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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:46:03
河北省南部电网的无功平衡和电压控制宋瑜，李志勇（河北省电力调度通信中心，河北石家庄050021）摘要：通过对2002年度河北省南部电网无功电压运行情况的分析，指出了当前无功平衡和电压控制方面存在的问题和解决方案，并对提高电压管理水平和优化电网运行等提出了看法。
关键词：无功平衡；电网运行；分析；无功补偿；电压随着电网的不断发展和电力体制改革的逐步深化，人们对电压问题的重视程度逐渐增加。它不仅是供电质量问题，而且对电力系统的安全经济运行、保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命等方面都具有重要影响，同时也是电力企业管理水平的具体体现。无功电力平衡是保证电压质量的基本条件。无功功率只有在分层、分区、分散合理平衡的基础上，才能实现电网电压的合理分布。
由于无功功率的发、供、用呈现强烈的分散性，给电压和无功功率的发、供、用控制带来了极大的困难。本文从分析河北省南部电网（以下简称河北南网）的无功电压基本状况入手，找出其存在的问题以及造成这些问题的原因和解决办法，对提高电压管理水平、优化电网运行有着十分重要的意义。1河北南网无功电压现状
1.1基本情况
截至2002年底，河北南网220kV有载调压变74台，容量9510MV·A，台数比和容量比分别为64.9％和65.1％；500kV有载调压联络变3台，容量2250MV·A，台数比和容量比均为75％。
目前河北南网的无功功率补偿设备主要是电容器组、高/低压电抗器等。全网110kV及以上变电站无功补偿电容器总容量3974MV·A，其中500kV变电站240MV·A，220kV变电站1984MV·A，110kV变电站1750MV·A；全网无功补偿电抗器总容量945MV·A，其中高抗450MV·A，低抗495MV·A。
1.2配置原则和调整手段
在无功补偿设备的配置上，主要是考虑分层分区就地平衡的原则：对于220kV、500kV电网，宜力求保持各电压层面的无功功率平衡，尽可能使这些层间的无功功率流动极小，以减少通过降压变压器传输无功功率时产生的大量消耗；对于110kV及以下的供电网，推行用户就地补偿是最大的原则，实现无功功率的分区和就地平衡，防止电压大幅波动。
无功分布的调节主要是通过各厂站按照河北省电力调度通信中心（以下简称省调）下达的电压曲线和功率因数曲线进行调节（特殊情况按照省调的指令执行）。具体的调节手段包括调节发电机的无功功率输出、投切电容器（电抗器）、调节变压器的分接头以及改变系统运行方式等。
1.3电压控制情况
河北南网主网的电压水平在稳步提高。截至2002年底，河北南网主网电压合格率达到了99.63，高于部颁98％的标准，特别是500kV廉沧线的投产，对稳固东部地区电压水平起到了关键作用。
2存在的问题
虽然目前河北南网的无功电压控制基本满足了电网要求，但随着电网建设的迅速发展，特别是500kV电网的不断加强、峰谷差加大、负荷特性变化等形势的出现，加之有关管理办法未及时修订等因素的存在，河北南网的无功电压运行管理变得更加复杂，出现了以下问题，这些问题如不引起重视，可能影响供电质量，甚至危及电网安全。
2.1低谷负荷时段的高电压问题
虽然河北南网主网电压合格率较高，但在低谷时段部分电压监视点仍存在电压偏高的现象，尤以春节期间最为严重，其主要原因为电网的无功功率过剩，主要体现在：
a.随着人们生活水平提高和经济结构调整，电网峰谷差日益加大。在低谷时段，由于负荷很低，主网线路极度轻载，变压器负载率也大幅下降，使主网中的无功损耗大幅度降低；同时，由于进相运行的机组较少，造成线路充电功率过剩，使主网电压偏高。
b.从电源分布和负荷增长来看，南部地区（如邯郸）装机容量较大，但负荷增长（尤其是低谷负荷）较为缓慢；同时，由于缺少吸收无功的设备，仅靠调节发电机无功功率的输出、调节主变分头和投切电容器等手段，个别时段无法满足要求。
c.对小火电厂和大用户的考核管理办法不太合理。小火电厂和大用户的用户功率因数根据月有功电量和无功电量计算，而不是根据实际的功率因数统计得到的。峰谷上网电价的实施，对电压调整产生了不利的影响。小火电厂往往通过峰时段机组高功率因数运行以便能发出较多的峰时段电量，谷时段机组低功率因数运行以便能发出较多的无功电量用以弥补峰时段少发的缺额，以此来满足功率因数考核的要求；对大用户来说，即使高峰时段因未投入电容器造成功率因数过低，也可以通过低谷时段不切除电容器的方法(在保证不向系统倒送无功的情况下）来完成月末考核指标，故加重了电网电压调整的难度。
2.2大负荷季节高峰时段的无功不足问题
河北南网的大负荷季节一般在春夏季节，电压最难控制。虽然提前采取了保电压措施，对稳定主网电压起到了积极的作用，但在高峰时段，仍有电网电压偏低现象。原因是电网无功不足，主要体现在：
a.负荷性质发生了变化。近年来河北省南部地区干旱少雨，气候异常干燥，空调负荷和灌溉负荷增长迅猛且在电网中占有较大比重。由于此类设备的运行需消耗大量的无功，造成电网无功不足，电压降低。
