500kV母线电压偏低原因分析

广东电网公司 东莞供电局 刘汉国 吴东升

迎峰度夏期间，莞城站在负荷高峰期间多次出现500 kV母线电压偏低情况，无法满足广东电力调度中心母线电压的控制要求（500 kV 母线电压524～532 kV）。本文，笔者以莞城站某日负荷变化为例，对导致母线电压偏低的原因进行探讨，以期对同行有所帮助。某日负荷变化与500kV 母线电压关系如图1所示。

图1 某日负荷变化与500 kV 母线电压关系

由图1可知，当莞城站的负荷高于280 万kW，一天内，在电容器组全部投入的情况下，500 kV 母线电压低于524 kV的时间超过5 h。莞城站无功设备具体配置见表1。

表1 莞城站无功设备具体配置

一、电压调整

1.电压影响因素分析。电压计算模型如图2所示。

图2 电压计算模型

由图2可知，电压U计算公式为

（1）发电机励磁电流。改变发电机励磁电流可改变发电机机端电压UG；对线路较长、供电范围较大、发电机经多级变压的电力系统，从发电厂到最远处负荷间的电压损耗和变化幅度都很大。这时，单靠发电机调压无法解决电压偏低的问题。

（2）变压器的变比k1和k2。500 kV 变电站主变压器是无载调压装置，在运行过程中无法调整。

（3）无功功率Q。当网络参数R、X和运行电压给定时，影响电压损耗的因素就是两个，即通过网络的有功功率P和无功功率Q。显然，为了减小电压损耗而改变有功功率的分布是不合理的。因此母线电压的调整由无功功率来决定。

2.无功功率需求分析。无功功率计算模型如图3所示。

图3 无功功率计算模型

装设无功补偿容量QC后，电压由U2（补偿前高压侧的电压）提高到U2C（补偿后高压侧的电压），则

按照补偿前后U1不变的假设，则有

第二项很小，因此

在高负荷的情况下，500 kV 母线电压最低只有521 kV，将母线电压调整到524 kV 时，线路参数X＝9.87，将相关数据代入式（4），有Q需求≈180.360 Mvar。

因此，要满足广东电力调度中心母线电压的控制要求，至少需要增加3 组并联电容器组。

3.输电线路的无功损耗分析无功损耗计算公式如下。

式（5）中，I为线路流过的电流，X为线路的串联电抗，P为线路传输的有功功率，Q为线路传输的无功功率，U为线路运行电压。由公式可以知，线路传输的有功功率与其无功损耗成正比关系，线路传输功率越大，其无功损耗也就越高，因此需要的无功补偿设备也就越多。

结合历年的负荷情况及设备运行情况分析，莞城站的最高负荷可达360 万kW，远远大于上述某天的320 万kW，因此变电站的无功功率面临更大的缺口。

二、无功功率对电网的影响

1.提高电压质量。电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量有直接关系，合理安装补偿设备可以改善电压质量。由于越靠近线路末端，线路的电抗越大，因此，在靠近线路末端处装设无功补偿装置，补偿效果就越好。

2.降低电能损耗。安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功功率P为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cosΦ提高到了cosΦl，因为P＝UIcosΦ，负荷电流I与cosΦ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成反比。当cosΦ升高，负荷电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。

3.提高供电设备运转效率。设Pl为补偿前的有功功率，在设备容量不变的情况下，由于提高了功率因数，可以少送无功功率，因此可以多送有功功率ΔP＝P－P1＝S（cosΦ－cosΦ1）。如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，所需变压器容量也相应减少。因此，合理配置无功电源，使无功功率就近平衡，不仅可以提高电压水平，还可以减少电网中有功功率的损耗，提高供电设备的效率，节约能源。

三、无功功率不足的控制措施

目前由于无功设备配置不足，导致500 kV 母线电压无法满足调度运行的要求，可采取如下控制措施。

1.值班人员应及时在负荷高峰时段投入全部可用的电容器。

2.在负荷较低的情况下，投退电容器组时需要轮换进行，以避免某些电容器组经常处于运行状态。

3.优先投集合式电容器，尽量避免3 组分散式电容器组长时间运行。根据以往的运行记录，集合式的电容器自2008年投运以来，运行情况良好，没有出现缺陷。而分散式电容器组在高负荷、高温的天气情况下，经常出现渗油、鼓胀，跳闸等缺陷，随时会有跳闸发生，进一步加重了无功功率的不足，使500 kV 母线电压变得更低。

4.在电容器全投情况下，若发现500 kV 母线电压不能满足使用要求，应及时向中调报告无功电压不足的情况，请中调配合调整母线电压。

5.针对高温天气，加强对电容器组的巡视。若发现电容器渗油、鼓胀等缺陷，应立刻退出该组电容器运行，并上报检修分部进行检修。

6.由专人负责跟踪电容器组的缺陷情况，密切关注电容器组的缺陷处理进度。

7.自2008年更换集合式的电容器后，到目前为止，未发现集合式的电容器组存在缺陷。建议尽快将剩余的3 组分散式的电容器组全部更换为集合式的电容器组，以利于提高无功设备的可投率，有效地控制母线电压。

8.在更换分散式电容器组前，应有足够的电容器备品，以便在电容器组出现缺陷时，能及时更换。

9.扩建静止同步补偿器（STATCOM）。STATCOM 可以等效为大小可连续调接的电容或电抗器。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续、谐波小、损耗低、运行范围宽、可靠性高、调节速度快等优点，能有效补偿无功功率，提高母线电压水平。