500kV枢纽变电站的有载调压变压器和静止无功补偿器

摘 要：目前华中电网（包括川渝）的装机容量已达58.22GW，其电压、无功调节和管理问题应给予足够重视，为了做到在各种运行方式下、各种潮流变化下都能实现分层、分区、分散无功功率和电压的优化运行，有载调压变压器和静止无功补偿器的动态调节作为两个极重要的调节手段应得到足够的重视，并指出应将其与其他调节手段相配合来保证电网的安全、优质、经济运行。
关键词：电力系统运行；有载调压变压器；静止无功补偿器

1 引言
电压质量是电能质量的重要指标之一，关系到电网的安全、稳定、优质、经济运行。对用户的安全生产、产品质量、用电单耗以及人民生活都有直接影响。无功电源的合理配置和潮流、电压的优化调节是保证电网电压质量及降低网损的重要手段。
电压质量管理是一项政策性、技术性、综合性很强的工作，涉及从规划到生产运行的每一个环节。为保证电网安全、优质、经济、高效运行，电力系统从规划、设计、基建、运行和管理等部门到广大用户，必须充分认识无功电源合理配置及电压静态、动态调节和优化调节的重要性以保证电压质量。
华中电网于1983年初步形成了鄂、豫、湘、赣电网，装机容量为9.96GW，到2001年末统调装机容量已发展到37.84GW。随着四川万县至湖北龙泉380km、500kV万龙线的投运，2002年6月1日川渝电网与华中主网联网运行。以500kV输变电设备为主干网架的华中电网统调装机容量达到58.22GW。庞大电网的安全稳定运行及电压无功的调节和管理问题十分重要，应予以足够重视并采取必要的措施来解决这些问题。
2 华中电网的电压质量
华中电网组建初期曾长时间为电网的低周波、低电压运行所困扰。随着电网规模的扩大、新技术的采用以及电网各方面管理（包括对电压及无功的管理）的加强，电网频率及电压质量逐渐达到合格（500kV电压在500~550kV范围内为合格），电压合格率为98.5%以上（1991年全网的电压合格率达到98.94%），但还不是优质电力。以后也在不断提高投资力度和管理水平，使电压合格率进一步提高，但电压质量还是不能令人满意。一般丰水期大方式下电压偏低，枯水期小方式下电压偏高。2001年1月葛洲坝二江电厂220kV侧最高电压达246kV，而7月最低电压只有216kV。2001年11月500kV玉贤变电站电压高达557kV，而最低时只有501kV。2001年湖北电网220kV远安变电站的最高电压为248kV；而容城变电站最低电压为207kV。电压及无功的调节手段还很不适应电网的发展，1996年湖南电网电压合格率虽为99.44%，但湖南电网存在500kV 民丰、岗市变电站采用无载调压变压器及500kV五岗线没有高抗补偿等问题。500kV主网架曾长时间高电压运行，最高电压达560kV，而220kV线路的最高电压也达250kV。危害电网设备及用户设备的安全。据1996年株州车辆厂统计，因电压高而击穿电动机绝缘65台次，总容量达1129kW。
电压合格率考核是每小时取4点电压进行考核，500kV电压在500~550kV之间就算合格，而不考核其余时刻的电压，因此严格来讲这是不科学的，电压合格并不代表电压质量优良，也不代表实行了对电力系统的逆调压。2001年华中电网全年的电压合格率为99.5%，500kV凤凰山变电站的全年电压合格率为99.66%，其6月份的电压合格率为99.38%，而6月份其最低运行电压只有494kV。2001年湖北省全年电压合格率为99.28%，其最高考核点电压为248kV，最低考核点电压为207kV，累计考核点不合格全年达4098h。因此对电压的考核还应该更科学化，还应该继续加强调压手段。
电网电压及无功的管理和调节的基本条件是分层分区的无功平衡和变压器电压分接头的合理调节。电网状态是瞬息万变的，无功补偿出力须随时灵活调节，变压器分接头亦须相应定时段调节。
3 有载调压变压器和静止无功补偿器
对电网的无功及电压进行合理、灵活的调节是保证电网安全、优质、经济运行的重要手段。电网的稳定运行极限与电压的平方成正比；电压又是电能质量中的重要成分；无功的优化调节还能降低网损。这里重点说明两个突出问题：
（1）有载调压变压器
有载调压变压器相对于无载调压变压器虽然成本略高（据调查约高10%），但对电网的长期运行具有下列优越性：
1） 可以适应各种复杂情况下的运行方式；
2）可有效地控制系统电压和保证用户电压质量；
3）有利于电网主干网架枢纽变电站之间或负荷中心及变电站群之间联调；
4）有利于实现无功的优化分配和分层分区的控制；
5）可有效防止变压器（特别是500kV变压器）的过励磁；
6）可避免主变压器停电改分接头；
7）有利于降低网损；
8）便于运行中电网的潮流优化调节。
