220 kV 变电站电容器反复投退原因及改进电压无功控制策略的应用

2018-11-19智强

通信电源技术 2018年10期

智强

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局变电管理二处，内蒙古包头 014030）

0 引言

电力系统电压的稳定，是电能质量进行衡量的重要指标。近年来，电网开始对AVC无功电压自动控制系统进行调试安装。根据现有的运行情况来看，电压自动控制系统的设计比较合理，能够保障电力系统的电压质量，同时提高了电力系统运行的安全性和稳定性，控制了输电过程中的电能损耗。变电站运行过程中，主要利用并联补偿电容器实现对有载调压变压器的调节，从而实现变电站的无功补偿。在实现电压无功控制的过程中，需要综合考虑诸多因素，其中包括合格电压平衡的无功功率。在变电站工作过程中要尽量减少并联补偿电容器的退投次数，调节变压器的分接头。通过分析可知，电压控制策略对电网的安全运行控制尤为重要。通过分析研究变电站中电容器组频繁出现的退投现象，分析传统系统中使用的九区图，对存在的问题展开讨论并寻找原因，提出改进的控制策略。

1 无功补偿设计原则

对220 kV及以下变电站所配置无功补偿装置，按照国家有关规定，按就地平衡和分层分区的原则，系统执行无功补偿需结合相关技术原则通过当地电网实现[1]。220 kV变电所母线正常运行时，允许的电压偏差为额定电压的-3%～+7%；如果发生事故，则允许电压偏差为系统额定电压的±10%。变电站无功补偿设计过程中，应当坚持的基本原则是各电压等级变电站无功补偿装置的分组容量选择，应根据计算确定。最大单组无功补偿装置投切引起所在母线电压变化不宜超过电压额定值的2.5%，并满足主变最大负荷时，功率因数不低于0.95。作为输送有功负荷的设备，电缆线路是不能根据无功负荷变化而频繁投切无功电源的。无功电源的容量调节越小，对220 kV电缆线路的功率充电（需根据和电网的电缆线路长度情况具体而定）利用就越多。应考虑装设一定电抗器容量的线路，更好地调节和使用电缆产生的无功容量。35 kV和220 kV电缆线路敷设量随着城市电网建设的需要逐渐增加，同样截面的导体由于散热条件不同、电缆允许长期通过的电流值不同，一般只占到架空线路的50%。因此，损耗小、充电功率多、负荷轻是电缆线路相对架空线路的运行特点。

2 220 kV变电站电容器反复投退的原因

目前，常用的AVC系统控制策略会综合考虑电压和无功功率因素，最常见的是九区图，如图1所示。0区电压以及无功均可有效满足要求，属于理想状态。如果偏离该区，则应当投切电容组，以实现无功调节，使系统能够回到该区运行。

图1 九区图

运行在A点时，电压合格，无功越上限，这时依据九区图的控制策略应投电容器组。然而，此刻A点的电压已接近电压上限，投入电容器组可能会使A点电压升高而进入1区运行。此刻若变压器的有载调压分接头在最低档位，系统将切除电容器组。当电容器组切除后，运行点有可能返回7区运行。电容器发生反复投退，也有可能是电容器安装时螺栓没有紧固到位，或者在运行过程中禁锢力下降，导致焊接工艺不良。部分电容器在场强设计上由于套管的质量和内熔丝的选型、折边等内部制造问题，会造成电容器内部绝缘老化和耐受过电压能力降低，最终发生反复投退[2]。需要注意，由于部分电网冲击性负荷较大，昼夜负荷波动大，导致相应变电站的母线电压发生了频繁波动。在AVC控制下，无功补偿设备开关和变压器的载调，导致电容器发生频繁投切。随着变压器载调压的增加，电容器承受暂态的电压次数不断增加，引发了操作机构的缺陷和故障，使设备损坏率上升[3]，如图2所示。

图2 电容器操作机构

电容器开关设备对负荷供电的影响小，存在开关不到位问题。如果电容器的本体和放电线圈发生了锈蚀，则可能出现反复投切问题。

3 无功控制策略应用

对九区图进行分析发现，在系统中变压处于上限，应该降低档位，这是符合控制策略要求的。如果在最低档，则要切断电容器。对于九区图法，虽然原理相对简单，但是无法综合考虑电压与无功之间的相互影响，处理不当就会导致电容器组和变压器投切振荡，且相关设备调节频繁。针对这一现象，为了能够克服九区图算法的弊端与不足，建议采用十七区图法，如图3所示。

十七区图是在九区图基础之上制定的，将四个易出现投切震荡的区域（1、3以及5和7区）细化成三个区域，并将高压侧无功与母线电压、无功和电压上下限值对比，制定能够有效控制电压与无功的措施。十七区图对九区图控制策略中出现的问题进行了整改，在1到4区之间各自划分出一个单独的区域，测试靠近功率因素边界和电压区域，同时根据划定的区域，制定相应的控制策略，以有效避免电压震荡情况的出现。通过十七区图的策略控制，可以实现对AVC自动电压控制系统进行定植的改进和调整。对于这一控制模式而言，只需进行一次调节即可实现整体调节目标，有效避免频繁投切电容器组合调节分接头，有利于优化调整变电站电压无功。

调节设备包括串联电容器和线路调压器。此种方法对于电压的影响包括了安装点后面的配变，在考虑所有配变的电压约束基础上制定出调节策略，参考负荷预测的结果，对线路调压器和串联电容器进行自动调档。此外，考虑第一级协调策略的配合，结合双向调压器的策略，兼顾潮流的流向。这部分策略可以分为无载调压配变和有载调压配变。由于自动调档的次数受限，因此在针对无载调压配变分接头的档次调节上，要有科学依据，进行全方位策略制定，根据配变电压的历史数据，结合季节性的负荷变化，对电压的影响制定分接头调节优化策略，指导运行人员定期调节无载配变的档次，使电压合格率达到最优。对于双向调压器的策略，要考虑潮流流向的问题，兼顾丰水期的高电压治理，对线路串联电容器进行柱上无共补偿和自动投切，同时将动作次数平衡到所有设备上[4]。