基于變壓器有載調(diào)壓技術(shù)對智能無功補(bǔ)償?shù)难芯?/h1>
2014-11-27 03:53:54
中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年21期
（國網(wǎng)河南省電力公司，河南 鄭州 450052）
基于變壓器有載調(diào)壓技術(shù)對智能無功補(bǔ)償?shù)难芯?/p>
陳上吉
（國網(wǎng)河南省電力公司，河南 鄭州 450052）
本文介紹了一種新型電力系統(tǒng)配電變壓器智能無功補(bǔ)償裝置，該裝置可以依據(jù)系統(tǒng)無功需求的變化，靠變壓器內(nèi)部分接開關(guān)對無功補(bǔ)償裝置提供可變電源，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)闹悄芑{(diào)整。
智能無功補(bǔ)償；分接開關(guān)；電容器
1 無功補(bǔ)償現(xiàn)狀
無功功率補(bǔ)償是保持電網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行一種主要手段，也是當(dāng)今電氣自動(dòng)化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨一個(gè)重大課題，正受到越來越多關(guān)注。
電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化直接影響系統(tǒng)的電壓質(zhì)量、損耗大小及變壓器的供電能力。目前我國供電系統(tǒng)線損率在6%以上，而日本、歐美發(fā)達(dá)國家及澳大利亞供電線損率只有3%左右，因此節(jié)能降損空間巨大。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及供電設(shè)備確定之后，線損主要決定于系統(tǒng)無功補(bǔ)償是否科學(xué)合理，能否實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，使系統(tǒng)功率因數(shù)任一時(shí)間都接近最佳狀態(tài)。將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率傳統(tǒng)方法，國內(nèi)外獲了廣泛應(yīng)用。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其阻抗是固定，故不能跟蹤負(fù)荷無功需求變化，即不能實(shí)現(xiàn)對無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。這樣就會經(jīng)常出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)現(xiàn)象，造成線損過高。近幾年來雖有SVC裝置（包括TCR+C和MCR+C）、SVG裝置（無功發(fā)生器）、電容器自動(dòng)投切裝置（VQC）及調(diào)壓型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，但這些裝置有的造價(jià)高且自身損耗大（TCR及MCR），運(yùn)行中產(chǎn)生諧波污染電力系統(tǒng)；有的可靠性差（VQC），在變電站得不到廣泛應(yīng)用。而且上述裝置還不能實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，因此補(bǔ)償效果不理想。
另外，在某些特定供電區(qū)，如電源點(diǎn)少、負(fù)荷比較集中的供電臺區(qū)，以及郊區(qū)尤其是農(nóng)網(wǎng)的供電臺區(qū)經(jīng)常會發(fā)生用電高峰時(shí)低壓電壓極低（150V左右），而在后半夜低壓電壓超高（超過240V）。這種情況下裝設(shè)固定無功補(bǔ)償裝置不但效果不好，還會起到負(fù)作用。
2 變壓器有載調(diào)壓
隨著對供電質(zhì)量越來越高的要求，電力系統(tǒng)中變壓器有載調(diào)壓方式被應(yīng)用的日趨增多，及時(shí)調(diào)節(jié)主變有載調(diào)壓分接開關(guān)，可以確保供電質(zhì)量，真正做到電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。
有載調(diào)壓可以提高電壓合格率、降低電能損耗，而且能夠提高無功補(bǔ)償能力，提高電容器投入率。
電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置，其無功出力與運(yùn)行電壓平方成正比。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓降低，補(bǔ)償效果降低，而運(yùn)行電壓升高時(shí)，對用電設(shè)備過補(bǔ)償，使其端電壓升高，甚至超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，容易損壞設(shè)備絕緣，造成設(shè)備事故。為彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，往往采用防止向電力系統(tǒng)倒送無功，即停用無功補(bǔ)償設(shè)備，造成無功裝置的浪費(fèi)和損耗的增加。這時(shí)若能及時(shí)調(diào)整主變分接開關(guān)，將母線電壓調(diào)至合格范圍，就無需停用電容器的補(bǔ)償。
