湖北電網枯水期小方式典型日電壓無功分析

孫冠群，王 濤，萬 黎，王爾璽，張良一

（國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

近年來，電網建設速度不斷加快［1-3］，超高壓線路、城市電纜等的投運導致無功功率過剩，枯水期小方式下電壓偏高的問題尤為突出，電壓控制和無功調節的難度進一步增大。電力系統運行規定要求供給用戶的電壓不能超過額定電壓值的一定范圍，各類用電設備需工作在額定電壓下，若發生電壓偏移越限情況，會對負荷的運行造成不利影響，甚至損壞用電設備，嚴重時會引起電力系統崩潰［4］。湖北電網運行電壓問題長期存在，豐水期大方式下電壓偏低，枯水期小方式下電壓偏高，這一問題已涉及到全網［5-7］。

由于枯水期小方式下，鄂西北地區水電出力大幅減少，鄂東地區火電機組出力較大，且此時負荷較低，系統電壓會產生大幅波動，電壓偏高問題尤為突出。因此本文將以2021 年枯水期小方式典型日2 月15 日為例，以當日負荷最低點5：20 的潮流數據為基礎，結合春節期間各地區電壓控制效果對枯小方式500 kV、220 kV兩個電壓等級的電壓水平及無功潮流進行詳細分析，分析原因并尋找對策，以保證電網電壓質量，進一步提升湖北電網電壓合格率指標。

1 湖北電網整體電壓水平

2021 年2 月15 日（農歷正月初四）5：20，湖北電網統調負荷迎來最低谷，全省用電負荷10 627 MW。湖北電網500 kV 調壓情況總體良好，各級調度值班人員按照調壓預案方案要求精心調整和控制，取得了較好的調壓效果，電壓合格率100%。由于負荷水平低、潮流輕，500 kV線路充電功率大，局部地區電壓偏高問題仍然較突出，共有9 個電壓水平超過536 kV，具體情況見表1，其中電壓最高的為孱陵變電站，電壓高達537.81 kV。湖北電網電壓高于235 kV 的220 kV 變電站及其系統電壓水平見表2，除武漢地區個別變電站電壓偏高以外，其它地區電壓均在235 kV以內。

表1 電壓較高的500 kV變電站及其電壓水平Table 1 500 kV substation with higher voltage and its voltage level

表2 電壓高于235 kV的220 kV變電站及其系統電壓水平Table 2 220 kV substation with voltage higher than 235 kV and its system voltage level

《DL/T 1773-2017 電力系統電壓和無功電力技術導則》標準中第6.1 條規定“330 kV 及以上電壓等級線路的充電功率應基本上予以補償。高、低壓并聯電抗器的容量分配應按系統的條件和各自的特點全面研究決定”［8］，因此為了分析部分變電站電壓偏高的原因，對湖北500 kV變電站的感性補償度進行計算，同時列出感性補償度低于100%的湖北500 kV 變電站如表3所示。從表3 可以看出，咸寧、玉賢、孱陵的感性補償度均低于90%，這是導致變電站電壓偏高的原因之一。因此建議提高變電站的感性補償度，有助于降低系統的電壓水平。

表3 感性補償度較低的500 kV變電站Table 3 500 kV substation with low inductive compensation

相比于架空線路，電纜的對地電容效應更加明顯。尤其是在小負荷方式下，電纜的容性充電功率過大會導致無功功率出現反送［9-11］。目前國內大城市均在市區廣泛敷設電纜［12-15］，光谷、柏泉、鋼都、軍山、玉賢等武漢地區500 kV變電站電壓偏高，其主要原因是大量使用電纜導致充電功率較高，220 kV變電站無功反送情況較突出。

2 重點區域電壓分析

從表1 和表2 中可以看出，500 kV 變電站中江陵站、鋼都站電壓偏高，220 kV變電站中鲇魚套和巡司河變電站電壓偏高，對這4 個站點的電壓偏高原因進行詳細分析。

2.1 江陵換流站電壓分析

江陵站的補償度為147.45%，具體數據見表4，但其電壓仍超過了536 kV，由于江陵站為換流站，有直流線路接入，為了分析其電壓偏高的原因，將2021年2月15日5：20江陵換流變的數據整理如表5所示，潮流如圖1所示。

圖1 江陵換流變2021年2月15日5：20實際潮流圖Fig 1 Actual flow diagram of Jiangling Converter at 5:20 on February 15,2021

表4 江陵換流站感性補償表Table 4 Inductive compensation table of Jianglin Converter Station

表5 江陵換流站相關數據Table 5 Related data of Jianglin Converter Station

江陵換流站有WA-Z1、WA-Z2、WA-Z3 共3 個大組的交流濾波器，2021 年2 月15 日5：20 WA-Z1 投一組交流濾波器，發出無功功率133.06 MVar，WA-Z2投兩組交流濾波器，發出無功功率276.77 MVar，WA-Z3 未投交流濾波器，因此所有交流濾波器共發出無功409.83 MVar，由于實際運行電壓與額定電壓525 kV 存在偏差，因此濾波器實際發出的無功小于額定值420 MVar，而從江陵換流變流出的無功為348.94 MVar，有60.89 MVar 的無功功率反送，是其電壓偏高的主要因素。

