變壓器有載調壓并列運行及分接頭控制

朱月華

（貴州工業職業技術學院，貴州 貴陽 550000）

0 引 言

電力系統中，異步電動機的電力負荷比較大，該設備的定子電流、功率效率和因數等都會隨著供電電壓的改變而發生變化。當電壓持續下降時，會迅速增加定子電流，如果電壓下降超過50%，電動機的轉矩就會變為25%。電壓下降幅度越大，電動機的定子、轉差率以及轉子電流就越大，這樣就會提升電動機溫度的上升速度，促使規律因數與效率持續降低，對電動機造成損壞。異步電動機轉速降低會相應減低水泵和風機，對汽機和鍋爐等設備造成影響，如果電壓持續降低，還會對電爐設備的出力情況造成影響。

1 變壓器有載調節并列運行和分接頭控制的現狀

有載調節控制技術對自動控制具有較高的可靠性要求。從早期手動控制到變壓器的有載調壓自動控制，現階段國際所研發的先進技術，能夠應用無功均衡法和最小環流法實現多臺變壓器并列，對變壓器進行級連控制[1]?？刂齐妷旱燃壪蛏峡梢詫χ械蛪鹤冸娬緦崿F有載調壓，向下延伸能夠實現配電網基礎變壓器的有載調節。變壓器的類型主要包括自耦變壓器、兩卷變壓器和三卷變壓器。

有載調壓器控制器主要控制分接頭開關，近些年的不斷深入研究，提升了分接頭開關制造技術的可靠性和制造工藝。有載分解開關能夠實現數萬次安全調節，改變電壓時不僅可以應用分接頭調節，改變無功也能調節電壓[2]，尤其是系統不具備無功情況下，可以采用改變無功的方式實現。因為國外開發的技術能夠確保電網系統功率因數提升至較高水平，所以分接頭能夠有效調節電壓水平。我國研發的技術需要按照實際情況，劃分為調分接頭和無功調節等不同情況。從當前技術的運行情況可知，我國電網無功水平呈現持續改善趨勢，有載調壓自動控制的作用將無限增加。

2 變壓器有載調壓并列運行和分接頭控制的重要性

對110 kV和220 kV的重要變電站而言，實行變壓器有載調壓并列與分接頭控制的智能控制具有較大作用，主要表現在以下幾個方面。第一，隨著用電負荷量的持續增加，大多數變電站開始裝設第三臺主變壓器，多臺主變壓器并列運行加大了實時供電容量，在較大程度上提升變電站的供電可靠性。第二，變電站數量規模持續增大，集控站式調度值班人員的工作量隨之加大，并且電壓調整主要集中在高峰低谷時間段，增加了值班人員的工作強度，延長了處理時間，在較大程度上增加了人為誤操作率[3]。第三，近些年，我國高壓和超高壓電壓等級電網的建設規模不斷加大，大多數中低壓變電站均需要進行有載調壓和并列運行。第四，普通分列運行過程中，分接頭位置的差別將會導致變壓器容量出現能量損耗問題，實行并列運行和有載調壓可降低能量損耗，滿足高經濟性運行的條件。第五，普通類型的變壓器在并列運行中產生的環流會導致變壓器在運行過程中出現過熱情況，有載調壓和并列運行會消除變壓器運行環流期間引發的過熱現象，確保變壓器安全、穩定運行。

3 有載調壓在樞紐變電站的作用分析

有載變壓器能夠在帶負荷條件下實現分接頭切換，確保變電站在任何條件下都能夠安全、穩定運行，并且可以優化配置無功，控制分層、分區，避免變壓器出現過勵磁，進而確保系統電壓質量[4]。

使用有載調壓變壓器時，能夠按照最大負荷計算出電壓最小負荷值和最大負荷值，進一步計算出電壓最小值，選擇出適宜的分接頭。通過此種方式能夠降低次級電壓的變化幅度，還會改變電壓的變化趨勢。比如在小負荷狀態下，降壓變電所電壓偏高，按照電壓調節要求，在最小負荷無補償的情況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表示最小負荷時低壓母線歸算到高壓側的電壓；V2min表示最小負荷時低壓母線所要求保持的實際電壓；V2N表示低壓母線的電壓額定值。