3 智能無功補(bǔ)償
3.1 配電變壓器智能無功補(bǔ)償裝置
通過近幾年加強(qiáng)配電網(wǎng)的技術(shù)監(jiān)督和隱患排查，發(fā)現(xiàn)不少地方存在高壓配電網(wǎng)絡(luò)部存在太大問題，而在用戶終端卻存在電壓波動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。如某供電區(qū)離電源點(diǎn)較遠(yuǎn)，負(fù)荷高峰期（如做飯、使用空調(diào)等）線損較大，用戶側(cè)電壓偏低。而在負(fù)荷低谷期（如后半夜），由于負(fù)荷減少，線路壓降降低，在用戶端可能會出現(xiàn)超過240V的現(xiàn)象。如果此時(shí)加在系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置不能及時(shí)退出或降低出力，將會造成低壓側(cè)電壓過高，甚至可能會造成損壞低壓用電設(shè)置的現(xiàn)象。為解決配網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)及設(shè)備存在的以上問題，我們對一種新型的配電變壓器無功智能補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了分析研究，提出了配網(wǎng)系統(tǒng)無功隨負(fù)荷變化智能化就地動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方針，為實(shí)現(xiàn)提高配網(wǎng)功率因數(shù)、降低線損、增大變壓器供電能力奠定基礎(chǔ)。
這種新型配電變壓器智能無功補(bǔ)償裝置是利用變壓器有載調(diào)壓技術(shù)，在變壓器本身加裝補(bǔ)償線圈為補(bǔ)償電容器提供可調(diào)電壓電源，用微機(jī)控制器進(jìn)行控制達(dá)到就地?zé)o功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?？稍谟秒姼叻鍟r(shí)充分發(fā)揮其無功補(bǔ)償作用，而在負(fù)荷低谷時(shí)降低（減少）其無功出力，抑制電壓升高。
3.2 智能無功補(bǔ)償系統(tǒng)的組成和工作原理
該配網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置所在系統(tǒng)的組成主要由帶有載分接開關(guān)的配電變壓器、無功補(bǔ)償電容器組、智能控制系統(tǒng)等組成。
該系統(tǒng)的主要思路是在需要需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)母叻遑?fù)荷時(shí)間，全力提供無功補(bǔ)償力度，提供用戶電壓水平。在負(fù)荷低谷期，最大限度地減少無功出力，避免用戶側(cè)電壓過高的現(xiàn)象。
該系統(tǒng)的一次設(shè)備主要工作原理為：在配電變壓器高壓線圈增設(shè)若干個(gè)抽頭（一般為7-9個(gè)），連接到有載分接開關(guān)的定觸頭，經(jīng)有載分接開關(guān)動(dòng)觸頭引出，接補(bǔ)償電容器的斷路器電源側(cè)，斷路器負(fù)荷側(cè)接補(bǔ)償電容器組。電容器容量按配變?nèi)萘?、?shí)際負(fù)荷確定，有載分接開關(guān)通常選擇國產(chǎn)125A、端部調(diào)壓有載分接開關(guān)。
該系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)主要工作原理為：微機(jī)控制器對變壓器運(yùn)行中的無功功率進(jìn)行控制。微機(jī)控制器的輸入信號分別為變壓器高壓側(cè)電流、電壓信號；變壓器低壓側(cè)電流、電壓信號；補(bǔ)償母線電流、電壓信號。其內(nèi)部程序按電壓無功技術(shù)要求設(shè)置。根據(jù)變壓器電源側(cè)電流、電壓信號及微機(jī)控制器程序進(jìn)行分析判斷。當(dāng)功率因數(shù)小于規(guī)定要求時(shí)，發(fā)出命令調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)檔位，升高補(bǔ)償母線電壓，增大電容器無功輸出；當(dāng)功率因數(shù)大于規(guī)定要求時(shí)，發(fā)出命令調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)檔位，降低補(bǔ)償母線電壓，減少電容器無功輸出。微機(jī)控制器經(jīng)232、485接口可與變電站后臺接口，可以接受遠(yuǎn)方操作命令進(jìn)行操作。微機(jī)控制器還具有顯示和記錄功能，可顯示裝置的運(yùn)行狀態(tài)，包括變壓器各側(cè)電流電壓、有載分接開關(guān)運(yùn)行檔位、裝置輸出無功功率等；可記錄調(diào)節(jié)前后系統(tǒng)參數(shù)，并自動(dòng)刷新，以備查看相關(guān)記錄。微機(jī)控制器可以單獨(dú)組屏或安裝在主變控制屏或無功補(bǔ)償斷路器控制屏上。
結(jié)語
本文所提出的智能無功補(bǔ)償系統(tǒng)經(jīng)在變電站實(shí)際試運(yùn)行表明，其運(yùn)行可靠性高，大大改善了配電臺區(qū)的功率因數(shù)，有效降低了配電臺區(qū)的線損，具有較高的推廣價(jià)值。
[1]趙剛.基于大功率晶閘管的無弧有載調(diào)壓系統(tǒng)的研究[D].西安交通大學(xué)，2003.
