高压电网电压偏高分析及无功治理

  仪器信息网 ·  2012-11-23 08:40  ·  44664 次点击
至2006年底,广西境内电网有9座500kV变电站,总变电容量7500MVA,500kV交流线路总长度约4652km。电网内500kV厂站共配有高压电抗器额定总容量为4020Mvar,低压电抗器额定容量为1620Mvar,全广西500kV系统电抗器补偿系数为0.94。广西电网500kV变电站容性无功补偿总容量为930Mvar,约占500kV主变容量的10%。
2007年2月15日02:00广西电网500kV下网有功功率约1478.81MW,无功约134.07Mvar,功率因数为1,其中梧州电网有功功率为89.42MW,无功功率为116.56Mvar,功率因数为0.61。在该时刻,所有500kV变电站均未投电容补偿器,投运低压电抗器总容量约1168.75Mvar。
梧州电网220kV层无功及电压情况
至2006年底,梧州电网有7座220kV变电站,总变电容量1020MVA。220kV线路12回,总长度约569.998km,其中双分裂长度507.835,单分裂长度61.163,按220kV双分裂线路每百公里15.7Mvar、单分裂线路每百公里13Mvar的充电功率计,梧州电网220kV线路充电功率约为88Mvar。梧州地区220kV变电站无功补偿容量为186Mvar,占主变容量的18%。梧州电网220kV变电站统计情况详见表1。
名称
主变容量(MVA)
补偿电容(Mvar)
道石变
1×150
150
3×7.8
23.4
苍梧变
1×150
150
4×6.6
26.4
平浪变
2×90
180
4×6.6
26.4
探花变
1×120
120
3×6.6
19.8
万秀变
1×150
150
3×10
30
藤县变
1×120
120
2×12
24
信都变
1×150
150
2×6+2×12
36
总计
1020
186
表1梧州电网220kV变电站统计表
2007年2月15日02:00梧州电网220kV变电站有功功率为86.43MW,无功功率为0.93Mvar,功率因数为1。在该时刻,所有220kV变电站均不投电容补偿器。梧州电网220kV变电站无功统计情况见表2。
名称
高压侧
中压侧
低压侧
电容器(Mvar)
电压(kV)
有功(MW)
无功(Mvar)
功率因数
电压(kV)
电压(kV)
道石变
241.17
8.49
2.12
0.97
119.43
-
0
苍梧变
237.83
27.6
-0.54
-1
119.04
-
0
平浪变
237.56
9.4
0.89
1
118.39
10.88
0
探花变
233.4
12.51
3.57
0.96
117.64
10.2
0
万秀变
237.56
6.16
4.69
0.8
-
-
0
藤县变
236.79
8.71
0
1
117.94
10.32
0
信都变
240.24
13.56
-9.8
-0.81
121.12
38.52
0
总计
86.43
0.93
1
0
表2梧州电网220kV变电站无功统计表
梧州地区110kV及以下电源较多,总装机容量约为750.5MW。由分析可知,在小方式下地方电源无功出力过多,造成220kV层功率因数偏高,功率因数达到1,远超过规程规定要求的0.95以下(小方式)。同时,梧州变中压侧分接头运行于230+1×1.25%,档位偏高。进入2007年2月以后,由于临近春节,梧州电网进入了低负荷。据统计,2月份平均负荷204MW,仅为元月份平均负荷452MW的45%。由于以上原因,造成梧州地区220kV电网持续高电压。监测结果表明:2月份梧州电网220kV母线电压越上限率达50%,其中信都变高达66%,220kV平浪变54%,220kV苍梧变、万秀变53%,而2006年10月至2007年01月,梧州电网220kV母线电压越上限率最高仅为6%。
梧州电网无功电压治理的中心任务是如何解决负荷小方式时的电压超高问题。一般采用的方法有:1)投切电容器和电抗器以调节电网电压;2)投切输电线路以调节电网电压;3)改变发电机无功出力以调节电压;4)改变变压器分接头额定电压以调节电压。
方案1:投切电容器和电抗器
电容器本身是无功电源,当系统电压偏低时,可以投入电容器以提高系统电压,当系统电压太高时可以将正在运行的电容器切除以降低系统电压。电抗器本身是无功负荷,当系统电压太高时投入电抗器可以使系统电压降低,当系统电压太低时,可以将正在运行的电抗器切除以调高系统电压。
梧州电网的情况是,220kV及以下各层电网只装设电容器,没有装设电抗器,2007年2月份电网电压太高时已经把220kV层及110kV层的电容器全部切除以尽量压低电压,但是电压仍然超高(上限为235.4kV)。如果这时有电抗器投入,是可以进一步压低电压的,所以,压低电压的一个基本方案,就是装设电抗器。通过初步潮流计算看出,在2007年2月15日凌晨两点的时候,在其他条件不变的情况下,如果分别在平浪变、探花变、万秀变、苍梧变、藤县变和道石变的低压母线投入的电抗器总容量为110Mvar,全网的电压将全部压低到限定值(235.4kV)以下。尽管这个方案无功潮流很不合理,主要表现为有约235Mvar的无功从500kV电网注入梧州500kV变,经过变压器损耗后,有114Mvar的无功注入梧州220kV电网。电网有功损耗也加大了。本来梧州电网因为无功太多导致电压超高,无功反而通过梧州500kV变大量注入梧州电网,所以这个无功潮流很不合理。但是这个方案能够将整个梧州电网电压降低到限定值范围(213.kV~235.4kV)之内,是很可行的方案。
