電壓無功控制的相關問題與對策
摘要：論述了電壓無功控制的技術原理與實現方式，對電壓無功控制技術目前在現場應用中主要存在的問題進行了技術分析，并針對相關客觀存在的問題提出了相應的對策和解決問題的措施。
關鍵詞：電壓，無功，控制，應用分析
電壓無功控制的技術原理是把變電站主變高壓側無功潮流量減去無功補償量，作為負荷的無功潮流量。將電壓實測值與電壓比較器定值進行比較，當超出或低于兩個電壓比較器定值時，通過運算器進行運算來啟動主變分接開關換檔及增減補償電容的投切組數，從而使變電站主變的低壓側電壓可控制在規(guī)定范圍內，并使主變高壓側的無功潮流不發(fā)生倒送。
一．技術原理與實現方式
電壓無功控制是以微機為核心的技術控制系統(tǒng)，通過補償負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償容量，并能通過智能型控制裝置控制無功補償裝置的投切。通過通信通道和遠動設備，改變供電的無功潮流，達到減小供電線損和提高運行可靠性的目的。
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，補償容量一般設置在低壓側。通過主變分接頭調切來保證中壓側的電壓質量，通過電容器組的投切來保證低壓側的電壓質量。同時，還可通過計算得出一個能使無功盡可能平衡、中低壓側電能質量符合要求的方案來實施。因此，電壓采樣點應在主變零阻抗側，補償裝置的單組容量的投切應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．技術實現的三種方式
�。�1）自動化系統(tǒng)后臺機軟件依附于變電站后臺計算機的方式。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)進行數據采集與控制，其本身并沒有專用的I／O系統(tǒng)。優(yōu)點是省去了專用硬件設備，不需要單獨敷設電纜，降低了成本，減少了工作量。人機界面友好，參數設置簡單，調試方便。缺點是數據采集與控制經過多個環(huán)節(jié)，閉鎖速度往往達不到運行要求。另外，后臺監(jiān)控系統(tǒng)經常有人操作或干預，也容易發(fā)生死機等異�，F象，其可靠性取決于網絡通信、I／O和后臺主機的運行狀況。
�。�2）自動化系統(tǒng)網絡的核心采用單獨的CPU方式。電壓無功控制的I／O設備仍由網絡借助于自動化系統(tǒng)實現，其本身不帶I／O系統(tǒng)。優(yōu)點是無需單獨敷設電纜，減少了工作量。同時由于采用單獨的CPU裝置，因此調節(jié)與閉鎖速度較快。相對于后臺機軟件來說，更易獲取閉鎖信號。缺點是電壓無功控制的可靠性取決于網絡通信、I／O和主機的運行狀況。
�。�3）自帶I／O系統(tǒng)的獨立電壓無功控制方式。其數據采集和控制輸出都是自身功能的一部份，集I／O系統(tǒng)和計算判斷于一體。特別是有關閉鎖信號由相應裝置的硬接點輸入，大大增強了電壓無功控制閉鎖的快速性和可靠性。優(yōu)點是其數據采集和控制輸出都由自身完成，不需要借助于網絡或其他裝置工作，可靠性高。另外，調節(jié)速度也能滿足運行要求，且參數設置和調試都比較方便。缺點是信息共享程度差，其輸入／輸出需敷設較多電纜，閉鎖信號需采用單獨的硬接點，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．當變電站兩臺或兩臺以上主變通過控制裝置運行狀態(tài)的切換，可以達到主變并列或分列運行的要求，但當一臺主變檢修或停運，僅有一臺主變運行時不能充分發(fā)揮補償裝置的作用。補償裝置將不能自動有效運行。同時，電壓無功控制目前難以滿足只投切電容器或只調節(jié)主變分接頭的要求。如，不能滿足有些安裝無載調壓變壓器的變電站的單一電容器投切，或無補償電容器組變電站的有載調壓變壓器調壓等情況。
2．現行電壓無功控制裝置在功率因數合格時往往只調節(jié)主變分接開關使電壓處于合格范圍，導致主變分接開關頻繁調節(jié)。
3．在綜合自動化全面實施后，變電所可以控制線路補償電容的投切，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度的電壓、無功控制常規(guī)計算方法不同，多用標么值計算，如S=P+JQ的標么值就是I的標么值。因此，以有名值來計算的電壓無功控制的計算過程比調度常規(guī)計算要繁瑣得多，造成計算速度不快。
5．由于采樣不全，或一次設備（如閘刀）輔助節(jié)點不夠可靠，可能使電壓無功控制無法自動識別變電站運行方式的改變。同時，針對運行方式的改變，電壓無功控制也無法進行相應調節(jié)或調節(jié)不當。當不能識別運行方式時，電壓無功控制可能出錯并退出運行。因此，電壓無功控制的軟件設計最好采用專家系統(tǒng)。
6．當電容器保護動作，開關跳閘時，若電壓無功控制不及時閉鎖，而在5min內使其開關再次合閘，則可能發(fā)生電容器由于帶電荷合閘而導致爆炸事故。若PT斷線而裝置不及時閉鎖，則會導致不斷地將所控制的母線電壓抬高，同樣會產生嚴重后果。因此，要求電壓無功控制具有完善的閉鎖系統(tǒng)，一旦閉鎖條件產生，裝置能立即響應。
