电压无功控制的相关问题与对策

　　摘要：论述了电压无功控制的技术原理与实现方式，对电压无功控制技术目前在现场应用中主要存在的问题进行了技术分析，并针对相关客观存在的问题提出了相应的对策和解决问题的措施。
　　关键词：电压，无功，控制，应用分析
　　电压无功控制的技术原理是把变电站主变高压侧无功潮流量减去无功补偿量，作为负荷的无功潮流量。将电压实测值与电压比较器定值进行比较，当超出或低于两个电压比较器定值时，通过运算器进行运算来启动主变分接开关换档及增减补偿电容的投切组数，从而使变电站主变的低压侧电压可控制在规定范围内，并使主变高压侧的无功潮流不发生倒送。
　　一．技术原理与实现方式
　　电压无功控制是以微机为核心的技术控制系统，通过补偿负荷的无功分量来改变供电潮流的无功量，从而降低供电的电压损失。它要求有比较大的无功补偿容量，并能通过智能型控制装置控制无功补偿装置的投切。通过通信通道和远动设备，改变供电的无功潮流，达到减小供电线损和提高运行可靠性的目的。
　　1．基本控制原理
　　电压无功控制原理图参见图1。
　　图1电压无功控制的基本控制原理图
　　对于常规110kV变电所，补偿容量一般设置在低压侧。通过主变分接头调切来保证中压侧的电压质量，通过电容器组的投切来保证低压侧的电压质量。同时，还可通过计算得出一个能使无功尽可能平衡、中低压侧电能质量符合要求的方案来实施。因此，电压采样点应在主变零阻抗侧，补偿装置的单组容量的投切应能改变主变分接头一档电压的60%～100%，使变电站的电压合格率上升。
　　2．技术实现的三种方式
　　（1）自动化系统后台机软件依附于变电站后台计算机的方式。电压无功控制是后台监控系统的一个子模块，借助于自动化系统进行数据采集与控制，其本身并没有专用的I／O系统。优点是省去了专用硬件设备，不需要单独敷设电缆，降低了成本，减少了工作量。人机界面友好，参数设置简单，调试方便。缺点是数据采集与控制经过多个环节，闭锁速度往往达不到运行要求。另外，后台监控系统经常有人操作或干预，也容易发生死机等异常现象，其可靠性取决于网络通信、I／O和后台主机的运行状况。
　　（2）自动化系统网络的核心采用单独的CPU方式。电压无功控制的I／O设备仍由网络借助于自动化系统实现，其本身不带I／O系统。优点是无需单独敷设电缆，减少了工作量。同时由于采用单独的CPU装置，因此调节与闭锁速度较快。相对于后台机软件来说，更易获取闭锁信号。缺点是电压无功控制的可靠性取决于网络通信、I／O和主机的运行状况。
　　（3）自带I／O系统的独立电压无功控制方式。其数据采集和控制输出都是自身功能的一部份，集I／O系统和计算判断于一体。特别是有关闭锁信号由相应装置的硬接点输入，大大增强了电压无功控制闭锁的快速性和可靠性。优点是其数据采集和控制输出都由自身完成，不需要借助于网络或其他装置工作，可靠性高。另外，调节速度也能满足运行要求，且参数设置和调试都比较方便。缺点是信息共享程度差，其输入／输出需敷设较多电缆，闭锁信号需采用单独的硬接点，并且安装工艺较其它两种麻烦。
　　二．目前电压无功控制存在的几个问题
　　1．当变电站两台或两台以上主变通过控制装置运行状态的切换，可以达到主变并列或分列运行的要求，但当一台主变检修或停运，仅有一台主变运行时不能充分发挥补偿装置的作用。补偿装置将不能自动有效运行。同时，电压无功控制目前难以满足只投切电容器或只调节主变分接头的要求。如，不能满足有些安装无载调压变压器的变电站的单一电容器投切，或无补偿电容器组变电站的有载调压变压器调压等情况。
　　2．现行电压无功控制装置在功率因数合格时往往只调节主变分接开关使电压处于合格范围，导致主变分接开关频繁调节。
　　3．在综合自动化全面实施后，变电所可以控制线路补偿电容的投切，这将使线损有较大幅度下降。但由于通信通道等问题，目前线路上的自动无功补偿一般不能发指令控制其投切。
　　4．电压无功控制的原理与调度的电压、无功控制常规计算方法不同，多用标么值计算，如S=P+JQ的标么值就是I的标么值。因此，以有名值来计算的电压无功控制的计算过程比调度常规计算要繁琐得多，造成计算速度不快。
　　5．由于采样不全，或一次设备（如闸刀）辅助节点不够可靠，可能使电压无功控制无法自动识别变电站运行方式的改变。同时，针对运行方式的改变，电压无功控制也无法进行相应调节或调节不当。当不能识别运行方式时，电压无功控制可能出错并退出运行。因此，电压无功控制的软件设计最好采用专家系统。
　　6．当电容器保护动作，开关跳闸时，若电压无功控制不及时闭锁，而在5min内使其开关再次合闸，则可能发生电容器由于带电荷合闸而导致爆炸事故。若PT断线而装置不及时闭锁，则会导致不断地将所控制的母线电压抬高，同样会产生严重后果。因此，要求电压无功控制具有完善的闭锁系统，一旦闭锁条件产生，装置能立即响应。
　　三．相关对策和措施
