地区电网电压无功分析研究

康利军

（内蒙古鄂尔多斯市薛家湾镇，内蒙 鄂尔多斯 010300）

在电力系统中，保证电压质量的方法有无功补偿、调节变压器分接头等，但无功补偿是电力系统中确保电压质量的基本条件，对无功补偿装置进行合理的分配和控制，能够有效的提高电压质量，同时提高设备安全性和可靠性[1]，降低系统网络损耗，从而提高电网输送电能的能力，发挥电网运行的经济效益。越靠近电源点的电压稳定性越好，但是在轻负荷时这些点的电压和功率因数偏高，重负荷时这些点的电压和功率因数又偏低，远离电源点的电压稳定性就更差，无法达到电网考核标准[2-3]。本文结合准格尔旗地区电网的无功电压存在的问题进行分析，提出一些解决电压质量的措施。

1 地区电网无功电压运行情况

1.1 地区电网结构

目前，在准格尔旗地区共有1座500kV变电站、6座220kV变电站，该地区所需电力主要由内蒙古电网主网架供应，通过500kV宁格尔变、220kV杨四海变、薛家湾变、大路变、长胜变构成该地区的主网架构，从内蒙古电网宁格尔变受进电力、大饭铺电厂、万家寨水电厂、伊东自备电厂和准能电厂向杨四海变电站、薛家湾变电站和宁格尔变电站送电。地区电网结构图如图1所示。

2012年准格尔旗地区电网最高负荷为1280MW，最低负荷1023MW，预计2013年最高负荷达到1370MW。

1.2 地区电网无功现状分析

2012年准格尔旗地区电网安装无功补偿电容器总容量为794.9Mvar（包括该地区故障的电容器），其中网内安装电容器总容量为385.9Mvar，用户安装电容器总容量为409Mvar。

当地区负荷达到最高峰时，系统无功缺额为26.47Mvar（其中杨榆地区无功缺额约为8.6Mvar，大路地区无功缺额约10Mvar，薛家湾镇供电区域无功缺额4.47Mvar，川掌地区无功缺额约为3.4Mvar）。地区电网所辖220kV变电站总无功设备容量为268.8Mvar（其中包括损坏和无法投入的容量123Mvar，可投容量只有145.8Mvar）。除220kV薛家湾变、长胜变、川掌变无功补偿装置能正常投切外，杨四海变电站有4台电容无法投运，大路站有6台电容器无法投运。

图1 地区电网结构图

2 电网运行存在无功电压的问题

2.1 电网运行负荷不均衡，引起电压波动

准格尔旗地区电网现在是内蒙古电网外送的通道之一，越接近于电源点，电压偏离于上线运行，给电压的稳定性带来一定的影响。220kV川掌变、杨四海变、薛家湾变，在电网达到高峰负荷时，最高电压可达241.7kV，杨四海变、薛家湾变所供的部分110kV变电站母线电压常出现超负荷，而部分变电站负荷特别轻，这对电网的安全运行带来不利影响。

2.2 无功补偿装置管理不到位

部分变电站电容器损坏，造成地区电网功率因数低下。从2011年地区电网无功补偿装置运行情况统计分析看，杨四海和大路220kV变电站电容器损坏，这两个站是该地区电网的重负荷变电站，使得地区电网的功率因数下降。

电容器的投切不及时，在负荷高时，不能及时的投入电容器，补偿系统的无功缺额；在符合较低时，不能及时地退出电容器，导致母线电压不稳定，给系统的调压带来一定的影响。

用户电容器管理不到位，不能及时投入，出现系统倒送无功的情况，给系统造成的电压质量影响较大。

2.3 无功补偿装置损坏和修复对地区电网电压质量的影响

电网电容器损坏的修复周期长，而且附属设备极容易出现故障，不能及时地补偿系统的无功缺额，单靠调节变压器分接头是无法解决电压质量的问题，给地区电网的电压质量造成一定影响。

用户对电容器管理不到位，损坏率高，修复不及时，无法及时的投入，补充缺额不及时，影响系统的电压稳定性。

2.4 地区电网电压无功的控制和调节能力不足

目前，地区电网对电压无功的控制和调节能力存在一定困难，特别是35～110kV变电站中个别有载调压变压器的分接头档位无法满足电网运行电压调节的需求。

系统中部分变电站电容器配置不合理，集合式电容器容量大，无法分组投入，在遇到电压质量问题时，投电容器会引起系统的无功过剩，电压偏高，不投电容器系统有存在无功缺额，电压偏低，这给系统无功调节和电压控制带来一定困难。

用户电容器占系统电容器总容量的51.45%左右，对用户电容器的及时投切，补充系统无功缺额困难大。目前，存在这样问题的主要原因：①系统对于用户的电容器投运情况没有足够的了解；②系统电网对电压无功的考核标准和用户存在矛盾[5-6]；③在电网系统中，存在的大量用户主要是电石厂、硅铁厂、煤制油、甲醇制造工厂、PVC工厂，这些用户的电动机较多，谐波污染严重，给电容器的运行带来不利影响，损坏率高，尤其是35kV电石厂、硅铁厂，厂内无功需求量大，造成系统中这些35kV专线供电的工厂母线电压很低，不满足合格率要求，从而影响其他用户的电压。