三．相關對策和措施
1．調節(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節(jié)子模塊,主變分列時，各子模塊獨自運行，互不干擾。
�。�2）當多臺主變并聯運行時，若要調節(jié)主變分節(jié)頭，應同時調節(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）當一臺主變同時帶多段母線運行時，連接在多段母線的電容器都可用來投切。
�。�4）主變分接頭開關操作過程中要進行滑檔判斷及處理。當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)和主變分接頭開關檔位是否變化,如果沒有變化，則提示該設備拒動。如果主變分接頭開關檔位越過了預定的控制檔位，則提示該主變分接頭滑動，同時發(fā)生控制命令，切斷分接頭開關操作機構的電源。
�。�5）電容器、電抗器根據容量大小，按指定次序進行投切。對于并列運行的主變，其母線上投入的電容器或電抗器數按均勻原則分布投切。
�。�6）調節(jié)過程中若有多個容抗器可用來調節(jié)，則優(yōu)先使用最久未曾動過的容抗器。即根據最近動作時間循環(huán)投切。
2．閉鎖功能
電壓無功控制應考慮的主要閉鎖對象有：主變保護動作；電容器保護動作；PT斷線；系統(tǒng)電壓異常；主變并列運行時的錯檔；裝置故障；電容器開關或主變分接開關日動作次數達到最大值；目標對象拒動；主變滑檔等。閉鎖的相關要求如下：
�。�1）兩段母線并列運行時，應檢查兩段母線的電壓測量誤差應在允許范圍。
（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)作為當地電壓無功控制功能的啟動信號。遠方調度下發(fā)電壓無功控制的遙控命令來控制當地的電壓無功控制功能投入。電壓無功控制的YX信號具體實現方法，一是在監(jiān)控系統(tǒng)中增加一個自保持的遙控繼電器，遠方下發(fā)遙控命令“合”時，該繼電器保持閉合產生一個狀態(tài)為“合”的硬YX，對其進行采樣。相當于增加了一個硬YX接點。二是修改監(jiān)控系統(tǒng)的通訊管理機軟件，通訊管理機收到遠方對某一個特定的遙控號進行跳合時，直接在自己的YX庫中產生一個虛擬的YX狀態(tài)。
�。�3）根據采集的信號不同，能夠提供三種方式閉鎖。一是遙信閉鎖。主要是在系統(tǒng)運行方式發(fā)生變化時，根據遙信的變化進行相應閉鎖。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)單元的運行狀況能反應到后臺，后臺電壓無功控制系統(tǒng)應能根據運行工況投退變化能閉鎖相應調節(jié)。如，采集母線線電壓的測量單元發(fā)生故障不能通訊，顯然此時應閉鎖以此電壓為參考值的相關調節(jié)；二是遙測值閉鎖。采樣的遙測值大于或小于某值，可閉鎖調節(jié)；三是保護信號閉鎖。在綜合自動化系統(tǒng)中，大部分保護信號是以通訊報文形式通知后臺，故需增加保護閉鎖條件。該閉鎖條件應能分清報文中的預告信號與事故信號，只對事故信號進行閉鎖，同時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節(jié)。
�。�5）在調節(jié)過程中，分節(jié)頭與電容器開關兩次拒動則閉鎖對該設備的操作。拒動該信號閉鎖必須人為解除，不能自動解除。
�。�6）分節(jié)頭與電容器開關一天動作次數有限制，超過次數則閉鎖對該設備的操作，每天零點動作次數歸零，閉鎖自動解除。
�。�7）主變分接頭開關與電容器開關動作后，有一定的閉鎖時間，防止短時間內頻繁操作設備。
�。�8）主變分接頭開關操作時，有閉鎖電流設置，當通過主變的負荷太大或太小時，均可以閉鎖對主變分接頭開關操作。同時，能單獨設置被調節(jié)設備（如分接頭、電容器、電抗器等）停止或投入調節(jié)。
3．限值管理
（1）考慮U與Q在一天不同時段、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。同時可以按EXCEL文件格式導出、導入定值。
�。�2）提供根據功率因數下定值
（3）根據負荷的變化，相應的調整主要是放寬電壓的上、下限范圍
四．結束語
目前，隨著智能電網在我國得到高度重視及發(fā)展，電網綜合自動化技術將進一步得到加強和提高，變電站的各級、各段母線電壓、各電氣設備電流均以數字化進入后臺機。后臺機可以運用潮流計算方法，計算出主變分接頭的檔位與無功補償裝置的最佳投切狀態(tài)，以實現電壓質量好、無功基本平衡、線損最小的最佳運行方式。無功電壓優(yōu)化的含義是廣泛而深刻的，包括網絡結構優(yōu)化、無功配置優(yōu)化、運行方式優(yōu)化、設備選擇優(yōu)化等。因此，不斷完善無功電壓優(yōu)化技術與管理，認真解決電壓無功控制運行中客觀存在的技術問題，是當前有效提高電能質量水平，實現電網安全、經濟、優(yōu)質、高效運行的重要保證。
參考文獻：
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