長鏈式電網分接頭確定原則及其在南疆電網中的應用

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長鏈式電網分接頭確定原則及其在南疆電網中的應用

0前言

通過調節變壓器分接頭即改變變壓器變比來調壓是電網主要的調壓措施之一。分接頭的調節范圍應能滿足運行電壓的要求，調節變壓器分接頭調整主要功能是調整無功分布。變壓器分為有載調壓變壓器和無載調壓變壓器，前者多用于負荷變化頻繁的情況下，后者一般用于分接頭長期不需要調整的情況下，對于無載調壓變壓器，由于其分接頭固定，因此其分接頭位置需滿足電網各種運行工況的調壓要求[1]。

通常確定分接頭的原則為根據大負荷、小負荷運行方式的調壓要求綜合分析確定分接頭的位置，采用分接頭調壓也有其局限性，根據變壓器等值模型可知，調節分接頭的位置其實是通過改變變比使兩側對地阻抗發生變化已達到調壓的目的，對于兩側網絡發展較為成熟、短路容量較大的系統調壓效果不太明顯[2]，但對于電網建設初期、網絡聯系薄弱的電網，變壓器分接頭的調壓作用較為明顯，影響方面較多，需要兼顧高壓網絡的空充和事故后低電壓和過電壓控制的要求[3-5]。

目前文獻[6-8]集中在變壓器分接頭算法上的研究，對于實際電網特性分析較少，結合實際電網運行特性，總結電網調壓特點，綜合大負荷、小負荷運行方式的調壓要求，兼顧事故后電壓控制、合空充操作和檢修方式給出了變壓器分接頭確定的原則，最后以新疆南部電網庫—阿—巴—喀輸變電工程為實例，應用此原則確定其分接頭位置。

1變壓器分接頭確定的一般原則

1.1　電壓控制目標

保證電網各母線電壓在各種運行方式下均不越限是電網電壓控制的目標，具體分為三個：大負荷方式下，電壓不越下限；小負荷方式下，電壓不越上限；檢修方式和事故后電壓滿足《電力系統電壓和無功電力技術導則》要求。

1.2　大小負荷方式控制

實際電網存在著許多電網運行方式，一般工程上只考慮電壓最低和電壓最高的兩種運行方式，在這兩種運行方式下的電壓控制策略能夠滿足電壓運行的要求，則認為其他方式也能滿足電壓控制要求。

大負荷方式下，潮流重，無功消耗最多，電壓運行最低，在有無功補償設備的基礎上，應滿足電壓不越下限的要求；小負荷方式下，潮流輕，無功消耗最少，電壓運行最高，在無功補償設備的基礎上，應滿足不越上限的要求。

1.3　事故后電壓控制

重潮流下，高電壓等級線路故障后引起的潮流轉移會使系統消耗更多的無功，同時線路切除后系統損失了一部分充電功率，兩者共同作用使無功更加缺乏，引起電壓的下降；

輕潮流下，線路單側跳閘，空充到強系統，線路首端電壓合理，線路末端電壓超過允許范圍，空充到弱系統，線路首端近區電壓大幅升高，線路末端電壓更加超過允許范圍?？紤]著兩種電壓過低和過高的情況，變壓器的分接頭選擇應盡量使其事故后電壓控制措施簡單[9-10]。

1.4　檢修方式

對于長鏈式電網中間任一線路檢修，將形成剩余網絡高電壓等級與主網斷開，網絡薄弱導致短路容量降低，電壓波動大控制困難。同時對于單線單變的網絡，中間一臺主變壓器檢修下，由兩段長線路形成超長線路，線路沿線穩態電壓可能超出運行要求范圍。若發生超長線路單側偷跳和檢修主變壓器的相鄰主變壓器跳閘，大量冗余無功下網導致嚴重過電壓，停線操作也難以安排。分接頭選擇不合理易造成高電壓等級電壓高，導致檢修方式安排困難。