TM76
A
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陳上吉
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本文介紹了一種新型電力系統(tǒng)配電變壓器智能無功補(bǔ)償裝置，該裝置可以依據(jù)系統(tǒng)無功需求的變化，靠變壓器內(nèi)部分接開關(guān)對無功補(bǔ)償裝置提供可變電源，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)闹悄芑{(diào)整。
智能無功補(bǔ)償；分接開關(guān)；電容器
1 無功補(bǔ)償現(xiàn)狀
無功功率補(bǔ)償是保持電網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行一種主要手段，也是當(dāng)今電氣自動(dòng)化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨一個(gè)重大課題，正受到越來越多關(guān)注。
電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化直接影響系統(tǒng)的電壓質(zhì)量、損耗大小及變壓器的供電能力。目前我國供電系統(tǒng)線損率在6%以上，而日本、歐美發(fā)達(dá)國家及澳大利亞供電線損率只有3%左右，因此節(jié)能降損空間巨大。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及供電設(shè)備確定之后，線損主要決定于系統(tǒng)無功補(bǔ)償是否科學(xué)合理，能否實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，使系統(tǒng)功率因數(shù)任一時(shí)間都接近最佳狀態(tài)。將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率傳統(tǒng)方法，國內(nèi)外獲了廣泛應(yīng)用。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其阻抗是固定，故不能跟蹤負(fù)荷無功需求變化，即不能實(shí)現(xiàn)對無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。這樣就會經(jīng)常出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)現(xiàn)象，造成線損過高。近幾年來雖有SVC裝置（包括TCR+C和MCR+C）、SVG裝置（無功發(fā)生器）、電容器自動(dòng)投切裝置（VQC）及調(diào)壓型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，但這些裝置有的造價(jià)高且自身損耗大（TCR及MCR），運(yùn)行中產(chǎn)生諧波污染電力系統(tǒng)；有的可靠性差（VQC），在變電站得不到廣泛應(yīng)用。而且上述裝置還不能實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，因此補(bǔ)償效果不理想。
另外，在某些特定供電區(qū)，如電源點(diǎn)少、負(fù)荷比較集中的供電臺區(qū)，以及郊區(qū)尤其是農(nóng)網(wǎng)的供電臺區(qū)經(jīng)常會發(fā)生用電高峰時(shí)低壓電壓極低（150V左右），而在后半夜低壓電壓超高（超過240V）。這種情況下裝設(shè)固定無功補(bǔ)償裝置不但效果不好，還會起到負(fù)作用。
2 變壓器有載調(diào)壓
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有載調(diào)壓可以提高電壓合格率、降低電能損耗，而且能夠提高無功補(bǔ)償能力，提高電容器投入率。
電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置，其無功出力與運(yùn)行電壓平方成正比。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓降低，補(bǔ)償效果降低，而運(yùn)行電壓升高時(shí)，對用電設(shè)備過補(bǔ)償，使其端電壓升高，甚至超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，容易損壞設(shè)備絕緣，造成設(shè)備事故。為彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，往往采用防止向電力系統(tǒng)倒送無功，即停用無功補(bǔ)償設(shè)備，造成無功裝置的浪費(fèi)和損耗的增加。這時(shí)若能及時(shí)調(diào)整主變分接開關(guān)，將母線電壓調(diào)至合格范圍，就無需停用電容器的補(bǔ)償。
