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地區(qū)電網(wǎng)電壓無功分析研究

2013-08-15 07:46:56康利軍
電氣技術(shù) 2013年8期
關(guān)鍵詞:缺額電容器變電站

康利軍

(內(nèi)蒙古鄂爾多斯市薛家灣鎮(zhèn),內(nèi)蒙 鄂爾多斯 010300)

在電力系統(tǒng)中,保證電壓質(zhì)量的方法有無功補(bǔ)償、調(diào)節(jié)變壓器分接頭等,但無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)中確保電壓質(zhì)量的基本條件,對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行合理的分配和控制,能夠有效的提高電壓質(zhì)量,同時提高設(shè)備安全性和可靠性[1],降低系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗,從而提高電網(wǎng)輸送電能的能力,發(fā)揮電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。越靠近電源點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性越好,但是在輕負(fù)荷時這些點(diǎn)的電壓和功率因數(shù)偏高,重負(fù)荷時這些點(diǎn)的電壓和功率因數(shù)又偏低,遠(yuǎn)離電源點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性就更差,無法達(dá)到電網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。本文結(jié)合準(zhǔn)格爾旗地區(qū)電網(wǎng)的無功電壓存在的問題進(jìn)行分析,提出一些解決電壓質(zhì)量的措施。

1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓運(yùn)行情況

1.1 地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

目前,在準(zhǔn)格爾旗地區(qū)共有1座500kV變電站、6座220kV變電站,該地區(qū)所需電力主要由內(nèi)蒙古電網(wǎng)主網(wǎng)架供應(yīng),通過500kV寧格爾變、220kV楊四海變、薛家灣變、大路變、長勝變構(gòu)成該地區(qū)的主網(wǎng)架構(gòu),從內(nèi)蒙古電網(wǎng)寧格爾變受進(jìn)電力、大飯鋪電廠、萬家寨水電廠、伊東自備電廠和準(zhǔn)能電廠向楊四海變電站、薛家灣變電站和寧格爾變電站送電。地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2012年準(zhǔn)格爾旗地區(qū)電網(wǎng)最高負(fù)荷為1280MW,最低負(fù)荷1023MW,預(yù)計(jì)2013年最高負(fù)荷達(dá)到1370MW。

1.2 地區(qū)電網(wǎng)無功現(xiàn)狀分析

2012年準(zhǔn)格爾旗地區(qū)電網(wǎng)安裝無功補(bǔ)償電容器總?cè)萘繛?94.9Mvar(包括該地區(qū)故障的電容器),其中網(wǎng)內(nèi)安裝電容器總?cè)萘繛?85.9Mvar,用戶安裝電容器總?cè)萘繛?09Mvar。

當(dāng)?shù)貐^(qū)負(fù)荷達(dá)到最高峰時,系統(tǒng)無功缺額為26.47Mvar(其中楊榆地區(qū)無功缺額約為8.6Mvar,大路地區(qū)無功缺額約10Mvar,薛家灣鎮(zhèn)供電區(qū)域無功缺額4.47Mvar,川掌地區(qū)無功缺額約為3.4Mvar)。地區(qū)電網(wǎng)所轄220kV變電站總無功設(shè)備容量為268.8Mvar(其中包括損壞和無法投入的容量123Mvar,可投容量只有145.8Mvar)。除220kV薛家灣變、長勝變、川掌變無功補(bǔ)償裝置能正常投切外,楊四海變電站有4臺電容無法投運(yùn),大路站有6臺電容器無法投運(yùn)。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 電網(wǎng)運(yùn)行存在無功電壓的問題

2.1 電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷不均衡,引起電壓波動

準(zhǔn)格爾旗地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)在是內(nèi)蒙古電網(wǎng)外送的通道之一,越接近于電源點(diǎn),電壓偏離于上線運(yùn)行,給電壓的穩(wěn)定性帶來一定的影響。220kV川掌變、楊四海變、薛家灣變,在電網(wǎng)達(dá)到高峰負(fù)荷時,最高電壓可達(dá)241.7kV,楊四海變、薛家灣變所供的部分110kV變電站母線電壓常出現(xiàn)超負(fù)荷,而部分變電站負(fù)荷特別輕,這對電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來不利影響。