1.5　合空充電壓控制

當電網一端系統較弱，高電壓等級線路較長時，從弱系統側對線路進行充電操作，將引起近區母線電壓大幅升高，導致操作前母線電壓難以控制。在對高電壓等級線路系統調試期間，需要從兩側分別對線路進行充電操作，電壓控制問題更加突出。變壓器的分接頭若選擇不合理會導致合空充電壓控制困難。

2主變壓器分接頭確定流程

對實際電網進行分接頭選擇時，在保證系統無功充裕的情況下調節分接頭才能達到調壓的效果，有以下幾個基本步驟：

1)根據兩側電壓控制目標和允許運行范圍，確定電壓控制目標；

2)大負荷和小負荷方式評估無功補償控制策略；

3)校驗事故后電壓：輕潮流單側跳閘過電壓、重潮流N-1低電壓；

4)檢修方式下電壓控制措施評價；

5)空充線路電壓控制措施評價；

6)綜合大小負荷方式、事故后、檢修方式和空充線路電壓控制策略綜合評價確定分接頭位置。

3新疆南部電網主變壓器分接頭確定

3.1　概述

如圖1所示，預計2015年9月至年底，750 kV庫車—阿克蘇—巴楚—喀什輸變電工程投運，該工程投運后，由750 kV吐魯番變電站始，至750 kV喀什變電站，1 000 km 750 kV線路均為單線，與主網聯系薄弱，疆南各750 kV變電站變壓器為無載調壓變壓器。220 kV側有5個分接頭可選擇，即220 kV±2×2.5%。

圖1　新疆750 kV主網架

3.2　電壓控制特性分析

南疆電網線路長，潮流較輕，無功功率過剩嚴重，主要存在過電壓問題，現通過理論分析其主要無功電壓特性。表1為750 kV線路長度和補償情況。

表1　750 kV線路長度和補償情況

電壓變化主要來自無功功率流過線路產生的壓升和冗余功率注入系統造成的壓升的疊加：

(1)

(2)

設線路長度為L(百公里)，取基準容量100 MVA，基準電壓750 kV，750 kV線路百公里阻抗取0.005 p.u.,百公里線路充電功率取250 Mvar，取高抗補償度80%(兩側各40%)，沿線最高電壓在線路的60%處，忽略特高壓電阻，則

(3)

750 kV線路百公里冗余無功250×20%=50 Mvar，南疆電網線路斷開后750 kV母線側短路容量約為3 000 MVA，由于初始有部分無功下網，因此實際小于冗余無功，考慮最嚴重情況網絡變化后

ΔQ=Q冗余。

ΔU首端≈50×L/3 000×750=12.5×LkV

(4)

ΔU=ΔU首端+ΔU沿線=12.5L+1.7L2kV

(5)

根據上式可知，當線路為200 km時，最嚴重情況下單側跳閘可能造成30 kV左右壓升，如果主變壓器檢修方式下發生相鄰主變壓器跳閘或長線單側跳閘可能造成50 kV的壓升。

3.3　確定電壓控制目標

新疆南部電網750 kV電壓控制原則，正常運行電壓750~800 kV，事故后若在800~840 kV之間，采取調度員手動采取措施控制，在840 kV以上需安自裝置快速動作恢復正常。220 kV正常運行電壓控制要求在230~242 kV之間，事故后電壓不低于207 kV。南疆電網750 kV正常運行電壓在765~775 kV之間，220 kV電壓長期運行在238~242 kV之間，220 kV電壓幾乎沒有運行裕度。

3.4　大、小負荷方式下電壓評估

南疆電網750 kV正常運行電壓在765~775 kV之間，220 kV電壓長期運行在238~242 kV之間，電壓偏高嚴重。根據電網實際運行情況安排兩種無功消耗最大和無功消耗最小的方式，即大負荷和小負荷方式。表2為南疆電網各地州最大和最小負荷。

