变压器有载调压对电力系统电压稳定性的分析.pdf

第 4 4 卷第8 期 2 0 0 7年 8月 多 淦 才 2况心 月 侄 沪权摇妇2钾 V O ! . 4 4 A u g u st NO . 8 2 0 0 7 变压黑有载调压对电办系统电压稳定性的介析 刘晖 ( 安徽省巢湖市供电公司， 安徽 巢湖 2 3 8 0 0 5) 飞引言 为了将电力系统运行电压维持在一个合理的水 平， 可以采取多种调整电压的方法。 通过调整变压器 的分接头挡位来调整电压是电力系统经常采用的措 施。有载调压变压器由于其具有能在带负载的情况 下进行电压调整以及电压调整范围较宽的优点， 因 而得到越来越广泛的应用。 但是， 通过改变变压器的 变比进行调压是有条件的，即必须要维持电力系统 的无功功率平衡。 如果离开了这个条件， 不但不能起 到调压的作用， 而且还可能导致系统出现解列事故。 2变压器有载调压的原理 改变变压器有载调压分接头挡位对调整系统电 压的作用可用图 la所示的系统图来说明。图la是 两个电压网络经变压器连接而组成的系统图; 图lb 是它的等值电路图。 图1 中， 各元件参数都用标么 值 表示。 的分析可知， 调压变压器的作用就相当于在空载电 压高的一侧放置并联电容器，而在空载电压低的一 侧放置并联电抗器。 前者向系统送出感性无功， 后者 从系统吸收感性无功， 改变变压器变比K ， 正是通过 改变变压器两侧导纳Y l 及Y : 的性质和大小，来改 变变压器两侧系统无功潮流的变化，从而影响变压 器两侧电压。 3变压器有载调压的作用 由于普通变压器分接头的改变只能在停电的状 态下调整，它不能改变负载变化时二次侧电压的变 化幅度， 而且其电压调整范围也较小， 所以对于直接 向负载中心供电的变压器而言，宜配置能带负载进 行有载调压的分接头。 随着地区负载的增减变化， 合 理调节有载调压变压器的分接头，以随时保证用户 的供电电压质量。 我国 电力系统技术导则 规定: 对 1 1 0kV及以下系统， 宜考虑至少有一级电压的变压 器采用带负载调压方式。 从国外情况来看， 无论对于 Z I AB遏 粤 ， T ( a ) 系统接线图( b ) 等值电路图 图 1 经调压变压器联网的系统 图 1 中， Y I= K一1 K Y T ， Y Z = 1 一 K 、 ， 、 ，1 一 一 气 二 : 二 一 1甲。 1， = - 二 二 人 ” 寿 哪一级电压的网络供电变压器， 各 国电力系统普遍都采用了带负载 调压分接头， 有些电力系统还采用 了按母线电压自 动调节的方式。 也 就是说， 利用有载调压变压器的调 压分接头来自动调整系统电压在 许多国家已经广泛使用， 在我国也 正得到广泛推广和使用。 但是， 有 载调压变压器自 动调压的作用也 不总是积极的，有时也会有副作 式中 犬 变比 标么值 乙 调压变压器的短路阻抗 由公式分析: 当K 1 时， Y ， 为感性， Y : 为容性; 当K = 1 时， Y I = Y Z = 0 ; 当K 1 时， Y : 为容性， Y : 为感性。 改变变压器的分接头也就是改变变比。从以上 用， 还可能导致电压崩溃事故。 4电力系统电压稳定性和电压崩溃 所谓电力系统电压的稳定性是指电力系统受到 干扰而引起电压变化时， 负载的无功功率与电源的 无功功率能否保持平衡或恢复平衡。所谓电 压崩溃 是指电力系统由于扰动、负载增大或系统参数变更 后造成大面积、 大幅度的电压持续下降， 运行人员和 万方数据 2 6夕理奋弟 4 4卷 自动控制系统也无法阻止这种电压衰减的现象。这 种电压下降的持续时间可能只需几秒钟， 也可能需 数十分钟， 甚至更长。 电压崩溃是电压失去稳定的最 明显特征， 它会导致系统瓦解。 5有载调压变压器自动调压对电压稳定性的 影响 现以一地区电网经线路和可以无限均匀调压的 理想调压变压器向负载供电为例 ( 如图2 所示) ， 说 明有载自动调压对电力系统电压稳定性的影响。 