2.2 無功補(bǔ)償裝置管理不到位

部分變電站電容器損壞,造成地區(qū)電網(wǎng)功率因數(shù)低下。從2011年地區(qū)電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)分析看,楊四海和大路220kV變電站電容器損壞,這兩個站是該地區(qū)電網(wǎng)的重負(fù)荷變電站,使得地區(qū)電網(wǎng)的功率因數(shù)下降。

電容器的投切不及時,在負(fù)荷高時,不能及時的投入電容器,補(bǔ)償系統(tǒng)的無功缺額;在符合較低時,不能及時地退出電容器,導(dǎo)致母線電壓不穩(wěn)定,給系統(tǒng)的調(diào)壓帶來一定的影響。

用戶電容器管理不到位,不能及時投入,出現(xiàn)系統(tǒng)倒送無功的情況,給系統(tǒng)造成的電壓質(zhì)量影響較大。

2.3 無功補(bǔ)償裝置損壞和修復(fù)對地區(qū)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響

電網(wǎng)電容器損壞的修復(fù)周期長,而且附屬設(shè)備極容易出現(xiàn)故障,不能及時地補(bǔ)償系統(tǒng)的無功缺額,單靠調(diào)節(jié)變壓器分接頭是無法解決電壓質(zhì)量的問題,給地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量造成一定影響。

用戶對電容器管理不到位,損壞率高,修復(fù)不及時,無法及時的投入,補(bǔ)充缺額不及時,影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

2.4 地區(qū)電網(wǎng)電壓無功的控制和調(diào)節(jié)能力不足

目前,地區(qū)電網(wǎng)對電壓無功的控制和調(diào)節(jié)能力存在一定困難,特別是35~110kV變電站中個別有載調(diào)壓變壓器的分接頭檔位無法滿足電網(wǎng)運(yùn)行電壓調(diào)節(jié)的需求。

系統(tǒng)中部分變電站電容器配置不合理,集合式電容器容量大,無法分組投入,在遇到電壓質(zhì)量問題時,投電容器會引起系統(tǒng)的無功過剩,電壓偏高,不投電容器系統(tǒng)有存在無功缺額,電壓偏低,這給系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)和電壓控制帶來一定困難。

用戶電容器占系統(tǒng)電容器總?cè)萘康?1.45%左右,對用戶電容器的及時投切,補(bǔ)充系統(tǒng)無功缺額困難大。目前,存在這樣問題的主要原因:①系統(tǒng)對于用戶的電容器投運(yùn)情況沒有足夠的了解;②系統(tǒng)電網(wǎng)對電壓無功的考核標(biāo)準(zhǔn)和用戶存在矛盾[5-6];③在電網(wǎng)系統(tǒng)中,存在的大量用戶主要是電石廠、硅鐵廠、煤制油、甲醇制造工廠、PVC工廠,這些用戶的電動機(jī)較多,諧波污染嚴(yán)重,給電容器的運(yùn)行帶來不利影響,損壞率高,尤其是35kV電石廠、硅鐵廠,廠內(nèi)無功需求量大,造成系統(tǒng)中這些35kV專線供電的工廠母線電壓很低,不滿足合格率要求,從而影響其他用戶的電壓。

2.5 對電廠的無功電壓出力缺乏考核標(biāo)準(zhǔn)

從發(fā)電廠自身的利益出發(fā),在用電高峰期,發(fā)電廠少發(fā)無功,多發(fā)有功,但是,在此刻正是系統(tǒng)中無功缺額最大的時候;在負(fù)荷低谷時期,發(fā)電廠無功按照要求發(fā),使得系統(tǒng)無功出現(xiàn)過剩的情況,無法平衡系統(tǒng)的無功。

3 對存在的問題所采取的措施

根據(jù)該地區(qū)電網(wǎng)電壓無功不平衡,電壓穩(wěn)定性問題,對無功電壓管理建議采用以下改進(jìn)措施:

