有载调压变压器的调配和使用

李江华，范永江



有载调压变压器的调配和使用

李江华1，范永江2

（1 海军北海舰队司令部军训处，山东青岛 266071；2 中船重工集团701所，武汉 430064）

介绍了电力系统的中枢点的选择及中枢点的调压方式，三绕组变压器分接头选择原则。对电力系统无功不足时的调压效果进行了分析，算例表明，通过调整可以减少电力网功率损耗和电能损耗，增大电力网输送能力。

变压器 升压 节能

0 引言

在电力网的正常运行中，任何电压的正、负偏移过大都会带来经济和安全方面的不利影响。这是因为：

1）所有的用电设备都是按运行在额定电压时效率为最高设计的，严重偏离额定电压必然会导致效率的下降，使经济性变差；

2）电压过高会大大缩短白炽灯一类照明灯的寿命，也会对设备的绝缘产生危害；

3）电压过低会大大增加恒定转矩的异步电动机的转差，由此引起工业产品出现次品、废品，转差增大的结果使异步电动机电流增加，由此引起发热甚至损坏。

鉴于供电电压严重偏移的危害，为此，为保证工矿企业和城乡居民的正常用电，国家标准(GB/T12325—2003)特对供电电压的允许偏差做出了如下规定：

1）35 kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10%。

2） 10 kV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的±7%。

3） 220 V单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%、-10%。

1 电力系统的中枢点的选择及中枢点的调压方式

电力系统的中枢点通常选择一些具有代表性的枢纽变电所的各侧母线的节点加以监视、控制，如果这些母线节点的电压满足要求，则该节点临近的下级节点基本上也能满足要求，这些节点即称之为中枢点。中枢点电压控制有逆调压、顺调压、常调压三种方式。

1）逆调压方式要求高峰负荷时中枢点电压调到1.05UN；低谷负荷时调到UN；

2）顺调方式压要求高峰负荷时中枢点电压不低于1.025UN；低谷负荷时不高于1.075UN；

3）常调压方式要求在任何负荷时中枢点电压基本保持不变且略大于UN。

2 三绕组变压器分接头选择原则

虽然要求电网在运行中的各节点电压要保持在额定值，但在实际运行中其实是较为困难的。鉴于以上原因，同时考虑到用电设备对电压的要求，根据电压偏移的最大允许范围。必须进行电压调整时，应根据系统有功功率和无功功率的实际分布情况对系统中枢点母线电压进行调整。调整时应遵循的原则：

1）所选分接头的位置，应使二次侧母线实际不超过上下允许的偏差范围;

2）降压变压器的分接头位置，应尽量使二次母线电压在额定电压与下限值之间运行;

3）升压变压器的分接头位置，在保证发电机有最大的有功出力和无功出力的前提下，尽量放在最高位置运行;

4）枢纽变电站三圈主变压器确需进行档位调整时，因高、中压侧装设有分接开关，而低压侧无分接开关，其电压的调整是在保证低压侧母线电压合格的基础上来确定高压侧（电源侧）的档位。然后在固定此分接头的基础上，根据高、中压情况选出中压侧的分接头。同理，当中压侧有电源时，应首先根据中低压侧情况选出中压侧分接头，在固定此分接头的基础上，根据高中压情况选出中压侧的分接头。在系统无功功率正常的情况下，其计算公式为：

其中：2th为三圈变压器中压侧调档后的电压，1sj为三圈变压器高压侧实际运行电压，2yt为三圈变压器中压侧应调档位电压。

在主变压器高压侧的档位调整后，也即改变了变压器高压侧绕组的匝数，其变比也随之改变，又由于2=/，因此变压器低压侧电压也发生了变化。例如一台110000 kV/11 kV的降压变压器，分接头原在额定电压位置，其变压比k=10，有时夜间低谷负荷或因事故的原因导致系统大负荷突然减掉引起电压升为115500 kV，致使变压器低压侧电压过高，现在要降低主变压器低压侧电压，根据2=/，要增大值，需要增加一次绕组的匝数1，这时分接头应往+2×2.5%档位调整，即调到电压为110000×（1+2×2.5%）=115500这个分接头，此时的变压比为=10.5，低压侧电压为2=115500/10.5= 11000 V。