表2　南疆電網負荷

分別在這兩種方式下，通過無功補償裝置和發電機調節使電壓調整到實際運行水平，首先分析無功補償投入情況，以獲得電壓調節裕度。

表3　750 kV變電站無功補償情況分析

表3為各750 kV變電站在大、小負荷方式下無功補償投入情況，表4為各地州220 kV變電站無功補償情況，可知在大負荷方式下，750 kV變電站和220 kV變電站均有調壓裕度。在小負荷方式下，各750 kV變電站和220 kV變電站剩余電抗容量較低，個別變壓器和地州已無降低電壓的手段，即對于220 kV電壓層面，電壓較高的情況控制較為困難。

表4　220 kV變電站無功補償情況(Mvar)

在當前的無功配置情況下，220 kV網絡高電壓情況是主要矛盾。因此希望通過調節變壓器分接頭能夠降低220 kV電壓，同時兼顧750 kV電壓在一個合適的范圍。在其他條件都不變的情況下調整分接頭+1擋和+2擋(經初步分析其他檔位不適合調壓要求)，得到表4電壓變化情況。

表5　小負荷電壓

表5為小負荷方式下不同擋位電壓情況，各臺主變壓器分接頭調至+1擋后，各臺變壓器主變壓器750 kV母線電壓均有升高，從巴州變壓器750 kV母線到750 kV線路喀什末端，電壓升高幅度依次變大，升高范圍在3.8~12.6 kV之間。各臺主變壓器220 kV側母線電壓除巴州主變壓器220側電壓升高0.8 kV以外，其余均有所降低，喀什電壓降低為1.4 kV，其余在2.2~2.4 kV之間。

表6　大負荷電壓

大負荷方式下，無功需求最大，在此方式上校核主變壓器不同分接頭的適用性，表6為不同擋位電壓，各臺主變壓器分接頭調至+1擋后，各臺變壓器主變壓器750 kV母線電壓均有升高，從巴州變壓器750 kV母線到喀什末端，電壓升高幅度依次變大，升高范圍在4.9~15.2 kV之間。各臺主變壓器220 kV側母線電壓除巴州主變壓器220側電壓升高1.1 kV以外，其余均有所降低，變化范圍在0.8~1.4 kV之間。

綜合大小負荷方式電壓情況分析，小負荷下220 kV過電壓情況是主要矛盾，在+1擋位下220 kV電壓能夠降低2 kV左右，同時750 kV母線電壓維持在780 kV左右，電壓較為適中。

3.5　檢修方式

庫車主變壓器檢修下750 kV巴庫一線巴側跳閘，壓升最大，表7給出檢修方式下不同擋位分接頭事故后電壓變化情況。

表7　檢修方式N-1后壓升

主變壓器檢修方式下，長線路發生單側偷跳和相鄰主變壓器跳閘壓升較大，不同擋位最大壓升相近。相對最高電壓而言都在840 kV以內，+2擋位有較大電壓裕度。

3.6　事故后方式電壓評估

1)事故后低電壓

變壓器分接頭的選擇對于事故后電壓過低和過高情況都有一定影響，電網運行電壓較低時不利于系統穩定性，變壓器分接頭擋位的選擇應避免電網運行電壓低導致穩定性下降的問題，因此事故后低電壓是評估分接頭合理性的一個重要方面。由上面分析可知，各分區容性無功補償裝置裕度較大，電壓低不是電網運行的主要矛盾，因此本例可不用考慮事故后低電壓問題。

