VQC系统原理及在新投运变电站应用中的问题分析

陈 洵

广州供电局

1 .引言

随着电力事业的发展，电网对电压质量的要求也越来越严格，而无功又是影响电压质量的一个重要因素。电网中电压、无功功率的控制手段，已逐步从以前的人工手动调节方式转变为VQC 软件来完成。VQC是指电压无功控制，调节主变的档位可以改变母线电压，而电容器投切则影响无功功率的平衡，通过这两种方式可以改变网络无功功率分布，改善功率因素，减少网损和电压损耗，其对维持电力系统的10k V 母线电压和功率因数在允许的范围内变动，对保障电力负荷的正常、经济运行至关重要。

VQC在保证系统安全可靠运行的前提下，根据不同负荷水平，控制电力系统中已有的无功补偿设备，促使无功功率在网络中合理流动，是智能变电站的重要高级应用之一。基于智能变电站一体化监控系统的电压无功控制软件，将电压无功综合控制W模块化形式嵌入后台计算机，充分利用一体化监控平台的全景数据，通过代理服务获取所需数据信息，可以使数据来源更加广泛，实时性好，并具有良好的兼容性。

然而VQC的应用还有很多细节问题需要处理和解决。例如，由于VQC同时具备监视和控制的功能，因此其系统逻辑的正确性就非常重要。而正确的动作控制又需要精确的数据采集，如果采集的数据出现误差，就会导致误动作或者该动作时出现系统失灵。又比如VQC系统中的定值，一般而言是按照理想情况设定的，但是在变电站实际运行中，有时会与这些预设的理想情况不尽相同。因此，有必要在分析VQC系统工作原理的基础上，采取具体细致的调试工作去解决和避免。

2 .变电站VQC系统的工作原理

2.1 VQC系统的电压和无功调节原理

对于变电站而言，为了使电压与无功达到所需值，通常采用改变主变分接头档位和投切电容器组两种方法来改变系统的电压和无功。第一种方法主变分接头变化不仅仅对电压有影响，对无功也会有影响；同样，第二种方法电容器组投切也会对两者产生影响。有的地方的VQC不是考虑无功而是考虑功率因素作为调节的依据，其原理都是一样的。

第一种方法中的调节变压器分接头就是改变变压器的线圈匝数，根据磁场理论，变压器两侧电压比与两个线圈的匝数比成正比，所以调节线圈匝数能调节二次侧电压。在变压器高压侧电压不变的情况下，二次侧电压因为线圈匝数发生改变而变化。调节变压器分接头在改变二次侧电压的同时，负荷由于工作电压的改变使其运行点也会发生改变，所以负荷吸收的无功功率也会发生改变。所以，电压升高时负荷吸收的无功功率增加，反之减少。此时如果二次侧有补偿电容器投入运行，则电容器发出的无功功率也要增加。

第二种方法是投切电容器组，其实也就是改变当地的无功功率电源容量。在当地负荷基本不变的情况下，投电容器会造成电网送进的无功功率减少，而切电容器则反之。投切电容器由于造成了电网送进的无功功率变化，变压器高压侧的电压因为进线的电压损耗发生改变而改变，从而二次侧的电压也会发生改变。所以，投电容器除造成进线无功功率减少外，二次侧电压会有所升高；反之，切电容器除造成进线无功功率增加外，二次侧电压会有所降低。具体幅度随当时负荷的大小和类型的不同而不同。

2.2 VQC定值中的动作逻辑

VQC系统中有定值确定各个动作值和动作逻辑。以广州地区某新投运110kV变电站的VQC为例，其动作逻辑定值、动作策略如下：

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该表为VQC软件动作策略中的九区策略。一般常用的VQC软件都有这样的逻辑表或者策略。按照固定的电压和无功(功率因数)上下限，将U、Q平面划分为九个控制区域，其中区域9为目标区域，电压和无功均在合格范围内，为不动作区域；区域1-8为电压越限、无功越限，或者电压无功都越限，是需要动作的区域。采用基于九区图的电压无功控制策略在一定程度上提高了电压质量，就地平衡了无功功率，有效减少了线路损耗，满足了变电站电压无功控制的要求。

2.3 VQC定值中的时段设置

在VQC系统的定值中，除了基本的九区动作策略定值外，有的还有时段设置，这是因为在一天的不同时段内，无功和电压都是不一样的，最大不同就是深夜休息时间和其余时间的无功对比。同样以上述的广州地区某新投运110kV变电站的VQC为例，在定值中，时段设置-时段基本信息一项中把时间分为8：00至23：00、23：00至次日8：00两个时段，其中23：00至次日8：00的时间段对应定值的无功上限为12.1，无功下限为4.3。

