变电所所用电电压影响因素分析及控制策略

徐 凯，徐 昕

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

变电所的正常运行离不开电力变压器。变电所内的电力变压器按作用可分为主变压器（简称主变）和所用变压器（简称所用变）两类。根据系统接入方案的不同，主变输入电压一般为35～1 000 kV，其额定容量达数万至几百万千伏安。相比而言，所用变容量要小得多，一般仅几百千伏安，用于为变电所内各类电气、动力、网络通信等设备的正常工作及运行维护作业提供电能。

所用变的一次侧（高压侧）一般接于主变低压侧母线或挂于主变低压侧母线所供的线路上。典型接线如图1所示。

由图1可见，所用变在变电所内处于系统末端，其低压侧电压（即所用电电压）易受电网系统电压波动、设备参数选型等诸多因素的影响，若对所用电电压不加以分析及控制，过高或过低的电压将危及所供设备的正常运行，进而影响变电所安全稳定运行。

图1 变电所内主变和所用变典型接线

本文结合我国供电电压偏差标准[1]及变电所在运设备的实际情况，分析了电压偏差的危害及影响变电所所用电电压的因素，并提出针对性的控制策略。

1 供电电压偏差危害及限制

1.1 供电电压偏差危害

若变电所所用电的电压波动超过我国供电电压偏差标准，将会给用电设备带来严重危害，具体体现在以下方面[2]：

（1）影响感应电动机的电流（转子电流、励磁电流、启动电流）、转矩、功率、功率因数、效率和寿命等。电压降低将使电动机转矩明显下降，当电压降低到临界值以下时，电动机就难以启动，还可能因堵转而烧毁；而电压升高时，电动机可能发生过热，降低使用寿命。变电所内有众多的电动机设备，如主变的强油循环风冷油泵、风扇，强排水泵，通风电机，部分开关、闸刀交流储能或操动机构的电动机等。

（2）影响白炽灯、荧光灯等灯具的功率、光通量、发光效率和寿命期限。

（3）影响电子设备的寿命。电压降低使计算机监控系统显示器色彩异常、亮度变暗，电压升高则使显像管、装置电源板寿命降低，电压偏差过大时，计算机和控制设备容易出错并造成误动。目前在运的综合自动化、数字化、智能化变电所内运行着众多计算机、测控单元、采集单元、网络通信等电子设备，电压偏差过大无疑将影响这些设备的正常运行。

1.2 供电电压偏差限制

用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的，当运行电压出现偏差时，其运行参数和寿命将受到影响，影响程度与偏差的大小、持续时间和设备状况有关。

供电电压偏差是电能质量的一项重要指标，国家标准对供电电压偏差有如下的限制[1]：220 V单相供电电压偏差为标称电压的－7%～＋10%。因此，220 V电压应控制在204.6～242 V，这也是变电所所用变二次侧（低压侧）电压的控制范围。

2 影响变电所所用电电压的因素

影响所用电电压的因素众多，本文分析的前提是排除设备（如电力变压器、导线、电缆等）质量问题、不考虑所用电特殊负载 （如大功率用电设备同时启动、重负载），且电力变压器工作在《电力变压器运行规程》[3]规定的运行条件下。

为适应现场工程应用，本文主要围绕主变与所用变电压波动间的关系进行分析。

2.1 系统电压

系统电压是指变压器高压侧输入的电压，系统电压的波动势必引起变压器其它侧（中压侧、低压侧或第四侧）电压同步变化。

调度规程规定，电网的无功功率和电压实行分级管理原则。以目前浙江省骨干电网（500 kV电网）为例，网、省调定期行文下发规定各500 kV变电所及相关电厂的220 kV和500 kV电压控制点电压曲线控制范围，并由各级调控部门对各自管辖电网的无功平衡和电压进行调整、控制和管理。以湖州地区在运的500 kV变电所为例，2012年第四季度各电压控制点的电压曲线范围如表1所示。

表1 湖州地区500 kV变电所电压控制点电压范围

而110 kV及以下电网一般由无功电压优化控制系统（AVC）对电压进行控制。目前湖州电网主网架（220 kV）AVC控制策略中对220 kV变电所110 kV和35 kV母线电压的控制范围如表2所示。

表2 湖州地区220 kV变电所35～110 kV电压控制范围

AVC策略中规定，超出表2电压控制范围时，越下限时升主变档位，越上限时降主变档位。当220 kV电压低于下限值（225 kV）时禁止切该片区电容器，220 kV电压高于上限值（235 kV）时禁止投该片区电容器。

综上所述，变电所内各电压等级母线电压在实际运行中均有一定的波动范围，控制范围如表3所示。

表3 35～500 kV母线电压控制范围

2.2 变压器调压装置

利用变压器调压装置改变分接头档位，也是一种调节输出电压的方式。有载调压变压器比无载调压变压器应用更灵活，调节分接头时不影响变压器供电，是实现AVC控制的必备条件之一。

以图1所示接线图为例，在系统电压恒定情况下，调节主变分接头档位会影响所用变所在母线的电压，调节所用变分接头档位会影响所用电电压。由于系统电压控制范围明确，故通过主变和所用变分接头档位的合理调整、配合，理论上就能确保所用电电压在安全的水平。

