李江華，范永江

?

有載調(diào)壓變壓器的調(diào)配和使用

李江華1，范永江2

（1 海軍北海艦隊司令部軍訓(xùn)處，山東青島 266071；2 中船重工集團(tuán)701所，武漢 430064）

介紹了電力系統(tǒng)的中樞點的選擇及中樞點的調(diào)壓方式，三繞組變壓器分接頭選擇原則。對電力系統(tǒng)無功不足時的調(diào)壓效果進(jìn)行了分析，算例表明，通過調(diào)整可以減少電力網(wǎng)功率損耗和電能損耗，增大電力網(wǎng)輸送能力。

變壓器 升壓 節(jié)能

0 引言

在電力網(wǎng)的正常運(yùn)行中，任何電壓的正、負(fù)偏移過大都會帶來經(jīng)濟(jì)和安全方面的不利影響。這是因為：

1）所有的用電設(shè)備都是按運(yùn)行在額定電壓時效率為最高設(shè)計的，嚴(yán)重偏離額定電壓必然會導(dǎo)致效率的下降，使經(jīng)濟(jì)性變差；

2）電壓過高會大大縮短白熾燈一類照明燈的壽命，也會對設(shè)備的絕緣產(chǎn)生危害；

3）電壓過低會大大增加恒定轉(zhuǎn)矩的異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差，由此引起工業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)次品、廢品，轉(zhuǎn)差增大的結(jié)果使異步電動機(jī)電流增加，由此引起發(fā)熱甚至損壞。

鑒于供電電壓嚴(yán)重偏移的危害，為此，為保證工礦企業(yè)和城鄉(xiāng)居民的正常用電，國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T12325—2003)特對供電電壓的允許偏差做出了如下規(guī)定：

1）35 kV及以上供電電壓正負(fù)偏差的絕對值之和不超過標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的10%。

2） 10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的±7%。

3） 220 V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。

1 電力系統(tǒng)的中樞點的選擇及中樞點的調(diào)壓方式

電力系統(tǒng)的中樞點通常選擇一些具有代表性的樞紐變電所的各側(cè)母線的節(jié)點加以監(jiān)視、控制，如果這些母線節(jié)點的電壓滿足要求，則該節(jié)點臨近的下級節(jié)點基本上也能滿足要求，這些節(jié)點即稱之為中樞點。中樞點電壓控制有逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓三種方式。

1）逆調(diào)壓方式要求高峰負(fù)荷時中樞點電壓調(diào)到1.05UN；低谷負(fù)荷時調(diào)到UN；

2）順調(diào)方式壓要求高峰負(fù)荷時中樞點電壓不低于1.025UN；低谷負(fù)荷時不高于1.075UN；

3）常調(diào)壓方式要求在任何負(fù)荷時中樞點電壓基本保持不變且略大于UN。

2 三繞組變壓器分接頭選擇原則

雖然要求電網(wǎng)在運(yùn)行中的各節(jié)點電壓要保持在額定值，但在實際運(yùn)行中其實是較為困難的。鑒于以上原因，同時考慮到用電設(shè)備對電壓的要求，根據(jù)電壓偏移的最大允許范圍。必須進(jìn)行電壓調(diào)整時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)有功功率和無功功率的實際分布情況對系統(tǒng)中樞點母線電壓進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時應(yīng)遵循的原則：

1）所選分接頭的位置，應(yīng)使二次側(cè)母線實際不超過上下允許的偏差范圍;

2）降壓變壓器的分接頭位置，應(yīng)盡量使二次母線電壓在額定電壓與下限值之間運(yùn)行;

3）升壓變壓器的分接頭位置，在保證發(fā)電機(jī)有最大的有功出力和無功出力的前提下，盡量放在最高位置運(yùn)行;

4）樞紐變電站三圈主變壓器確需進(jìn)行檔位調(diào)整時，因高、中壓側(cè)裝設(shè)有分接開關(guān)，而低壓側(cè)無分接開關(guān)，其電壓的調(diào)整是在保證低壓側(cè)母線電壓合格的基礎(chǔ)上來確定高壓側(cè)（電源側(cè)）的檔位。然后在固定此分接頭的基礎(chǔ)上，根據(jù)高、中壓情況選出中壓側(cè)的分接頭。同理，當(dāng)中壓側(cè)有電源時，應(yīng)首先根據(jù)中低壓側(cè)情況選出中壓側(cè)分接頭，在固定此分接頭的基礎(chǔ)上，根據(jù)高中壓情況選出中壓側(cè)的分接頭。在系統(tǒng)無功功率正常的情況下，其計算公式為：

其中：2th為三圈變壓器中壓側(cè)調(diào)檔后的電壓，1sj為三圈變壓器高壓側(cè)實際運(yùn)行電壓，2yt為三圈變壓器中壓側(cè)應(yīng)調(diào)檔位電壓。

在主變壓器高壓側(cè)的檔位調(diào)整后，也即改變了變壓器高壓側(cè)繞組的匝數(shù)，其變比也隨之改變，又由于2=/，因此變壓器低壓側(cè)電壓也發(fā)生了變化。例如一臺110000 kV/11 kV的降壓變壓器，分接頭原在額定電壓位置，其變壓比k=10，有時夜間低谷負(fù)荷或因事故的原因?qū)е孪到y(tǒng)大負(fù)荷突然減掉引起電壓升為115500 kV，致使變壓器低壓側(cè)電壓過高，現(xiàn)在要降低主變壓器低壓側(cè)電壓，根據(jù)2=/，要增大值，需要增加一次繞組的匝數(shù)1，這時分接頭應(yīng)往+2×2.5%檔位調(diào)整，即調(diào)到電壓為110000×（1+2×2.5%）=115500這個分接頭，此時的變壓比為=10.5，低壓側(cè)電壓為2=115500/10.5= 11000 V。

