摘要：論述了電壓無功控制的技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)方式，對電壓無功控制技術(shù)目前在現(xiàn)場應(yīng)用中主要存在的問題進(jìn)行了技術(shù)分析，并針對相關(guān)客觀存在的問題提出了相應(yīng)的對策和解決問題的措施。
　　關(guān)鍵詞：電壓，無功，控制，應(yīng)用分析
　　電壓無功控制的技術(shù)原理是把變電站主變高壓側(cè)無功潮流量減去無功補(bǔ)償量，作為負(fù)荷的無功潮流量。將電壓實(shí)測值與電壓比較器定值進(jìn)行比較，當(dāng)超出或低于兩個電壓比較器定值時(shí)，通過運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算來啟動主變分接開關(guān)換檔及增減補(bǔ)償電容的投切組數(shù)，從而使變電站主變的低壓側(cè)電壓可控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并使主變高壓側(cè)的無功潮流不發(fā)生倒送。
　　一．技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)方式
　　電壓無功控制是以微機(jī)為核心的技術(shù)控制系統(tǒng)，通過補(bǔ)償負(fù)荷的無功分量來改變供電潮流的無功量，從而降低供電的電壓損失。它要求有比較大的無功補(bǔ)償容量，并能通過智能型控制裝置控制無功補(bǔ)償裝置的投切。通過通信通道和遠(yuǎn)動設(shè)備，改變供電的無功潮流，達(dá)到減小供電線損和提高運(yùn)行可靠性的目的。
　　1．基本控制原理
　　電壓無功控制原理圖參見圖1。
　　圖1電壓無功控制的基本控制原理圖
　　對于常規(guī)110kV變電所，補(bǔ)償容量一般設(shè)置在低壓側(cè)。通過主變分接頭調(diào)切來保證中壓側(cè)的電壓質(zhì)量，通過電容器組的投切來保證低壓側(cè)的電壓質(zhì)量。同時(shí)，還可通過計(jì)算得出一個能使無功盡可能平衡、中低壓側(cè)電能質(zhì)量符合要求的方案來實(shí)施。因此，電壓采樣點(diǎn)應(yīng)在主變零阻抗側(cè)，補(bǔ)償裝置的單組容量的投切應(yīng)能改變主變分接頭一檔電壓的60%～100%，使變電站的電壓合格率上升。
　　2．技術(shù)實(shí)現(xiàn)的三種方式
　�。�1）自動化系統(tǒng)后臺機(jī)軟件依附于變電站后臺計(jì)算機(jī)的方式。電壓無功控制是后臺監(jiān)控系統(tǒng)的一個子模塊，借助于自動化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制，其本身并沒有專用的I／O系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是省去了專用硬件設(shè)備，不需要單獨(dú)敷設(shè)電纜，降低了成本，減少了工作量。人機(jī)界面友好，參數(shù)設(shè)置簡單，調(diào)試方便。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集與控制經(jīng)過多個環(huán)節(jié)，閉鎖速度往往達(dá)不到運(yùn)行要求。另外，后臺監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常有人操作或干預(yù)，也容易發(fā)生死機(jī)等異常現(xiàn)象，其可靠性取決于網(wǎng)絡(luò)通信、I／O和后臺主機(jī)的運(yùn)行狀況。
　　（2）自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的核心采用單獨(dú)的CPU方式。電壓無功控制的I／O設(shè)備仍由網(wǎng)絡(luò)借助于自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其本身不帶I／O系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是無需單獨(dú)敷設(shè)電纜，減少了工作量。同時(shí)由于采用單獨(dú)的CPU裝置，因此調(diào)節(jié)與閉鎖速度較快。相對于后臺機(jī)軟件來說，更易獲取閉鎖信號。缺點(diǎn)是電壓無功控制的可靠性取決于網(wǎng)絡(luò)通信、I／O和主機(jī)的運(yùn)行狀況。
　�。�3）自帶I／O系統(tǒng)的獨(dú)立電壓無功控制方式。其數(shù)據(jù)采集和控制輸出都是自身功能的一部份，集I／O系統(tǒng)和計(jì)算判斷于一體。特別是有關(guān)閉鎖信號由相應(yīng)裝置的硬接點(diǎn)輸入，大大增強(qiáng)了電壓無功控制閉鎖的快速性和可靠性。優(yōu)點(diǎn)是其數(shù)據(jù)采集和控制輸出都由自身完成，不需要借助于網(wǎng)絡(luò)或其他裝置工作，可靠性高。另外，調(diào)節(jié)速度也能滿足運(yùn)行要求，且參數(shù)設(shè)置和調(diào)試都比較方便。缺點(diǎn)是信息共享程度差，其輸入／輸出需敷設(shè)較多電纜，閉鎖信號需采用單獨(dú)的硬接點(diǎn)，并且安裝工藝較其它兩種麻煩。