2.3 变压器额定电压

新建变电所系统接入方案考虑了变压器在运行中的电压环境，使投运的主变各侧额定电压并不一致。实际工程中，所用变高压侧额定电压的选择也不统一。以现场典型的A，B，C 3座220 kV变电所的主变及所用变配置为例进行说明，其配置如表4所示。

表4 220 kV变电所主变、所用变典型配置

表4中A，B，C 3座变电所主变低压侧额定电压有38.5 kV和37 kV 2种，所用变高压侧额定电压有35 kV，37 kV和38.5 kV 3种。

通常关注的是所用电电压，根据表2可知，220 kV变电所的35 kV母线电压通过AVC系统控制在35～37.5 kV范围，此范围也是所用变高压侧电压的理论波动范围（35 kV为下限，37.5 kV为上限）。

按表4分别根据A，B，C 3座变电所所用变档位计算变比（A所用变档位用A1—A5表示，B所用变档位用B1—B3表示，C所用变档位用C1—C3表示），再根据变比核算各台所用变高压侧电压在上、下限情况时的低压侧（所用电）电压的最高值和最低值。计算结果如表5所示。

表5 A，B，C变电所的所用电电压

根据供电电压偏差限制，表5中部分所用变在某些档位运行时电压已越限，越限档位见表6。

表6 A，B，C变电所正常情况下可能导致所用电越限的档位

3 变电所所用电电压控制策略

根据上述分析，从设计、运行阶段对所用电电压控制提出针对性控制策略。

3.1 设计阶段

（1）所用变高压侧额定电压：所用变选型时，其高压侧额定电压应尽可能接近或与主变低压侧额定电压保持一致，以避免所用变长期运行在较高电压水平，满足不得长期高于额定电压105%的要求，同时也能充分发挥所用变各级档位的调压作用。若所用变高压侧所加电压过高或过低，会导致部分档位调压结果不符合电能质量标准。

（2）所用变分接头档位：在同样的调压范围内，所用变分接开关档位设置越精细越好。由表5可见，A，B，C所用变可调电压范围均为±5%，但A所用变档位采用±2×2.5%，要优于B和C所用变档位±5%。档位分得越细，越便于现场选择最符合供电电压偏差标准的所用变档位。

（3）并列运行变压器的调压装置：经济技术条件允许时，无论主变还是所用变，应尽量采用有载调压变压器，在技术上满足不停电调压的要求。新建或扩建工程中安装有多台主变或所用变，除应满足变压器并列运行条件外，还应确保主变或所用变采取的调压方式一致。若其中1台变压器采用有载调压而另1台采用无载调压，为满足变压器并列运行条件，将不得不退出有载调压装置，既浪费投资，又无法发挥变压器有载调压的优势。

（4）所用电系统负荷：设计时应合理分配所用电系统各相负荷，避免重载相出现低电压现象。

3.2 运行阶段

（1）所用变投运前的核算和实测：涉及所用变投运的工程，投运前应开展所用变档位确认及所用电电压核算。即根据该变电所主变与所用变额定电压参数、所用变所在母线AVC控制策略中的上/下限电压范围，计算所用变各档位运行时输出的所用电电压上/下限值，并与供电电压偏差限值进行比对，剔除所用电电压上/下限越限的档位，选择最符合供电电压标准的档位。计算过程按表5、表6进行。

待所用变高压侧带电后，应实测所用电电压，校核所用变档位满足理论计算结论后，方可带上所用电负荷。这样做的主要原因是不同厂家的所用变分接开关的有载或无载调压设置方式不同，调档的结果不能完全凭肉眼观看指示来确认，要防止调档不准确情况的发生。

（2）加强AVC系统运维及策略管理：AVC系统至关重要，直接影响35 kV及以上母线电压的控制，要确保AVC系统策略的正确性以及软/硬件和通信等部件的正常运行。若AVC策略中关于所用变所在母线（高压侧）电压的上/下限范围有所调整，应事先开展所用变档位调整及所用电电压核算工作。

（3）加强无功设备运维管理：运行单位对变压器有载分接开关、无功补偿设备要加强巡视和消缺力度，深化状态检修体系建设和带电检测工作，认真落实反措，确保AVC策略控制执行到位。

4 结语

变电所所用电电压应符合国家电能质量标准，通过分析影响所用电电压的主要因素，在设计、运行阶段高度重视所用电电压问题，避免投资不经济、设备运行不安全情况的发生。同时，借鉴AVC系统成功运用的经验，期待有更加智能化的所用变投入运用，如果所用变能自动对二次侧输出电压进行控制，将电压限制在国家允许的供电电压偏差范围内，所用电所带负荷的安全性将大大提升。

[1]GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]刘连光.中低压配电网电压偏差问题的解决途径与措施[C].中国电机工程学会电力系统自动化专委会供用电管理自动化分专业委员会成立暨第一届学术交流会议论文集，2003.

[3]DL/T 572-2010电力变压器运行规程[S].北京：中国电力出版社，2010.