3 .新建变电站VQC系统典型问题及原因分析

在上述的广州地区某新投运110kV变电站中，出现了VQC系统频繁动作的情况。负责巡视该变电站的运行人员发现，VQC系统经常在深夜启动，并且发出遥控命令，控制变压器分接头升档和降档来回重复。长久以往，变压器分接头频繁动作将会导致其机械机构损坏，影响变压器正常安全运行。

3.1 新建变电站基本情况及分析

一般新投运的变电站都只有单台主变压器运行，等到附近电网建设成熟后才扩建或者启用各个主变压器和母线馈线等。该变电站也不例外，当时只有#2主变运行，所带的负荷仅为两条馈线和一台站用变，而且两条馈线并没有电流，无功基本为0。但是在前面看到的VQC时段设置图中，在晚上11时过后到第二天早上8时的无功下限是4.3，即实际运行的无功低于这个下限值的话都是越下限。根据上述的VQC动作策略图，系统将长期处于动作区域，即九区策略中的1，4，6区域。

3.2 .VQC动作报告及分析

经查阅VQC定值，即上述动作策略定值和时段设置定值，并了解该系统逻辑，调取综合自动化监控系统动作报文分析后，发现当电压和无功处于4区时，策略1不能执行，因为该站电容器并没有投入运行，都在检修状态。跳过策略1后，就到执行策略2升压，升压过后如果还是处于4区，会继续执行4区的逻辑，不断升压，令电压保持比较靠近定值的电压上限10.6kV。

另外，该VQC系统对升降压有一个提前的预判，在定值单中，用于预判的变压器调压电压变化率为0.015，乘以线电压以后大约是0.15kV，用当前电压加上这个0.15kV，判断结果是否大于电压上限值10.6kV，如果小于这个上限值，就可以动作，否则不动作。然而实际调档的电压变化超过了0.15 kV，大概是0.156kV，这就造成了逻辑判断的失误，加上电压的浮动，令VQC采集的数据长期在1，4区之间徘徊，1区的策略1是切电容器，策略2是降压；4区策略1也是切电容器，策略2是升压。策略1都执行不了，逻辑判断执行策略2，因此就不断在控制变压器调档升降电压。

3.3 .分析结论及问题处理措施

造成上述动作的主要原因是无功长期越下限，使其长期处于动作区。如果无功不越下限，系统判断在正常区域内，就不会出现4区逻辑里面的重复升压动作，这样电压就不会经常性地在10.6kV附近浮动。其次是定值中的变压器调压电压变化率0.015与实际情况有误差，导致系统预判不准确。

事实上，该VQC的整套动作逻辑是在全部条件都正常的状况下的策略。但是对于新投运的变电站，就有其具体的实际问题，必须针对具体细节做出相应的调整策略。

第一，该变电站刚刚投运不久，负荷很少，因而其无功与VQC定值中的估算有差距，整个运行时间的无功都比较小，接近0，而该系统的定值都是根据正常运行的变电站计算出来的，无功通常比较大。因此第一个解决方法就是把无功下限的定值改小，使其切合使用情况，不会导致系统一直运行在动作区。

第二，该变电站的电容器没有投入运行，都处于检修状态，不是随时可投切的状态，这就导致了策略1长期不可用，对动作逻辑自然造成很大影响。解决方法就是尽快把电容器投入运行，切合VQC的动作需要。

第三，定值单中的变压器调压电压变化率为0.015，按这个值计算出来的调压电压差与实际有微小的出入，导致其没有起到预判调压后电压会否越限的作用。只要把这个变化率根据实际情况进行调整，就能够更进一步完善VQC系统的动作逻辑。

4 .结语

本文在分析VQC系统的工作原理，阐述调节主变分接头和投切电容器组两种调节系统电压和无功的方式的基础上，分析了九区动作策略和时段策略，还具体研究了新投运变电站中VQC系统的典型问题，通过调取动作报文、系统内部定值和分析VQC动作逻辑寻找到问题原因，并提出解决方法。

VQC系统的各个环节都必须按照实际情况准确到位地执行，才能保证其作用正常发挥，只要有一个环节出纰漏都会导致问题发生。例如上面分析中的定值计算是通过对整个变电站既有的设备数量和参数，按照各个变压器和线路都正常运行的情况下计算出来的，并没有考虑到实际运行状况。而实际调试验收的时候，就需要具体问题具体分析，一旦发现有不符合原标准的现场运行情况，就要随之做出修改建议和调整措施，保证VQC系统起到有效调节系统无功和电压的作用，为电力系统正常运行保驾护航。

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