　　二．目前電壓無功控制存在的幾個問題
　　1．當(dāng)變電站兩臺或兩臺以上主變通過控制裝置運(yùn)行狀態(tài)的切換，可以達(dá)到主變并列或分列運(yùn)行的要求，但當(dāng)一臺主變檢修或停運(yùn)，僅有一臺主變運(yùn)行時(shí)不能充分發(fā)揮補(bǔ)償裝置的作用。補(bǔ)償裝置將不能自動有效運(yùn)行。同時(shí)，電壓無功控制目前難以滿足只投切電容器或只調(diào)節(jié)主變分接頭的要求。如，不能滿足有些安裝無載調(diào)壓變壓器的變電站的單一電容器投切，或無補(bǔ)償電容器組變電站的有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓等情況。
　　2．現(xiàn)行電壓無功控制裝置在功率因數(shù)合格時(shí)往往只調(diào)節(jié)主變分接開關(guān)使電壓處于合格范圍，導(dǎo)致主變分接開關(guān)頻繁調(diào)節(jié)。
　　3．在綜合自動化全面實(shí)施后，變電所可以控制線路補(bǔ)償電容的投切，這將使線損有較大幅度下降。但由于通信通道等問題，目前線路上的自動無功補(bǔ)償一般不能發(fā)指令控制其投切。
　　4．電壓無功控制的原理與調(diào)度的電壓、無功控制常規(guī)計(jì)算方法不同，多用標(biāo)么值計(jì)算，如S=P+JQ的標(biāo)么值就是I的標(biāo)么值。因此，以有名值來計(jì)算的電壓無功控制的計(jì)算過程比調(diào)度常規(guī)計(jì)算要繁瑣得多，造成計(jì)算速度不快。
　　5．由于采樣不全，或一次設(shè)備（如閘刀）輔助節(jié)點(diǎn)不夠可靠，可能使電壓無功控制無法自動識別變電站運(yùn)行方式的改變。同時(shí)，針對運(yùn)行方式的改變，電壓無功控制也無法進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)不當(dāng)。當(dāng)不能識別運(yùn)行方式時(shí)，電壓無功控制可能出錯并退出運(yùn)行。因此，電壓無功控制的軟件設(shè)計(jì)最好采用專家系統(tǒng)。
　　6．當(dāng)電容器保護(hù)動作，開關(guān)跳閘時(shí)，若電壓無功控制不及時(shí)閉鎖，而在5min內(nèi)使其開關(guān)再次合閘，則可能發(fā)生電容器由于帶電荷合閘而導(dǎo)致爆炸事故。若PT斷線而裝置不及時(shí)閉鎖，則會導(dǎo)致不斷地將所控制的母線電壓抬高，同樣會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此，要求電壓無功控制具有完善的閉鎖系統(tǒng)，一旦閉鎖條件產(chǎn)生，裝置能立即響應(yīng)。
　　三．相關(guān)對策和措施
　　1．調(diào)節(jié)與投切
　�。�1）可以一臺主變?yōu)閱卧獊砜紤]電壓與無功的自動調(diào)節(jié)。一個系統(tǒng)若有多臺主變則有多個電壓與無功的自動調(diào)節(jié)子模塊,主變分列時(shí)，各子模塊獨(dú)自運(yùn)行，互不干擾。
　�。�2）當(dāng)多臺主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若要調(diào)節(jié)主變分節(jié)頭，應(yīng)同時(shí)調(diào)節(jié)多臺主變分節(jié)頭，盡量保持多臺主變分節(jié)頭的檔位一致。
　�。�3）當(dāng)一臺主變同時(shí)帶多段母線運(yùn)行時(shí)，連接在多段母線的電容器都可用來投切。
　�。�4）主變分接頭開關(guān)操作過程中要進(jìn)行滑檔判斷及處理。當(dāng)對電容器組和主變分接頭的控制命令發(fā)出后，監(jiān)測電容器組的狀態(tài)和主變分接頭開關(guān)檔位是否變化,如果沒有變化，則提示該設(shè)備拒動。如果主變分接頭開關(guān)檔位越過了預(yù)定的控制檔位，則提示該主變分接頭滑動，同時(shí)發(fā)生控制命令，切斷分接頭開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電源。
　�。�5）電容器、電抗器根據(jù)容量大小，按指定次序進(jìn)行投切。對于并列運(yùn)行的主變，其母線上投入的電容器或電抗器數(shù)按均勻原則分布投切。
　�。�6）調(diào)節(jié)過程中若有多個容抗器可用來調(diào)節(jié)，則優(yōu)先使用最久未曾動過的容抗器。即根據(jù)最近動作時(shí)間循環(huán)投切。
　　2．閉鎖功能
　　電壓無功控制應(yīng)考慮的主要閉鎖對象有：主變保護(hù)動作；電容器保護(hù)動作；PT斷線；系統(tǒng)電壓異常；主變并列運(yùn)行時(shí)的錯檔；裝置故障；電容器開關(guān)或主變分接開關(guān)日動作次數(shù)達(dá)到最大值；目標(biāo)對象拒動；主變滑檔等。閉鎖的相關(guān)要求如下：