b.网内无功备用容量不足，安全水平降低。表1和表2分别列出了2002-07-1711:25:00实测大负荷情况下,河北南网主力电厂和供电公司的运行数据。高峰时段，各电厂的平均功率因数为0.877，基本上发挥了设备的最大能力；各供电公司除了邯郸由于装机容量较大，无功补偿较低外，其它地区的补偿容量都很大。结合电压水平可以看出，大负荷季节，河北南网调动了一切可以利用的设备，几乎倾尽了系统的所有有功、无功，系统安全水平大大降低。2.3电压水平对500kV电网的依赖性较大
从表1、表2可以看出，河北南网的电压水平对500kV电网的依赖性较大，在大负荷季节尤为明显。从N-1扫描结果来看，在衡、沧地区负荷超过1600MW时，500kV廉沧线故障，即使衡水电厂双机运行，电容器全部投入，220kV双楼站电压仍将低至200kV以下，电压波动较大。500kV保北＃1主变停运，保定地区220kV系统电压将下降20～30kV，个别站（如蠡县站）的电压最低可能降至190kV，低电压切负荷装置可能动作切除部分负荷；同时，由于潮流转移可能引发石保送电断面的稳定问题。究其原因主要是这些地区负荷增长迅速，网架结构薄弱，500kV电网输送潮流过大，电网缺乏有力的无功电源支撑所致。单站、单线、单变的500kV电网一旦发生问题，影响很大。为此，河北省电力公司已经加快500kV电网的建设，同时制定了各种技术措施和组织措施，保证现阶段电网的安全和对用户的可靠供电。
2.4其它问题
2.4.1电容器检修问题
由于并联电容器的相关设备（如放电线圈、熔断器、开关、电容器等）比较多，有时需等厂家派人处理，造成检修工期长，影响设备的投入率。
2.4.2变压器变比和有载变压器调压范围选择问题
该问题主要表现为变压器额定变比选择不当，有载调压开关分头变比选择不合适，调压范围不满足要求等。由于历史原因，部分变电站（如曲周、王段、王里、东寺、大河等）的调压开关分头变比不一样，2台主变调整电压困难，只能放在相近的分头位置上运行，影响了调压效果。
2.4.3缺少调相机等设备
由于受工程造价、维护费用、网损等因素的影响，调相机已经逐渐被造价低廉的并联电容器所替代，但是在改善电压的动态特性、实现均匀细调等方面，调相机具有不可比拟的优点。
3解决策略
3.1综合考虑各种因素的影响
由于无功电压的分散性和分层性，使得其控制比有功功率和频率的控制要困难得多。单从某个方面考虑无功电压问题是片面的，要结合各个电压层之间、电网安全、电力用户、城市电网、农村电网、无功补偿设备选择、线损、现场条件、无功电压的运行、管理的可操作性等之间的关系，控制好电厂和用户两端，管理好变电站和低压电网等中间环节，合理布置调压手段和控制装置，做到调压手段和无功补偿容量互相协调配合，才能达到既安全经济，又能满足各个电压层的电压水平要求的目的。
3.2运用市场经济手段，加强无功电压管理
随着市场经济的发展和电力体制改革的深入，传统的调度模式和管理办法已经无法适应新形势的要求，因此在遵循电网发展规律的前提下，积极探索适应当前形势的无功电压管理办法有着重要的意义。今后应在仔细研究国家相关政策和电网协调运行的基础上，制定完善的经济奖惩办法，加大考核力度，运用市场经济手段加强无功电压管理，减少电压波动，提高电网的管理水平。
3.3加强调压设备的维护和改造
加强调压设备检修维护，及时处理缺陷，保证设备正常运行。为了增强调节手段，可结合基建更改工程逐步解决2台主变有载、无载变压器不能并列运行以及调压范围不同的问题。
3.4提高发电机的进相和高功率因数运行能力
开展发电机进相和高功率因数运行试验研究，积极推行在无功过剩地区大机组高功率因数和进相运行，尽快完成马头、西柏坡、上安等主力电厂的大机组进相试验工作，充分利用发电机的无功调节性能，在南部和中部地区电网的低谷负荷期间，高功率因数（0.99～1.0）运行或进相运行。
实践证明：将现有的部分发电机由迟相运行转入进相运行，吸收系统过剩的无功功率，技术上简便易行，经济上节约投资，应该尽快实施。
3.5推行用户就地补偿是最大的原则
由于长期受有功短缺的影响，许多用户忽视用电功率因数，未能根据电力负荷的变化投切电容器，造成电网无功功率分层分区平衡失控，使原由用户承担的调压责任和补偿容量由电网来承担，客观上增加了电网的负担，影响了电网的经济性和安全性。
上海电网无功补偿经验是：整个系统的安全，用户就地补偿是最大的原则。要求变电站一次侧的受电功率因数在低谷负荷时不得高于0．95，高峰负荷时不得低于0．95，大大减缓了因负荷大起大落造成的大的电压波动。电网只解决用户解决不了的问题，即补偿电网本身产生和消耗的无功（一般电网补偿为过补偿）。无功储备留在发电机中以便事故情况下迅速调出。这样，系统调压是主动、经济、高效的，且有较强的抗事故冲击能力，值得推广。
3.6开展对电网无功电压实时平衡的研究
从运行上看，由于无功电压运行管理上的复杂性，多年来多数调度部门把对无功补偿设备的控制权限下放给电厂和变电站，要求其按照下达的电压和功率因数曲线执行，较少从系统角度考虑无功电压的实时平衡。其它网省调的运行经验证明：实行电网无功电压统一管理与[1][2]下一页
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