3 电力系统无功不足时调压效果分析

利用改变变压器电压比进行调压，必须注意的前提条件是，当电力系统无功不足时，利用变压器的分接头调整电压的效果不十分理想。分析如下：

如图1所示。设由于发电机无功容量不足，以至于各母线电压水平偏低，发电机输出的无功功率G已达到最大允许值Gmax。现改变变压器T-3的电压比，希望提高母线6的电压6。根据负荷的电压静态特性可知，在电压变化时，无功负荷的变化远远大于有功负荷的变化，且无功负荷变化引起的电压波动也远较有功负荷大。因此，当6提高时，负荷6也将增加，这会使发电机输出的G>Gmax。所谓的负荷的电压静态特性是指在频率恒定时，电压与负荷的关系，也即=(，)的关系。为保证发电机安全运行，只有降低发电机励磁电流，使G减小到允许值，即G=Gmax。显然，这会导致1-5的电压降低，而母线6的电压也不能升到预期值。以上表明改变T-3的电压比，不但6升高有限，还会导致其他母线的电压的进一步下降。因此，当系统无功功率不足时，首先应装设或投入无功功率补偿设备，使系统无功功率容量有一定的冗余度。

图1 电力系统无功不足调压效果分析参照图

需要指出的是：当电力系统无功功率不足时，希望通过利用变压器的分接头调整电压不能增减系统的无功，它只能改变系统的无功功率分布。为此，不能通过改变变压器的电压比来进行调压。因为改变变压器的电压比从本质上讲并没有增加系统的的无功功率，这样以减少其他地方的无功功率来补充某个地方由于无功功率不足而造成的电压低下，其他地方则有可能因此而造成无功功率严重不足，不能根本性解决整个电力网的电压质量问题，因此，在整个系统普遍缺少无功的情况下，应首先考虑投入一定容量的无功补偿装置，若用改变主变压器分接头的办法来提高用户的电压水平，其效果是不十分理想的。

4 枢纽变电站主变压器分接头调整算例

图2 降压变压器分接头调整参照图

最大和最小负荷时，变压器阻抗中的电压损耗分别为

按照最小负荷时补偿电容器全部切除的条件来确定变压器分接头电压，

则补偿容量

则此时最大负荷时变电所二次侧母线实际电压

补偿后变压器阻抗中电压损耗降低为

变电所二次侧母线实际电压为

经计算证明，装设或投入10.5 MVar电容器组后，可满足电压质量要求。同时，不仅具有减少电力网功率损耗和电能损耗，且还有能增大电力网输送能力的作用。

5 结论

电力系统的电压调整，是一项技术较为复杂的技术任务，尤其是当系统电压较低时，电力调度部门应首先考虑检查所辖各变电所各级电压母线侧电容补偿装置的投入运行情况，在无功功率缺额不是很大的情况下，对相关变电所主变压器进行调压，才能达到较好的调压效果。电力调度部门要分门别类的计算并建立健全主要输电线路、主变的阻抗参数，根据所辖电网典型月、日负荷曲线，科学制定重要变电站主变压器分接头的日调整方式，建立健全所辖电网电压严重偏移的处理预案，力求以较少的调压次数达到最大的调压效果。切实把电网电压水平控制在规定的范围内。

[1] 电力系统运行操作和计算. 北京: 水利电力出版社, 1979.

[2] 电力系统自动化. 北京: 电力工业出版社, 1980.

Distribution and Utilization of on-load Voltage Adjustment Transformer

Li Jianghua1,Fan Yongjiang2

（1. Military Training office in NNSFH, Qingdao 266071, Shandong, China; 2. The 701 Institute in CSSC, Wuhan 430064, China）

TM403.4

A

1003-4862（2013）12-0055-03

2013-05-15

李江华 (1973-)，男，工程师。主要研究方向为核动力管理。