有載調壓變壓器具有較大的調節范圍，通常能夠超過15%。比如在某地區變電站中，1號主變壓器為有載調壓變壓器，使用中壓線圈首端能夠實現電壓調節。另外，該主變壓器具有17個分接頭，電壓變化幅度在20%左右，這樣能夠改善電壓質量。

4 變壓器分解控制與電容器無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題。由于變壓器控制存在顯著優勢，因此可以將電容器控制器與變電器控制器聯合組成分布式VQC系統，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立控制裝置控制變壓器和電容器，系統AVC的實現主要由整個網絡下發命令進行計算執行。該方案的優勢在于操作簡便，具備較高的可靠性，能夠應用在電容器控制變電站的過程中。此方案也存在不足之處，如果系統AVC失效，會導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

4.2 第二種方案

該方案主要通過分接頭控制器和電容器控制器實現獨立控制，并且利用串行口連接兩個控制器。如果系統AVC正常運行，電容器控制器解析系統AVC控制命令將逐漸變為電容器控制器系統電壓和功率因數，并且與變壓器控制器組成分布式VQC系統。當系統發生極端情況時，低電壓、低功率因數能夠閉鎖變壓器分接控制器。此方案也存在不足之處，第一，當變電站預先安裝電容器控制器時，需更新和升級控制單元；第二，將電容器控制器設置在變壓器分接頭控制器與系統AVC之間，此時電容器控制器的可靠性會影響分接控制的可靠性。為了防止可靠性遭受影響，可以從以下幾點入手。第一，打開分接控制的電壓上限與下限閉鎖；第二，打開分接控制檔位的下限與上限閉鎖；第三，增加閉鎖的日均動作次數。如果分接頭調整次數超過日均設定值，分接控制器將會自動閉鎖來自電容器控制器的控制命令。日均動作次數定值主要包括靜態值與動態值兩種，其中靜態值為預先設置的數據，軟件動態能夠設定動態值，此時靜態定值會大于動態靜值。

對已有電容器控制的變電站來說，能夠有效更新和升級控制器。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。相比于單一控制器實現分接頭和電容器控制方式來說，第二種方案在可靠性、速度以及功能方面具有顯著優勢，再加上變壓器并列運行功能，此種方案可以確保變壓器有載并列運行，實現分布式VQC系統。

5 分析可行性方案

對于電壓變壓頻率較高的地區，變電站保證了變壓器自動并列有載調壓，以有效提升變電站實際供電容量，全面加強供電電壓質量，減少運行人員的勞動強度，全面提升變電站運行的可靠性和穩定性，避免變壓器并列運行導致無力損耗和環流，延長變壓器的使用時間，提升供電經濟效益。通常情況下，變電站一次設備的相關配置比較高，能夠有效實施變壓器智能有載調壓與并列運行，但此種方式主要通過調度人工方式進行操作，利用變電站綜合自動系統執行，能夠實現變電站位置顯示。盡管可以利用人工干預實現有載調壓，但不能夠自動設定和調整電壓范圍，尤其當電網要求并列運行時會暴露出較多問題。

實行智能并列有載調壓后，能夠確保變電站具備較多功能。第一，變壓器并列運行。在此期間出現的自動無功平衡會消除并列運行期間產生的環流；第二，變壓器自動電壓調節能夠設置電壓調節范圍和電壓中心值；第三，變壓器能夠由集控中心和調度實施干預，實現就地控制和遠程控制；第四，變壓器能夠與電容器實現投切配合，利用電容器投切裝置接電信號能夠動態化調節電壓中心值。

6 結 論

綜上所述，電力系統中衡量電能質量的重要指標在于電壓，電力系統運行調整的任務在于確保用戶電壓接近額定值。對發電設備和變電設備來說，都需要根據額定電壓進行設計。設計電壓時，如果偏離合格范圍，將極大影響電力設備的使用壽命，增加電力企業經濟損失。通過變壓器有載調壓并列運行和分接頭控制技術，能夠全面確保電力系統安全、穩定運行。