3 電力系統(tǒng)無功不足時調(diào)壓效果分析

利用改變變壓器電壓比進(jìn)行調(diào)壓，必須注意的前提條件是，當(dāng)電力系統(tǒng)無功不足時，利用變壓器的分接頭調(diào)整電壓的效果不十分理想。分析如下：

如圖1所示。設(shè)由于發(fā)電機(jī)無功容量不足，以至于各母線電壓水平偏低，發(fā)電機(jī)輸出的無功功率G已達(dá)到最大允許值Gmax?，F(xiàn)改變變壓器T-3的電壓比，希望提高母線6的電壓6。根據(jù)負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性可知，在電壓變化時，無功負(fù)荷的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功負(fù)荷的變化，且無功負(fù)荷變化引起的電壓波動也遠(yuǎn)較有功負(fù)荷大。因此，當(dāng)6提高時，負(fù)荷6也將增加，這會使發(fā)電機(jī)輸出的G>Gmax。所謂的負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性是指在頻率恒定時，電壓與負(fù)荷的關(guān)系，也即=(，)的關(guān)系。為保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，只有降低發(fā)電機(jī)勵磁電流，使G減小到允許值，即G=Gmax。顯然，這會導(dǎo)致1-5的電壓降低，而母線6的電壓也不能升到預(yù)期值。以上表明改變T-3的電壓比，不但6升高有限，還會導(dǎo)致其他母線的電壓的進(jìn)一步下降。因此，當(dāng)系統(tǒng)無功功率不足時，首先應(yīng)裝設(shè)或投入無功功率補(bǔ)償設(shè)備，使系統(tǒng)無功功率容量有一定的冗余度。

圖1 電力系統(tǒng)無功不足調(diào)壓效果分析參照圖

需要指出的是：當(dāng)電力系統(tǒng)無功功率不足時，希望通過利用變壓器的分接頭調(diào)整電壓不能增減系統(tǒng)的無功，它只能改變系統(tǒng)的無功功率分布。為此，不能通過改變變壓器的電壓比來進(jìn)行調(diào)壓。因為改變變壓器的電壓比從本質(zhì)上講并沒有增加系統(tǒng)的的無功功率，這樣以減少其他地方的無功功率來補(bǔ)充某個地方由于無功功率不足而造成的電壓低下，其他地方則有可能因此而造成無功功率嚴(yán)重不足，不能根本性解決整個電力網(wǎng)的電壓質(zhì)量問題，因此，在整個系統(tǒng)普遍缺少無功的情況下，應(yīng)首先考慮投入一定容量的無功補(bǔ)償裝置，若用改變主變壓器分接頭的辦法來提高用戶的電壓水平，其效果是不十分理想的。

4 樞紐變電站主變壓器分接頭調(diào)整算例

圖2 降壓變壓器分接頭調(diào)整參照圖

最大和最小負(fù)荷時，變壓器阻抗中的電壓損耗分別為

按照最小負(fù)荷時補(bǔ)償電容器全部切除的條件來確定變壓器分接頭電壓，

則補(bǔ)償容量

則此時最大負(fù)荷時變電所二次側(cè)母線實際電壓

補(bǔ)償后變壓器阻抗中電壓損耗降低為

變電所二次側(cè)母線實際電壓為

經(jīng)計算證明，裝設(shè)或投入10.5 MVar電容器組后，可滿足電壓質(zhì)量要求。同時，不僅具有減少電力網(wǎng)功率損耗和電能損耗，且還有能增大電力網(wǎng)輸送能力的作用。

5 結(jié)論

電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整，是一項技術(shù)較為復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，尤其是當(dāng)系統(tǒng)電壓較低時，電力調(diào)度部門應(yīng)首先考慮檢查所轄各變電所各級電壓母線側(cè)電容補(bǔ)償裝置的投入運(yùn)行情況，在無功功率缺額不是很大的情況下，對相關(guān)變電所主變壓器進(jìn)行調(diào)壓，才能達(dá)到較好的調(diào)壓效果。電力調(diào)度部門要分門別類的計算并建立健全主要輸電線路、主變的阻抗參數(shù)，根據(jù)所轄電網(wǎng)典型月、日負(fù)荷曲線，科學(xué)制定重要變電站主變壓器分接頭的日調(diào)整方式，建立健全所轄電網(wǎng)電壓嚴(yán)重偏移的處理預(yù)案，力求以較少的調(diào)壓次數(shù)達(dá)到最大的調(diào)壓效果。切實把電網(wǎng)電壓水平控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

[1] 電力系統(tǒng)運(yùn)行操作和計算. 北京: 水利電力出版社, 1979.

[2] 電力系統(tǒng)自動化. 北京: 電力工業(yè)出版社, 1980.

Distribution and Utilization of on-load Voltage Adjustment Transformer

Li Jianghua1,Fan Yongjiang2

（1. Military Training office in NNSFH, Qingdao 266071, Shandong, China; 2. The 701 Institute in CSSC, Wuhan 430064, China）

TM403.4

A

1003-4862（2013）12-0055-03

2013-05-15

李江華 (1973-)，男，工程師。主要研究方向為核動力管理。