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通過近幾年加強(qiáng)配電網(wǎng)的技術(shù)監(jiān)督和隱患排查，發(fā)現(xiàn)不少地方存在高壓配電網(wǎng)絡(luò)部存在太大問題，而在用戶終端卻存在電壓波動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。如某供電區(qū)離電源點(diǎn)較遠(yuǎn)，負(fù)荷高峰期（如做飯、使用空調(diào)等）線損較大，用戶側(cè)電壓偏低。而在負(fù)荷低谷期（如后半夜），由于負(fù)荷減少，線路壓降降低，在用戶端可能會出現(xiàn)超過240V的現(xiàn)象。如果此時(shí)加在系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置不能及時(shí)退出或降低出力，將會造成低壓側(cè)電壓過高，甚至可能會造成損壞低壓用電設(shè)置的現(xiàn)象。為解決配網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)及設(shè)備存在的以上問題，我們對一種新型的配電變壓器無功智能補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了分析研究，提出了配網(wǎng)系統(tǒng)無功隨負(fù)荷變化智能化就地動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方針，為實(shí)現(xiàn)提高配網(wǎng)功率因數(shù)、降低線損、增大變壓器供電能力奠定基礎(chǔ)。
這種新型配電變壓器智能無功補(bǔ)償裝置是利用變壓器有載調(diào)壓技術(shù)，在變壓器本身加裝補(bǔ)償線圈為補(bǔ)償電容器提供可調(diào)電壓電源，用微機(jī)控制器進(jìn)行控制達(dá)到就地?zé)o功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?？稍谟秒姼叻鍟r(shí)充分發(fā)揮其無功補(bǔ)償作用，而在負(fù)荷低谷時(shí)降低（減少）其無功出力，抑制電壓升高。
3.2 智能無功補(bǔ)償系統(tǒng)的組成和工作原理
該配網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置所在系統(tǒng)的組成主要由帶有載分接開關(guān)的配電變壓器、無功補(bǔ)償電容器組、智能控制系統(tǒng)等組成。
該系統(tǒng)的主要思路是在需要需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)母叻遑?fù)荷時(shí)間，全力提供無功補(bǔ)償力度，提供用戶電壓水平。在負(fù)荷低谷期，最大限度地減少無功出力，避免用戶側(cè)電壓過高的現(xiàn)象。
該系統(tǒng)的一次設(shè)備主要工作原理為：在配電變壓器高壓線圈增設(shè)若干個(gè)抽頭（一般為7-9個(gè)），連接到有載分接開關(guān)的定觸頭，經(jīng)有載分接開關(guān)動(dòng)觸頭引出，接補(bǔ)償電容器的斷路器電源側(cè)，斷路器負(fù)荷側(cè)接補(bǔ)償電容器組。電容器容量按配變?nèi)萘?、?shí)際負(fù)荷確定，有載分接開關(guān)通常選擇國產(chǎn)125A、端部調(diào)壓有載分接開關(guān)。
該系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)主要工作原理為：微機(jī)控制器對變壓器運(yùn)行中的無功功率進(jìn)行控制。微機(jī)控制器的輸入信號分別為變壓器高壓側(cè)電流、電壓信號；變壓器低壓側(cè)電流、電壓信號；補(bǔ)償母線電流、電壓信號。其內(nèi)部程序按電壓無功技術(shù)要求設(shè)置。根據(jù)變壓器電源側(cè)電流、電壓信號及微機(jī)控制器程序進(jìn)行分析判斷。當(dāng)功率因數(shù)小于規(guī)定要求時(shí)，發(fā)出命令調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)檔位，升高補(bǔ)償母線電壓，增大電容器無功輸出；當(dāng)功率因數(shù)大于規(guī)定要求時(shí)，發(fā)出命令調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)檔位，降低補(bǔ)償母線電壓，減少電容器無功輸出。微機(jī)控制器經(jīng)232、485接口可與變電站后臺接口，可以接受遠(yuǎn)方操作命令進(jìn)行操作。微機(jī)控制器還具有顯示和記錄功能，可顯示裝置的運(yùn)行狀態(tài)，包括變壓器各側(cè)電流電壓、有載分接開關(guān)運(yùn)行檔位、裝置輸出無功功率等；可記錄調(diào)節(jié)前后系統(tǒng)參數(shù)，并自動(dòng)刷新，以備查看相關(guān)記錄。微機(jī)控制器可以單獨(dú)組屏或安裝在主變控制屏或無功補(bǔ)償斷路器控制屏上。
結(jié)語
本文所提出的智能無功補(bǔ)償系統(tǒng)經(jīng)在變電站實(shí)際試運(yùn)行表明，其運(yùn)行可靠性高，大大改善了配電臺區(qū)的功率因數(shù)，有效降低了配電臺區(qū)的線損，具有較高的推廣價(jià)值。
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