P+j O 地区电网线路有载调压变压器负载 图2 终端系统供电接线 由于电力系统时刻都要遭受到各种扰动的影 响， 只不过是大多数属于小扰动， 而系统对于各种小 扰动具有了足够的稳定性。 当系统遭遇到大扰动时， 往往会引起系统局部地区有、 无功功率的严重失衡， 功率严重缺额的地区会使其母线电压( 如 U ， ) 滑落 到较低水平， 有载调压变压器二次侧电压 认也下降 很多。 刚开始， 由于负载的电压调节效应降低了系统 总的有功及无功功率需求( 如图3 所示) ， 系统仍可 以在较低的电压水平下做短时间稳定运行。而在事 件过后，随着供电变压器有载分接头挡位的自 动调 整， 用户侧电压逐渐恢复， 负载的有功及无功功率消 耗逐渐恢复正常，同时流过电源阻抗2 和线路W L 的电流增大， 电压降也增大， 调压变压器一次侧供电 电压 U I 也随之进一步下降。这时， 如果地区电网没 有足够的无功电源及时投人，势必加剧该电网的无 功功率缺额， 使地区电网电压水平继续下降; 另一方 面， 由于负载的回升， 使网络的电压降也增大了。两 者共同作用的结果， 将导致有载调压变压器二次侧 电压始终不能恢复到额定值， 有载调压就不断动作， 这样形成了有载调压变压器自动调压与地区电网电 0 = P ( 。 ) 尸 寸 飞 “ ) 压持续下降的恶性循环， 最终导致该地区系统的电 压崩溃。从世界各国所发生的事故案例看， 如 1978 年的法国大停电、 1 9 8 3 年的瑞典大停电和1987 年 的日 本大停电事故都与有载调压变压器的自 动调压 直接相关。 这些事故的原因基本相似， 即系统负载不 断上涨， 而系统的无功补偿能力严重不足; 调度部门 在全网电压下降过程中未能果断采取措施切除部分 负载; 变压器有载自动调压带来了副作用。 从以上的 分析可知， 当系统的无功功率供给充分的时候， 有载 调压变压器的自动调压可以保证在系统负载发生变 动时的负载侧电压稳定; 但当系统无功功率供应不 足时，如果继续通过有载调压变压器的自 动调压来 保持负载侧电 压稳定的话， 势必迫使上一级电网电 压下降。 如果此时系统无功功率缺额过多， 就会拖垮 上一级电网的电压， 演变为系统的电压崩溃。法国、 瑞典和日 本三国大停电事故的发展过程恰恰如此。 尽管有载调压变压器的自动调压有其副作用的 一面， 但我们也应看到其在调压方面的优越性能， 不 能因为它有缺点就不使用。 相反， 随着电力系统新技 术的不断引人，电力市场化的步伐加快以及用户对 电能质量要求的提高，有载调压变压器的使用将会 变得更加广泛。对于变压器有载自 动调压所带来的 副作用， 我们可以通过采取适当的措施和方法加以 消除或减小。 ( 1)制定变压器有载调压运行的相关原则。 当调 压变压器一次侧电压高于某一最低数值 ( 如额定值 的9 0 % 一 9 5 %) 时才允许进行有载调压， 相反， 如一次 侧电压低于规定的最低数值时， 应立即闭锁其有载 调压。 ( 2)在系统几个地区建立变压器有载调压的自 动闭锁系统。 将每一地区分成若干“ 带负载调压闭锁 动作区” ， 对所选定的节点进行电压监测、 监控， 当监 测到的电压低于认定门槛时，系统会自动地将闭锁 命令有序地传到该地区的每一台有载调压变压器的 调压装置， 从而闭锁该变压器的有载调压。 参考文献: 川S D 1 3 1 一 1 9 8 4 ，电力系统技术导则 5 . 仁 2 潘文霞， 陈允平， 沈祖治.电力系统电压稳定性研究 J . 电网技术， 2 (X)1 ， 2 5 ( 9 ) : 5 1 一 5 4 【 3 国家电力调度通信中心 电网调度运行实用技术问答 仁 M . 北京: 中国电力出版社， 2 X 旧 【 4王梅义， 吴竟昌， 蒙定中. 大电网技术【 M . 北京: 水利 电力出版社， 199 5. 图3 负载电压特性 万方数据