2)事故后過電壓

南疆電網線路長，充電功率高，發生線路單側跳閘情況易出現過電壓情況。表8為小負荷方式下不同變壓器擋位線路單側偷跳的壓升情況。

表8　線路單側偷跳壓升

由表8可知：+2擋，線路單側跳閘后多處750 kV電壓在790~800 kV范圍內，750 kV母線最高電壓達到796.1 kV，最大壓升26.2 kV，對應巴庫巴側跳閘巴州電壓。220 kV母線最高電壓241.1 kV，最大壓升5.1 kV，對應庫車主變壓器220 kV電壓；+1擋，750 kV電壓最高為780.6 kV，壓升最高為22.8 kV，對應喀什主變壓器跳閘后楚喀線喀側電壓。跳閘后220 kV母線壓升最高為2.6 kV，對應楚喀喀側跳閘巴楚220 kV電壓。

按照正常運行電壓750~800 kV，事故后短時間在800~840 kV之間的標準，兩個擋位都在要求范圍內，對應+1擋有較大的電壓控制裕度。

3.7　合空充操作電壓評估

合空充線路時，為保證線路沿線電壓不超過電壓要求，需控制合閘側母線的初始電壓低于某值，750 kV按不超過800 kV控制，不同分接頭對應合空充操作時的750 kV變電站電壓不同，不合適的分接頭設置可能造成電壓控制困難。表9為給出各750 kV變電站母線合空充母線電壓控制要求。

表9　空充電壓控制分析

由于在無750 kV線路充電功率下注的情況下，通過投750 kV變電站低抗能夠控制220 kV母線電壓在較低水平，因此兩種擋位下均可以。

3.8　分接頭位置綜合評估

通過大、小負荷方式、事故后、合空充操作評估了不同分接頭的合理性，如表10所示。

表10　分接頭位置綜合對比

綜合表10分析，若新疆南部電網按上述控制原則，正常運行電壓750~800 kV，事故后若在800~840 kV之間，采取調度員手動采取措施控制到正常水平。電壓在840 kV需配置安自裝置故障后快速動作恢復正常運行電壓。220 kV正常運行電壓控制要求在230~242 kV之間，事故后電壓不低于207 kV，則選擇+1擋較為適合。

4結論

結合鏈式電網的特點，給出了變壓器分接頭的確定原則，即根據電壓控制目標，考慮大、小負荷方式、事故后方式、檢修方式和合空充電壓控制，綜合確定合理的分接頭位置。將此原則應用疆南電網庫—阿—巴—喀工程，所選擇分接頭能更好滿足各種工況的電壓控制要求，驗證了原則的準確性。

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朱國平(1985)，助理工程師，研究方向為電力系統及繼電保護；

彭龍(1988)，助理工程師，研究方向為電網運行與控制。

朱國平1，王曉飛1，彭龍2，朱洪偉1，鐘波1，楊光宇1，潘艷2

(1.國網新疆電力公司疆南供電公司，新疆 喀什844000；

2.南京南瑞集團公司北京監控技術中心，北京102299)

摘要：長鏈式電網電壓控制問題較為突出，合理的分接頭位置有重要意義。結合長鏈式電網運行特點，分別從大小負荷方式、事故后方式、檢修方式和空充線路控制方面分析變壓器分接頭位置對電壓控制的影響，綜合四個方面下的電壓控制找出最優的分接頭位置，并將此方法應用到疆南電網庫—阿—巴—喀工程。結果表明，采用分接頭確定方法能夠滿足電網運行要求，對實際電網運行有一定參考意義。

關鍵詞：分接頭選擇；電壓控制；無功電壓

Abstract：The voltage control of lone-chain power grid is more prominent, and the reasonable tap position is very important. Based on the operating characteristics of long-chain power grid, the influence of transformer tap position on voltage control is analyzed in four ways, and the optimal tap position is found out comprehensively from view of four voltage controls. The practicability and accuracy of the proposed method are analyzed by an actual power grid. The results show that the proposed method can meet the requirements of power grid operation and it provides a valuable reference to the actual power grid operation.

Key words：tap selection; voltage control; reactive voltage

(收稿日期：2015-10-28)

作者簡介：

基金項目：國家電網公司科技項目資助(JK212015200)

中圖分類號：TM73

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6954(2016)01-0018-05