输电线路的参数以电抗为主,在电网中运行的时候,由于输送潮流而消耗无功功率,输送的潮流越大,无功消耗越多,从这个意义上说,它是一个消耗无功的负荷,另一方面,输电线路有充电功率,电压越高,充电功率越大,所以输电线路同时是无功电源。当线路潮流比较大时,无功消耗可能大于充电无功功率,这时,线路所缺无功可由发电厂或者电容器发出无功给予补充。当线路输送潮流比较轻时,无功消耗小于充电功率,多余的无功功率注入电网,使电网电压提高。所以当电网电压太高时,可由考虑切除部分多余无功功率较多的输电线路以压低电网电压。但是该方法对电网运行的安全可靠性损害太大,非不得已不采用。
梧州电网的情况是,2007年2月15日凌晨两点时的电压很高,使所有的220kV母线电压超过上限(235.4kV),被迫停掉负荷最轻、多余无功功率最多的贺州三回220kV输电线路(道石~信都、道石~万秀、道石~新元)以压低电网电压。迫使道石和新元全站停电。在这种情况下梧州所有220kV母线电压仍然超过上限。其中,电压最高的信都变达到241.2kV。经过初步计算,如果没有停掉这三回输电线路,梧州电网的电压会更高,信都电压会达到243.9kV,新元变的电压会达到244.5kV。所以,停运这三回输电线路控制电压的效果是使梧州全网整体电压水平下降2kV。其副作用是损失新元变和道石变的负荷。也没有从根本上解决电压超高的问题。
任何一台并网运行的发电机都可由通过励磁调节改变其无功出力以调整电网电压,甚至在需要的时候,改变其吸收电网无功的大小来调节电网电压。梧州电网的情况是,目前220kV电网没有发电机,无法使用改变发电机无功进行调压。但是110kV层电源很多,发出太多无功,从表2-4中看出,梧州电网8座220kV变电站在2007年2月15日02:00时刻高压侧功率因数为1.0(有功86.43MW、无功0.93Mvar),不符合规程“不高于0.95(小方式)”的规定。按照规定,地方电源应该在此基础上少发无功28.4Mvar以上。如果地方电源发电机功率因数提高,无功出力减小,全网电压水平肯定有一定程度的下降。
改变变压器分接头额定电压就是改变变压器的变比。当变压器空载运行时,变比很接近于电压比。但当变压器带上负荷以后,由于变压器有阻抗,负荷潮流在阻抗上有压降,使得变比偏离电压比,但是电压比与变比保持正变关系,仍然可以根据需要,容易选择变比调节的方向和档位。在一般情况下,变比的变动会给变压器各侧的电压都带来变动,但各侧电压变动的幅度是不一样的,这取决于各侧电源的大小。
从梧州电网的情况来看,110kV层的电源容量很小,改变110kV层或改变220kV层的变压器变比都对降低220kV层电压用处不大。只有改变梧州500kV变的变比才能有效改变220kV电网的电压。南方电网500kV层的电源很强大,整个南方电网控制了梧州500kV母线的电压。因此,当改变梧州变的变比时,只会给梧州500kV母线电压带来很小的变化,但会给梧州220kV母线电压带来较大幅度的改变。从梧州变情况看,梧州变中压侧分接头额定电压为230±8×1.25%,目前运行于230+1×1.25%,从压低220kV母线电压的角度看,尚有230-n×1.25%(n=0,1,……,8),共9档抽头可供选择使用。从初步计算结果可知,在2007年2月15日如果选用230-4×1.25%档的话,整个梧州电网220kV层的电压将全部降到235.4kV以下,控制在213.4kV~235.4kV之间,电压将全部合格。
投切输电线路调压由于电网运行的安全可靠性损失太大,而且不能根本解决问题,因而不考虑优先选用,迫不得已才使用,所以最多只能作为其他方案的辅助手段而已。改变发电机无功出力的方法调压,目前梧州电网220kV尚无这方面的条件,待长洲电站建成投产以后可以考虑采用,但是110kV及以下各层有这方面的条件。所以,目前可用的最佳方案是装设电抗器和调节梧州变220kV侧分接头额定电压的方案,这两个方案均可以独立使用解决问题。而且,这两个方案的配合使用将更为灵活。所以,装设电抗器、减少地方电源无功出力和调节梧州变分接头额定电压这三个方案将作为进一步深入研究梧州地区无功电压治理的课题。
梧州电网2007年2月份猛然出现220kV层电压全面突破上限的情况,且较严重,导致三回220kV输电线路被迫停电以压低电网电压,道石变全停,损失负荷。电压超高的原因有二:一是地方电源无功出力太多,导致电网电压偏高;二是梧州变压器分接头位置不合理。经过初步研究结果表明,选用装设电抗器、减少地方电源无功出力和调节梧州变分接头额定电压的方法能解决电压超高的问题。
深入开展梧州电网无功电压治理,一定要在将来的负荷水平、电网结构和电源发展情况下,研究并提出可供实施的方案。长洲电站(630MW)不久将建成以220kV电压等级接入梧州电网,500kV贺州开关站不久将装设主变压器,以向梧州北部电网供电。此外,很多地方小水电也先后建成投产。上述诸多因素都会加大梧州电网调压的难度,深入开展梧州电网无功电压治理是一个值得开。

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