].江蘇電機工程，2009，28（3）：8-12.

[3] 江蘇省電力試驗研究院有限公司.江蘇電網2008年夏季高峰期間無功電壓分析報告[R].2008.