有载变压器的分接头调节应是静态调节。电网电压的动态调节通过发电机、调相机及静止补偿器来实现[1]，其中静止补偿是调度运行中的常用手段。
据德国的统计，电网变压器有载调压（电压110~765kV，电流300~3000A）年平均调节次数为5000次，即每天13.7次。四川电网2002年运行方式报告中规定有载调压变压器每天调节次数低于10次。据平武工程进口设备厂家资料，500kV变压器的有载调节次数为：①有载调压接点寿命为20万次；②分接开关操作1万次要检查，5万次要处理；③触头磨损4mm应换新的，可基本满足调度运行要求据国外资料记载，德国电网中几乎所有变压器均为有载调压。在我国根据2002年上半年调查，重庆市内的23座220kV变电所中有22座是有载调压，占95.6%，而新投运的500kV陈家桥、长寿、万县三变电站主变压器均为无载调压。湖北省95%的220kV变电站为有载调压。华中电网20世纪80年代初期投运的500kV姚孟、双河、凤凰山变电站的主变压器均为有载调压，但在华中境内新投运的500kV变电站还有许多都是无载调压。电网缺乏重要的调节手段，特别是华中电网有三峡、二滩这样大型水电站，丰枯季节潮流变化很大，500kV枢纽变电站缺乏重要的有载调节手段，在几十年运行中将造成巨大的电网调度运行困难和损失，绝非是节省一点投资可比拟的。建议今后华中电网新投运的500kV变压器均采用有载调压。
（2）静止无功补偿器（SVC）
静止补偿，其实为动态调压，静止是相对于发电机和调相机的转动而言，SVC可用来改善电网的电压质量和提高电网的运行稳定性[2]。华中电网组建初期的500kV变电站大部分均装有SVC，如凤凰山、云田、郑州等，但随三峡电站而投运的500kV变电站全都没有SVC。川渝电网中随二滩电站而投运的500kV变电站也全都没有SVC。规划设计者认为只要配置一定数量的低压电抗器及电容器已够用且便宜，但这在电网无功及电压调节的性质上有很大的差别。电抗及电容组合采用手动投切只是一种静态调节来满足正点或每小时4点的电压考核指标，而对其余电压波动点是不考核的。SVC虽价格较高、维护量较大，但它能对电网无功电压水平作连续、快速的动态调节。500kV凤凰山变电站SVC（在变压器35kV侧）以毫秒级速度对220kV母线设定电压进行连续的无级调压，湖北中调认为500kV凤凰山变电站的SVC在湖北电网中取得了非常好的调压效果。SVC在作为电网电压支撑点的动态调压作用中，一般情况下优于调相机，在某些情况下还优于发电机（无功就地平衡），况且目前正逐步从变电站中淘汰转动设备。稳定计算表明凤凰山两套SVC在提高电网稳定度方面相当于100MW稳定措施。静止补偿在电网电压的调节效果方面亦远优于值班人员通过观察进行人工投切电抗及电容。
四川电网2002年运行方式报告建议在四川电网负荷中心（如洪沟、龙王变电站）装SVC以提高动态电压稳定水平，重庆电网在2002年运行方式报告中建议在500kV万县变电站加装SVC，此外，四川省在500kV洪沟变电站设计阶段曾竭力主张装SVC，但最后被规划设计部门否决。500kV洪沟变电站是一个非常关键的枢纽变电站，既是二滩经1000多公里 500kV输电线路到华中电网的中枢点，又是经二回500kV线路分支到龙王变的枢纽，如此长距离输电中没有电压动态支撑点，使电网的安全优质经济运行中存在很大隐患。建议华中电网今后新投运500kV输变电工程时，应在关键枢纽变电站装备质量较好、性能较优的SVC，并在已投运的500kV枢纽变电站补装SVC，以使电网能够迅速及时地进行电压无功调节和动态调压，并作为有效电压支撑点提高电网的稳定水平。
4 结束语
电网电压的优化调节是保证电网安全、优质、经济运行的重要措施。为了做到在各种运行方式下、各种潮流变化下都能实现分层、分区、分散无功功率的平衡和电压的优化运行，有载变压器静态调节与静止无功补偿器的动态调节作为两个极重要的调节手段应得到足够的重视，并配合其他调节手段来保证电网的安全、优质、经济运行。

参考文献

[1] Janke A．Experience with SVCs and strategies for operation and maintenance of SVCs in the future[C]．CIGRE，Regional Meeting Conference Papers，1993．
蔡超豪（Cai Chaohao）．静止无功补偿器的非线性H∞控制（Non-linear H∞ control of static reactive power compensation）[J]．电网技术（Power System Technology），2002，26(6)：36-38．