江陵換流變電站設備運行規程13.7.6.4 條對其最小濾波器組數進行了規定，雙極正常電壓運行時具體的最小濾波器組數要求如表6所示。

表6 江陵換流站相關數據Table 6 Related data of Jianglin Converter Station

2021 年2 月15 日5：20 江陵換流站的直流傳輸功率為1 058.56 MW，由表6 可知，當直流功率Pd滿足1 050≤Pd≤1 500 時，最小濾波器絕對最小組數為A+B，即投入一組HP11/13 次濾波器和一組HP24/36 次濾波器即可。從表5 可知，實際上江陵換流變按照規程優化組數2A+B 投入了兩組HP11/13 次濾波器和一組HP24/36 次濾波器，有部分無功功率反送導致換流站電壓偏高。因此建議換流站工作人員結合規程與實際情況，當電壓偏高時，可以按照絕對最小組數投運濾波器。

2.2 鋼都變電站電壓分析

鋼都變電站的補償度為557.84%，具體數據見表7，但其電壓仍超過了536 kV，主要原因是武漢地區大量使用電纜導致充電功率較高，220 kV無功反送情況較突出，將2021年2月15日5：20鋼都變電站投運的220 kV線路的潮流整理如表8所示，具體潮流如圖2所示。

圖2 鋼都變電站2021年2月15日5：20實際潮流圖Fig.2 Actual flow diagram of Gangdu Substation at 5:20 on February 15,2021

從表8 和圖2 可以看出，鋼都變電站220 kV 向500 kV反送113.06 MVar的無功功率，是鋼都變電站電壓偏高的主要原因。

2.3 鲇魚套變電站電壓分析

2021年2月15日5：20鲇魚套電壓高達239.5 kV，為了分析鲇魚套電壓偏高的原因，將220 kV線路潮流整理如表9所示，具體潮流如圖3所示。

圖3 鲇魚套2021年2月15日5：20實際潮流圖Fig 3 Actual flow diagram of Nianyutao Substation at 5:20 on February 15,2021

從表9 和圖3 可以看出，2021 年2 月15 日5：20 鲇魚套220 kV 兩回出線潮流反向，2 臺主變低壓側各有一臺低抗，且均已投運，但主變高壓側仍然向系統返送無功，說明鲇魚套110 kV 電纜充電功率大，向系統返送無功，造成鲇魚套電壓偏高。

2.4 巡司河變電站電壓分析

2021年2月15日5：20巡司河電壓高達239.3 kV，為了分析巡司河電壓偏高的原因，將220 kV線路潮流整理如表10所示，具體潮流如圖4所示。

表10 巡司河220 kV線路相關數據Table 10 Related data of 220 kV line in Xunsihe Substation

圖4 巡司河2021年2月15日5：20實際潮流圖Fig.4 Actual flow diagram of Xunsihe Substation at 5:20 on February 15,2021

從表10和圖4可以看出，2021年2月15日5：20巡司河220 kV 6 回出線有四回潮流反向，是鲇魚套電壓偏高的主要原因。1號主變未安裝低抗，2號主變安裝1臺低抗但未投運，建議在電壓偏高時將低抗投運，能起到一定的控制電壓的作用。

3 無功潮流分析

湖北省500 kV網絡感性無功平衡小計表如表11所示，從表中可以看出，湖北500 kV 線路充電功率為9 895.9 MVar，感性補償為12 540 MW，其中全省500 kV低抗有115 臺，共計6 810 MW，未補償的充電功率為-2 644.1 MW，感性補償度達到了126.72%。對于220 kV網絡，襄陽、隨州、武漢、宜昌220 kV無功反送問題比較突出，主要在電纜充電功率［16-18］、新能源無功電壓［19］、用戶無功補償設備投退［20-28］等方面存在問題。

表11 湖北省500 kV線路感性無功平衡小計表Table 11 Inductive reactive power balance subtotal of 500 kV line in Hubei Province

4 結語

本文以2021 年枯水期小方式典型日2 月15 日為例，對枯小方式500 kV、220 kV 兩個電壓等級的電壓水平及無功潮流進行了分析，對于電壓偏高問題進行了研究，得出以下結論：

1）湖北電網500 kV感性補償度較好，目前湖北電網500 kV 感性補償度126.72%，為整體控制湖北電網枯水期小方式電壓打下良好基礎。

2）從分站情況看，光谷、柏泉、鋼都、軍山、玉賢等武漢地區500 kV 變電站電壓偏高主要原因是大量使用電纜導致充電功率較高，220 kV變電站無功反送情況較突出，建議變電站工作人員在電壓偏高時將低抗投運。

3）江陵換流站由于有2 組濾波器投用，導致無功反送，是其電壓偏高的主要原因。建議換流站工作人員結合規程與實際情況，當電壓偏高時，可以按照絕對最小組數投運濾波器。

4）220 kV母線電壓大部分在正常范圍以內，但武漢地區的關山、江灘、夜泊山、岳府灣、廟山、珞珈山、巡司河和鲇魚套220 kV母線電壓越上限，主要是由于武漢地區電纜線路偏多，充電功率高引起的。