2.5 对电厂的无功电压出力缺乏考核标准

从发电厂自身的利益出发，在用电高峰期，发电厂少发无功，多发有功，但是，在此刻正是系统中无功缺额最大的时候；在负荷低谷时期，发电厂无功按照要求发，使得系统无功出现过剩的情况，无法平衡系统的无功。

3 对存在的问题所采取的措施

根据该地区电网电压无功不平衡，电压稳定性问题，对无功电压管理建议采用以下改进措施：

1）现在正在进行对电网设备升级改造和电网网架结构建设，对于新建变电站时，要进行相关的无功规划，对于变压器和无功装置的选型，要充分考虑目前电网中无功电压存在的问题，结合这些问题进行变电站内无功设备的选择，特别是目前存在集合式电容器对电网的无功调节不利；目前电网设备正在进行大规模的升级改造，特别是变压的升级改造，要考虑变压器分接头的选择，解决网内有载调压变压器分接头无法满足电压调节的问题。目前，该地区220kV变电站内有载调压变压器分接头档位为220/121/38.5，在这些变压器中，常出现中压侧和低压侧电压质量不能满足系统要求，导致电容器投切困难[7]。建议在对设备进行升级改造时，按照目前存在的问题，选择适合该地区电网存在问题的变压器变比，建议升级改造的220kV变电站三侧的额定变比选取原则为：①对于一般情况，三侧的额定变比比选择为1/1.05/1.05；②对于长距离，重负荷供电的变压器，三侧额定变比选择为1/1.05/1.1；③当220kV变电站变压器低压侧没有负荷或者只带站内负荷时，建议采用额定变比为1/1.05/1的比变压器。

2）加大力度对发电厂的电压无功管理，制定相关的考核细则，并且和电网的考核细则相结合，使得不相互矛盾。而且对发电厂进行调研，分析存在的问题，激励发电厂配合电网的无功调节，提高电网的电压稳定性和功率因数。

3）加强对电容的管理，建立完善的电容台帐和考核机制，变电站内指定专人对电容器进行日常巡视，修试所指定专人定期对电容器做试验并进行缺陷处理工作，确保站内电容器健康地运行，提高电容设备的可用率。

4）加强对用户端电压无功和谐波管理，建立健全完善的用户端无功补偿资料和消谐装置台帐。加强无功补偿的自动控制系统建设，实时监测用户电容器的投入情况；在给用户供电的母线上装设电压监测仪，并且保证设置率100%；组织专门人员开展对用户端功率因数的电费专项检查，扩大舆论宣传，同时督促用户对电压无功的管理，帮助用户解决在电容器运行管理方面存在的问题，提高用户电容器的投入率，减少由于功率因数和电压质量不合格而引起的电费支出，降低电网的网络损耗，并将完善用户无功补偿的考核作为一个专门课题进行研究。

5）在变电站内每个班组做好每个月典型日实时功率因素统计工作，并且结合无功优化自动控制系统中所采集的数据进行综合分析，找出地区电网中无功配置的薄弱环节，及时的在电网设备改造中，编制电容器的新增和改造计划。对于系统功率因数长期低于0.9的线路和变电站，在这些地方安装可以自动投切的电容器，实施补偿无功缺额。

6）新装设的电容器，在选型方面，要选择组别多、小容量的电容器，解决集合式电容器投切式存在的问题，最大可能的实现自动投，实现对地区电网无功的优化配置。

4 结论

对地区电网存在的电压无功问题进行详细分析，找出无功补偿装置配置、维修及其对用户和电厂管理中存在的问题，并给出应对措施。通过这些应对在电网中实际应用措施，可以大大地提高电网对无功的控制能力，满足地区电网对电压合格率的考核水平，提高用户供电的电压质量，降低网络线损，保证地区电网的安全经济稳定运行。

[1]黄伟.地区电网可靠运行分析[J].广东电力,2005,18(5): 17-20.

[2]夏可青,李扬,周靖,等.江苏220kV电网无功电压现状分析[J].江苏电机工程, 2005,24(2): 42-45.

[3]李海峰,王小英,杨志新,等.江苏电网无功电压现状分析[J].江苏电机工程, 2004, 23(1): 33-36.

[4]SD325.电力系统电压和无功电力技术导则[S].

[5]孙超,纪伟,安光辉.唐山地区用户无功平衡及分析[J].电力电容器与无功补偿, 20 08,29(5):39-42.

[6]摄伟,刘健,周艳.考虑时段优化的地区电网无功电压优化控制[J].电力系统自动化,2009,33(4):31-35.

[7]庄侃沁,李兴源.变电站电压无功控制策略和实现方式[J].电力系统自动化, 2001, 25(15): 47-50.