1)現(xiàn)在正在進(jìn)行對電網(wǎng)設(shè)備升級改造和電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè),對于新建變電站時,要進(jìn)行相關(guān)的無功規(guī)劃,對于變壓器和無功裝置的選型,要充分考慮目前電網(wǎng)中無功電壓存在的問題,結(jié)合這些問題進(jìn)行變電站內(nèi)無功設(shè)備的選擇,特別是目前存在集合式電容器對電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)不利;目前電網(wǎng)設(shè)備正在進(jìn)行大規(guī)模的升級改造,特別是變壓的升級改造,要考慮變壓器分接頭的選擇,解決網(wǎng)內(nèi)有載調(diào)壓變壓器分接頭無法滿足電壓調(diào)節(jié)的問題。目前,該地區(qū)220kV變電站內(nèi)有載調(diào)壓變壓器分接頭檔位為220/121/38.5,在這些變壓器中,常出現(xiàn)中壓側(cè)和低壓側(cè)電壓質(zhì)量不能滿足系統(tǒng)要求,導(dǎo)致電容器投切困難[7]。建議在對設(shè)備進(jìn)行升級改造時,按照目前存在的問題,選擇適合該地區(qū)電網(wǎng)存在問題的變壓器變比,建議升級改造的220kV變電站三側(cè)的額定變比選取原則為:①對于一般情況,三側(cè)的額定變比比選擇為1/1.05/1.05;②對于長距離,重負(fù)荷供電的變壓器,三側(cè)額定變比選擇為1/1.05/1.1;③當(dāng)220kV變電站變壓器低壓側(cè)沒有負(fù)荷或者只帶站內(nèi)負(fù)荷時,建議采用額定變比為1/1.05/1的比變壓器。

2)加大力度對發(fā)電廠的電壓無功管理,制定相關(guān)的考核細(xì)則,并且和電網(wǎng)的考核細(xì)則相結(jié)合,使得不相互矛盾。而且對發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)研,分析存在的問題,激勵發(fā)電廠配合電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié),提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和功率因數(shù)。

3)加強(qiáng)對電容的管理,建立完善的電容臺帳和考核機(jī)制,變電站內(nèi)指定專人對電容器進(jìn)行日常巡視,修試所指定專人定期對電容器做試驗(yàn)并進(jìn)行缺陷處理工作,確保站內(nèi)電容器健康地運(yùn)行,提高電容設(shè)備的可用率。

4)加強(qiáng)對用戶端電壓無功和諧波管理,建立健全完善的用戶端無功補(bǔ)償資料和消諧裝置臺帳。加強(qiáng)無功補(bǔ)償?shù)淖詣涌刂葡到y(tǒng)建設(shè),實(shí)時監(jiān)測用戶電容器的投入情況;在給用戶供電的母線上裝設(shè)電壓監(jiān)測儀,并且保證設(shè)置率100%;組織專門人員開展對用戶端功率因數(shù)的電費(fèi)專項(xiàng)檢查,擴(kuò)大輿論宣傳,同時督促用戶對電壓無功的管理,幫助用戶解決在電容器運(yùn)行管理方面存在的問題,提高用戶電容器的投入率,減少由于功率因數(shù)和電壓質(zhì)量不合格而引起的電費(fèi)支出,降低電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗,并將完善用戶無功補(bǔ)償?shù)目己俗鳛橐粋€專門課題進(jìn)行研究。

5)在變電站內(nèi)每個班組做好每個月典型日實(shí)時功率因素統(tǒng)計(jì)工作,并且結(jié)合無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)中所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,找出地區(qū)電網(wǎng)中無功配置的薄弱環(huán)節(jié),及時的在電網(wǎng)設(shè)備改造中,編制電容器的新增和改造計(jì)劃。對于系統(tǒng)功率因數(shù)長期低于0.9的線路和變電站,在這些地方安裝可以自動投切的電容器,實(shí)施補(bǔ)償無功缺額。

6)新裝設(shè)的電容器,在選型方面,要選擇組別多、小容量的電容器,解決集合式電容器投切式存在的問題,最大可能的實(shí)現(xiàn)自動投,實(shí)現(xiàn)對地區(qū)電網(wǎng)無功的優(yōu)化配置。

4 結(jié)論

對地區(qū)電網(wǎng)存在的電壓無功問題進(jìn)行詳細(xì)分析,找出無功補(bǔ)償裝置配置、維修及其對用戶和電廠管理中存在的問題,并給出應(yīng)對措施。通過這些應(yīng)對在電網(wǎng)中實(shí)際應(yīng)用措施,可以大大地提高電網(wǎng)對無功的控制能力,滿足地區(qū)電網(wǎng)對電壓合格率的考核水平,提高用戶供電的電壓質(zhì)量,降低網(wǎng)絡(luò)線損,保證地區(qū)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

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