地区电网主变调档及无功补偿分析

地区电网主变调档及无功补偿分析

【摘要】某地区电网存在变电站电压质量问题，给电网的正常稳定运行与无功管理造成一定困难，本文选择问题最为突出的变电站上年度实际电压值和无功补偿量数值，结合本年度各站的负荷预测，对电压及所需补偿的无功功率进行了理论计算。在此计算的基础上，使用电力系统分析综合程序（PSASP）进行验证。通过对各变电站主变档位及投入无功功率容量的比较分析，给出相应的主变运行档位，对地区电网无功管理方面具有一定的借鉴作用。

【关键词】地区电网;电压质量;无功补偿

引言

电压是衡量电能质量的重要指标，电压过高、过低都会影响用户的正常生产使用，甚至危及系统运行的稳定性。造成电压质量下降的主要原因是系统无功功率不足或无功功率分布不合理。因此，电压调整问题主要是无功功率的补偿与分布问题。

2012年，某地区电网负荷增长迅速，其110kV变电站夏季、冬季负荷波动较大，造成了夏季负荷高峰时，中压侧母线电压低至34kV;冬季负荷低谷时，中压侧母线电压高于39kV，不符合国家关于电能质量管理的规定。需要研究分析并采取一定措施保证2013年变电站电压波动满足电能质量和可靠性的要求，具有很强的实用价值。

1.电压质量问题分析

变电站中压侧母线电压越限，需要考虑系统有功、无功潮流公布，因为：

（1.1）

由上式可知，系统的电压偏移主要与系统中流动的有功和无功功率有关，无功功率起主要作用（电阻相比电抗很小）。电压质量问题主要与系统无功容量与系统无功分布相关。

表一2012年变电站母线电压峰谷值

2012年变电站母线电压峰谷值单位：kV

变电站110kV母线电压最大值110kV母线电压最小值35kV母线

电压最大值35kV母线电压最小值

1 119.98 109.39 39.77 34.22

2 119.56 108 40.5 34.1

3 120.79 110.6 39.58 35.11

夏季高峰负荷时期，电压问题最突出的主要有三个110kV变电站。这三个变电站均采取主变三侧并列运行方式，在变电站电容器全部投入，在投切电容器保证低压侧电压的情况下，中压侧母线电压仍然越下限运行：

表二各变电站无功补偿装置配置

各变电站现有电容器容量单位：Mvar

变电站单组容量组数电压等级（kV）总容量

1 3 4 10 12

2 12 1 35 12

3 4 10 12

3 6 2 35 12

5.4 2 10 10.8

3 2 10 6

说明在弥补系统无功不足的同时无功分布仍然不合理，在投切现有无功补偿装置无法满足要求时，就只有调整中压侧的档位才能保证中压侧电压在合格的范围内[2]。冬季负荷低谷时，变电站电容器全部退出保证低压侧电压满足要求的情况下，中压侧母线电压仍然越上线，需要重新调整中压侧档位。由于变电站变压器采用无载调压，需要在一、三季度两次停电来调整中压侧档位。同时，由于主变档位都是根据经验来确定的，根据实际的母线电压值高低来被动的调整档位和投退电容器组，造成主变档位调整、电容器投退频繁，不利于主变、电容器降低损耗，也降低了供电可靠性[3]。

2.主变调档计算

通过对上一年度三个变电站电压运行及无功补偿定性情况分析可知，2013年为了解决主变需要经常停电、频繁调档的问题，需要对夏季、冬季负荷以及投入的无功功率容量、变压器分接头档位进行计算，找出主变最佳档位，用来匹配负荷以及无功补偿装置。

2.1 各变电站2013年负荷情况（如表三所示）

表三2013年变电站负荷预测及分配表

2013年负荷预测及分配情况

变电站夏季大负荷冬季小负荷

1 60+j21 8+j2.6

2 70+j2

3 11+j3.6

3 85+j28 6+j2

两台主变并列运行时，其负荷分配情况。

理论计算公式为：

其中SN1、SN2分别为两台主变的额定容量，Uk1、Uk2分别为两台主变的短路电压百分比。由以上两个公式可以得出，两台变压器并列运行时其负荷分配如表四所示。

表四变压器并列运行负荷分配分配表

变压器阻抗值

变电站主变号高压侧中压侧低压侧

2 1# 1.19+j45.41 0.74-j3.67 0.83+j30.29

2# 0.61+j28.74 0.55-j2.47 0.27+j20.25

夏季大负荷

变电站主变高压侧中压侧低压侧

1 1# 40+j14 28+j9.8 12+j4.2

2# 20+j7 14+j4.9 6+j2.1

2 1# 28+j9 18+j6 10+j3

2# 42+j14 27+j9 15+j5

3 1# 38+j12.5 31+j10.2 7+j2.3

2# 47+j15.5 38+j12.5 9+j3

冬季小负荷

变电站主变高压侧中压侧低压侧1 1# 5.3+j1.74 1.2+j0.39 4.1+j1.35

2# 2.7+j0.89 0.7+j0.23 2+j0.66