　　1．调节与投切
　　（1）可以一台主变为单元来考虑电压与无功的自动调节。一个系统若有多台主变则有多个电压与无功的自动调节子模块,主变分列时，各子模块独自运行，互不干扰。
　　（2）当多台主变并联运行时，若要调节主变分节头，应同时调节多台主变分节头，尽量保持多台主变分节头的档位一致。
　　（3）当一台主变同时带多段母线运行时，连接在多段母线的电容器都可用来投切。
　　（4）主变分接头开关操作过程中要进行滑档判断及处理。当对电容器组和主变分接头的控制命令发出后，监测电容器组的状态和主变分接头开关档位是否变化,如果没有变化，则提示该设备拒动。如果主变分接头开关档位越过了预定的控制档位，则提示该主变分接头滑动，同时发生控制命令，切断分接头开关操作机构的电源。
　　（5）电容器、电抗器根据容量大小，按指定次序进行投切。对于并列运行的主变，其母线上投入的电容器或电抗器数按均匀原则分布投切。
　　（6）调节过程中若有多个容抗器可用来调节，则优先使用最久未曾动过的容抗器。即根据最近动作时间循环投切。
　　2．闭锁功能
　　电压无功控制应考虑的主要闭锁对象有：主变保护动作；电容器保护动作；PT断线；系统电压异常；主变并列运行时的错档；装置故障；电容器开关或主变分接开关日动作次数达到最大值；目标对象拒动；主变滑档等。闭锁的相关要求如下：
　　（1）两段母线并列运行时，应检查两段母线的电压测量误差应在允许范围。
　　（2）在监控系统中提供一个电压无功控制装置的YX接点和一个的启动遥控信号。电压无功控制装置的YX状态作为当地电压无功控制功能的启动信号。远方调度下发电压无功控制的遥控命令来控制当地的电压无功控制功能投入。电压无功控制的YX信号具体实现方法，一是在监控系统中增加一个自保持的遥控继电器，远方下发遥控命令“合”时，该继电器保持闭合产生一个状态为“合”的硬YX，对其进行采样。相当于增加了一个硬YX接点。二是修改监控系统的通讯管理机软件，通讯管理机收到远方对某一个特定的遥控号进行跳合时，直接在自己的YX库中产生一个虚拟的YX状态。
　　（3）根据采集的信号不同，能够提供三种方式闭锁。一是遥信闭锁。主要是在系统运行方式发生变化时，根据遥信的变化进行相应闭锁。在很多变电站自动化系统中的各个CPU(包括监控和保护)单元的运行状况能反应到后台，后台电压无功控制系统应能根据运行工况投退变化能闭锁相应调节。如，采集母线线电压的测量单元发生故障不能通讯，显然此时应闭锁以此电压为参考值的相关调节；二是遥测值闭锁。采样的遥测值大于或小于某值，可闭锁调节；三是保护信号闭锁。在综合自动化系统中，大部分保护信号是以通讯报文形式通知后台，故需增加保护闭锁条件。该闭锁条件应能分清报文中的预告信号与事故信号，只对事故信号进行闭锁，同时闭锁后能够人为解锁。
　　（4）U与Q有一个上下限闭锁值，超出闭锁范围停止调节。
　　（5）在调节过程中，分节头与电容器开关两次拒动则闭锁对该设备的操作。拒动该信号闭锁必须人为解除，不能自动解除。
　　（6）分节头与电容器开关一天动作次数有限制，超过次数则闭锁对该设备的操作，每天零点动作次数归零，闭锁自动解除。
　　（7）主变分接头开关与电容器开关动作后，有一定的闭锁时间，防止短时间内频繁操作设备。
　　（8）主变分接头开关操作时，有闭锁电流设置，当通过主变的负荷太大或太小时，均可以闭锁对主变分接头开关操作。同时，能单独设置被调节设备（如分接头、电容器、电抗器等）停止或投入调节。
　　3．限值管理
　　（1）考虑U与Q在一天不同时段、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。同时可以按EXCEL文件格式导出、导入定值。
　　（2）提供根据功率因数下定值
　　（3）根据负荷的变化，相应的调整主要是放宽电压的上、下限范围
　　四．结束语
　　目前，随着智能电网在我国得到高度重视及发展，电网综合自动化技术将进一步得到加强和提高，变电站的各级、各段母线电压、各电气设备电流均以数字化进入后台机。后台机可以运用潮流计算方法，计算出主变分接头的档位与无功补偿装置的最佳投切状态，以实现电压质量好、无功基本平衡、线损最小的最佳运行方式。无功电压优化的含义是广泛而深刻的，包括网络结构优化、无功配置优化、运行方式优化、设备选择优化等。因此，不断完善无功电压优化技术与管理，认真解决电压无功控制运行中客观存在的技术问题，是当前有效提高电能质量水平，实现电网安全、经济、优质、高效运行的重要保证。
　　参考文献：
　　1．郑爱霞等.地区电网电压无功优化控制系统介绍及运行分析.江苏省无功电压学术研讨会论文集2003年第3辑。
　　2．董其国.电能质量技术问答中国电力出版社、北京2004.5
　　3．朱春明等.变电站电压无功控制范围的整定计算方法.电力系统自动化,2003,27(8):70～74。