　�。�1）兩段母線并列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)檢查兩段母線的電壓測量誤差應(yīng)在允許范圍。
　�。�2）在監(jiān)控系統(tǒng)中提供一個電壓無功控制裝置的YX接點(diǎn)和一個的啟動遙控信號。電壓無功控制裝置的YX狀態(tài)作為當(dāng)?shù)仉妷簾o功控制功能的啟動信號。遠(yuǎn)方調(diào)度下發(fā)電壓無功控制的遙控命令來控制當(dāng)?shù)氐碾妷簾o功控制功能投入。電壓無功控制的YX信號具體實(shí)現(xiàn)方法，一是在監(jiān)控系統(tǒng)中增加一個自保持的遙控繼電器，遠(yuǎn)方下發(fā)遙控命令“合”時(shí)，該繼電器保持閉合產(chǎn)生一個狀態(tài)為“合”的硬YX，對其進(jìn)行采樣。相當(dāng)于增加了一個硬YX接點(diǎn)。二是修改監(jiān)控系統(tǒng)的通訊管理機(jī)軟件，通訊管理機(jī)收到遠(yuǎn)方對某一個特定的遙控號進(jìn)行跳合時(shí)，直接在自己的YX庫中產(chǎn)生一個虛擬的YX狀態(tài)。
　　（3）根據(jù)采集的信號不同，能夠提供三種方式閉鎖。一是遙信閉鎖。主要是在系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)遙信的變化進(jìn)行相應(yīng)閉鎖。在很多變電站自動化系統(tǒng)中的各個CPU(包括監(jiān)控和保護(hù))單元的運(yùn)行狀況能反應(yīng)到后臺，后臺電壓無功控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)運(yùn)行工況投退變化能閉鎖相應(yīng)調(diào)節(jié)。如，采集母線線電壓的測量單元發(fā)生故障不能通訊，顯然此時(shí)應(yīng)閉鎖以此電壓為參考值的相關(guān)調(diào)節(jié)；二是遙測值閉鎖。采樣的遙測值大于或小于某值，可閉鎖調(diào)節(jié)；三是保護(hù)信號閉鎖。在綜合自動化系統(tǒng)中，大部分保護(hù)信號是以通訊報(bào)文形式通知后臺，故需增加保護(hù)閉鎖條件。該閉鎖條件應(yīng)能分清報(bào)文中的預(yù)告信號與事故信號，只對事故信號進(jìn)行閉鎖，同時(shí)閉鎖后能夠人為解鎖。
　�。�4）U與Q有一個上下限閉鎖值，超出閉鎖范圍停止調(diào)節(jié)。
　　（5）在調(diào)節(jié)過程中，分節(jié)頭與電容器開關(guān)兩次拒動則閉鎖對該設(shè)備的操作。拒動該信號閉鎖必須人為解除，不能自動解除。
　　（6）分節(jié)頭與電容器開關(guān)一天動作次數(shù)有限制，超過次數(shù)則閉鎖對該設(shè)備的操作，每天零點(diǎn)動作次數(shù)歸零，閉鎖自動解除。
　�。�7）主變分接頭開關(guān)與電容器開關(guān)動作后，有一定的閉鎖時(shí)間，防止短時(shí)間內(nèi)頻繁操作設(shè)備。
　�。�8）主變分接頭開關(guān)操作時(shí)，有閉鎖電流設(shè)置，當(dāng)通過主變的負(fù)荷太大或太小時(shí)，均可以閉鎖對主變分接頭開關(guān)操作。同時(shí)，能單獨(dú)設(shè)置被調(diào)節(jié)設(shè)備（如分接頭、電容器、電抗器等）停止或投入調(diào)節(jié)。
　　3．限值管理
　�。�1）考慮U與Q在一天不同時(shí)段、一周不同星期和每月固定日、一年不同日的上下限值的不同。提供按日、周、月和指定日下定值。同時(shí)可以按EXCEL文件格式導(dǎo)出、導(dǎo)入定值。
　�。�2）提供根據(jù)功率因數(shù)下定值
　�。�3）根據(jù)負(fù)荷的變化，相應(yīng)的調(diào)整主要是放寬電壓的上、下限范圍
　　四．結(jié)束語
　　目前，隨著智能電網(wǎng)在我國得到高度重視及發(fā)展，電網(wǎng)綜合自動化技術(shù)將進(jìn)一步得到加強(qiáng)和提高，變電站的各級、各段母線電壓、各電氣設(shè)備電流均以數(shù)字化進(jìn)入后臺機(jī)。后臺機(jī)可以運(yùn)用潮流計(jì)算方法，計(jì)算出主變分接頭的檔位與無功補(bǔ)償裝置的最佳投切狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)電壓質(zhì)量好、無功基本平衡、線損最小的最佳運(yùn)行方式。無功電壓優(yōu)化的含義是廣泛而深刻的，包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、無功配置優(yōu)化、運(yùn)行方式優(yōu)化、設(shè)備選擇優(yōu)化等。因此，不斷完善無功電壓優(yōu)化技術(shù)與管理，認(rèn)真解決電壓無功控制運(yùn)行中客觀存在的技術(shù)問題，是當(dāng)前有效提高電能質(zhì)量水平，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行的重要保證。
　　參考文獻(xiàn)：
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