变电站电压无功综合控制装置在电网中的应用

【摘 要】电压无功综合控制是电网发展和运行的需要，变电站安装运行VQC装置（硬件或软件）是必要和可行的，本文主要对VQC的调压原理、使用效果及其存在问题进行探讨。

【关键词】变电站；电压无功控制；调压

0 引言

电压是电能质量的主要指标，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行具有重大的影响。无功是影响电压质量的一个重要因素。电压无功的控制与管理是变电站担负的重要任务。目前变电站的电压无功自动控制装置（VQC）应用已较为广泛，利用VQC来实现电压与无功的自动调节已成为加强电压和无功管理，实现安全调度和经济调度的重要手段。电压的稳定对于保证国民经济的生产，延长生产设备的使用寿命有着重要的意义，而降低网损、经济供电又是每一个供电部门的工作重点。因此，变电站随着负荷的波动对其电压与无功调节需求往往很频繁，如果由人进行调节干预，一方面增加值班员的负担，另一方面靠人去判断操作很难做到调节的合理性。近年来，随着变电站的综合自动化能力的提高，系统的采样精度与信号响应速度均有很大的改善，各种方式接入的信号范围较以往的系统有很大的扩展，因此在现有的当地监控系统中，用软件模块的控制来实现电压与无功的自动调节在理论上所需的条件已经具备。VQC是具有电压无功综合控制功能装置的简称。随着电网的发展和VQC技术产品的成熟，电压无功综合控制装置（硬件或软件）的应用越来越广泛，它对保证电压质量、优化电网无功潮流和电网经济运行等发挥了较大作用。VQC（硬件或软件）发展到今天，已进入成熟、实用阶段。本文主要对VQC装置在电网中的使用进行探讨。

1 VQC装置调压原理

对于变电站来讲，为了使电压与无功达到所需的值，通常采用改变主变分接头档位和投切电容器组来改变系统的电压和无功。分接头的变化不仅对电压有影响，而且对无功也有一定的影响，同样，电容器组的投切对无功影响的同时也对电压有着一定的影响。在很多地方的供电系统中，不是考虑无功而是考虑功率因数作为调节依据。实际上，可以根据当时的有功功率换算出无功的控制范围，在处理原理上本质是一样的，只不过无功的上下限范围始终是动态变化的范围。在实际应用中，主变分节头调节主要用于电压的调节，电容器的投切主要用于无功的调节同时也用于电压的调节。以满足电网无功功率供需平衡，达到改善供电电压质量，减少电能损耗的目的。

2 VQC装置运行整定原则

随着运行经验的积累，我们对VQC装置的认识及对其功能需要日趋成熟并渐趋一致。事实上，各地电网对VQC的运行要求和整定方式基本相似，VQC运行整定的原则总概括为：各站点根据负荷变化规律合理、适时按原则地调整主变分接头档位及投退电容器组（电抗器组），以确保母线的电压质量和无功就地平衡。具体可总结为：

（1）优先保证电压质量合格。110kV变电站必须保证10kV母线电压合格；220kV变电站在保证110kV母线电压合格的同时，尽量兼顾10kV母线电压合格。有的地区因大多数110kV变电站都实现有载调压，所以其220kV变电站仍以保证10kV母线电压合格为主，尽量兼顾110kV母线电压合格。

（2）无功考核（控制参考）点在变压器高压侧，在保证电压质量合格的前提下，无功就地平衡也就是主变变高侧无功功率越接近于零越好。一般要求：110kV侧的瞬时功率因数cosΦ≥0.95～0.98 220kV侧的瞬时功率因数cosΦ≥0.95～0.98。

（3）详细整定应按照站内主结线运行方式、负荷率及负荷曲线，以及分接头开关和无功投退开关运行情况等因素，用九域图控制原理进行具体参数的设定和确定保护、闭锁条件。如果要实现对变压器各侧电压无功的调控，则现有VQC的控制原理及功能必须作出较大修改，例如除本站点控制条件更为复杂之外，还须考虑对各站点进行联网统调等措施；此外，要实现这些功能还须要进一步完善电网电压无功的调控手段，如配备足够、可调的无功电源（分组合理的电容器组和电抗器组，以及可调控无功出力的火力及水力机组等等），所以电网各级的总体电压无功综合优化控制的实现应该是下一步的目标，而在此之前还要花相当的时间去做大量的准备工作。

3 VQC的使用效果

VQC的应用，对保证电网良好的电压质量、优化电网无功潮流和电网经济运行等方面发挥了较大的作用。和传统的调压方式（如使用VC-100自动调压器装置调节主变分接头档位进行调压）相比，VQC具有以下明显优点：

（1）电压超出合格范围时，得到及时调整，并能按需要进行“逆调压”，达到降损节能的目的；

（2）平衡无功。接受入或送出系统无功功率情况及时投入或退出，使无功潮流合理；

（3）优化电压无功控制。能自动综合比较电压和无功量，采取最优的电压调整和无功投退方案；

（4）大大减小了运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。

相对而言，电网中硬件VQC产品的应用数量比软件VQC多，造成这一结果的主要原因是：

（1）早期RTU产品没有考虑VQC功能扩展问题，现在也难以改造；现有设备中只有GR-90型RTU或综合自动化系统能实现VQC功能扩展。

（2）某些RTU或综合自动化系统供应商过去未足够重视对VQC功能扩展，受使用经验限制，其提供的初期产品功能和服务未能令人满意。

需要指出的是，从实现电压无功综合自动控制的目标来说，硬件和软件VQC在用途上不存在区别。

4 VQC装置应用中存在的问题

电气产品在电网的应用过程中都有相似经历，VQC产品在电网的应用也有一个不断成熟和更新换代的过程，这一过程，也是不断发现问题，解决问题的过程，主要问题包括：

4.1 设备硬件问题

（1）有些产品元器件质量不稳定，故障率较高，抗干扰性差；如调档板经常损坏、采样输入及时钟系统误差较大等；

（2）设备如变送器误差大，早期电容器组投退操作机构及变压器调压分接头操作机构在动作次数多时有误动或拒动现象。

4.2 设备功能问题

（1）个别产品对复杂运行方式的适应性差，有些未能实现真正的电压无功综合调节；（2）部分产品人机界面、保护锁闭（如调压分接头操作机构防滑连动、防电容器组投退操作机构拒动）功能较差。

4.3 设备运行管理问题

VQC应用初期，由于生产安装单位与运行维护单位之间技术交底不足，新设备缺乏运行经验，曾出现了一些误认为装置故障的不正常运行现象，增加了不少维护工作。随着科技的发展，工艺技术及运行管理工作的不断完善，产品设计制造和应用管理水平的不断提高，VQC功能亦将会得到很大的提高。

5 结束语

电压无功综合控制是电网发展和运行的需要，它对保证电压质量、优化电网无功潮流和电网经济运行等发挥了较大作用，变电站安装运行VQC装置（硬件或软件）是必要和可行的。从技术发展趋势看，应该鼓励使用RTU或综合自动化系统实现VQC功能扩展，提高现有设备利用率，节约资源，减少管理环节和设备维护，降低故障率；督促RTU或综合自动化系统供应商实现VQC功能扩展，完善保护、闭锁等相关功能，进一步完善VQC功能，使之更切合电网运行的需要。

【参考文献】

[1]国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则[S].

[2]电能质量技术丛书 第二分册 电力系统电压[M].中国电力出版社.