电压无功控制在变电站中的应用

1电压无功控制在变电站中的应用吴钟飞1，2，刘涤尘1（1.武汉大学电气工程学院，湖北武汉市430072）（2.广电集团东莞供电分公司,广东东莞市523008）摘要：给合东莞供电分供司这几年以来，电压无功控制(VQC)装置的使用，论述VQC技术的发展、VQC装置类型及其优缺点。介绍避免分接头、电容器振荡动作而采取的VQC控制策略和科学合理的定值整定，以及VQC在东莞供电分公司变电站使用中经验探讨。关健词：VQC控制策略独立单元定值整定0、前言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，而减少无功在线路上的流动，降低网损经济供电又是每一供电部门的目标，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，则一方面增加值班人员的负担，另一方面依靠人去判断操作很难做到调节的合理性。VQC装置能够二十四小时自动对主变分接头进行调节和对电容器自动投切，从而实现无功就地平衡和母线电压质量的合格。但是，在使用VQC中我们发现：VQC能否达到预想的最佳控制效果，既要有功能齐全、安全可靠的VQC装置，也要有科学合理的VQC定值，同时要有提供给VQC装置可靠的数据和责任明确的VQC及与其有关的设备维护、运行管理。一、VQC装置在东莞分公司的应用情况目前，在电力系统中使用的VQC装置有两种：其一是专用型VQC装置，其二是兼用型VQC装置。早期开发的VQC是基于单片机的专用型VQC装置机，随着技术的发展，专用型VQC装置普遍改为基于工控机的设计，它自采各种模拟量、开关量和保护信号，这种VQC装置目前在东莞分公司的一些非综合自动化的220kV变电站使用。其缺点是它自已采集变电站的开关量、模拟量和保护信号，因此要增加大量二次电缆，要重复投资数量不少的设备和占有一定基建空间。兼用型VQC装置其实是个应用软件包，其软件内嵌于原先的当地监控系统。这是现在VQC的主流设计，已经逐渐成为变电站综合自动化系统的一部分。这种VQC2技术是，其所需的模拟量、开关量和保护信号依靠当地监控系统。兼用型VQC装置目前东莞分公司220kV、110kV变电站使用。这种VQC技术也分二种类型：第一种是VQC应用软件包下装于远动设备主监控机，优点是节省设备资源，其更适合用于变电站内无后台电脑的监控系统的无人值班变电站；其缺点是维护相对麻烦，而且查找VQC闭锁原因时，往往要借助安装有相应软件的手提电脑。HARRIS公司的GR-90型RTU（远动终端设备）的采用的是这种用软件模块来实现变电站无功电压的自动调节。第二种是VQC软件作为一个应用软件包装在变电站的后台监控电脑，这种方式的VQC可以借用后台电脑的丰富资源，可以做到VQC的界面较友好，在VQC闭锁时，较容易查找原因，当然其前提是当地监控系统要有后台电脑。南瑞公司的BJ系列、四方公司的CSC2000等综合自动化系统，分别使用VQC软件包安装于变电站当地计算机监控系统中来实现VQC功能。二、VQC的控制策略调节主变分接头和投切电容器，对母线电压(U)和无功(Q)都有影响，影响的大小(△U、△Q)与变电站系统实时负荷和母线电压有关，但投切电容器时对△U、△Q比调节主变分接头影响大。目前在东莞分公司使用的VQC装置中，一台主变和与之相连的10kV母线作为一个VQC独立单元，在每个VQC独立单元中，有的是基于“井”字形九区域控制，也有为了防止VQC调节中出现误动作和振荡动作而提出改进的十七区域控制策略[1]。在使用中发现九区域控制策略容易引起振荡，而十七区控制策略由于把△Qq（投切一组电容器引起无功最大变化量）、△QU（分接头调节一档引起的无功最大变化量）、△Uq（投切一组电容器引起的电压最大变化量）和△UU（分接头调节一档引起的由压最大变化量）作为八个独立动作区域，它确实具有较好的控制效果。在调节方式上，我们选电压优先，在确保电压合格的情况下，尽量满足无功就地平衡。在多种控制策略中，VQC独立单元的智能化动作过程也不一样。我们在使用的VQC装置中，较好的VQC独立单元程序流程图如图一。3三、VＱＣ的定值整定如果VQC定值下得不合理，无论VQC装置多么可靠，调节策略多么完美，都不可能达到理想的控制效果。VQC是为了确保母线的电压质量合格和无功就地平衡，因此，原则上我们应该取主变高压侧的无功和低压侧母线电压。但是，实际应用中为了减少因季节和负荷的变化而修改无功Q上下限值次数，我们把无功转换为功率因数COSΦ作为判断依据。另外，东莞地区一些110kV单元结线变电站没有110kVPT，无法测量110kV侧无功负荷，只能监测到10kV侧的无功，因此必须把10kV侧的无功折算成110kV侧无功负荷，方法如下：Q=Q10+Qb,Qb=0.02*I其中：Q为110kV侧的瞬时无功功率，Q10为10kV侧的瞬时无功功率，Qb为主变下发急停命令做电容器调节计时调整定值时间段调整拒动设置得到母线、主变连接状态若是做升操作选择档位最低的主变，若是做降操作选择档位最高的主变是否处于调节闭锁中检查闭锁条件做分接头调节开始调节策略存在否第二种策略可调？为分接头操作？第一种策略可调？是发现滑档？有操作结果？调节计时时间已到？检查闭锁条件存在根据连接状态，设置相应的闭锁找出计划用来投切的电容器计算当前Q和U值运行区域根据计划用的设备对无功和电压的影响计算动作定值分接头调节？操作的主变为并列运行？操作记录是是是是是是是是否否否否否否否否否是否是图四VQC独立单元程序流程图4本身的无功损耗，I为主变高压侧电流。在电压合格，无功基本平衡的前提下，应尽量减少电容器投切和主变档位调节的次数。我们利用计算机的强大功能，对VQC独立单元的无功功率、母线电压做短期预测。一方面，理论上变压器允许短时间过负荷，当过负荷1.3倍时可以延续2个小时。可以利用负荷预测判断可能出现的负荷短期波动，适当延时电容器、分接头动作时间，从而减少不必要的投切和调节[2]。另一方面，负荷预测可以提供一天最优变化的功率因数和电压曲线，为功率因数和电压上下限值提出更为合理有效的整定[3]。电压和功率因数上下限定值要考虑在一天不同时段和一年不同季节中上下限值的不同。在实际应用中，整定功率因数上下限时，要考虑以下几种情况：（1）、配合逆电压的要求，由于在高峰负荷时电容器可能已经全部投入，此时应将功率因数下限下调，避免无电容器可投的情况；（2）、在低谷负荷时，将功率因数上限上调；（3）、允许少量无功倒送，避免电容器振荡动作；（4）、为了增加对电容器投切的敏感，谷荷转入峰荷时，将功率因数下限上调；峰荷转入谷荷时，将功率因数上限下调。△Qq、、△QU、△Uq、△UU的定值对VQC合理的投切影响也很大，定值与实际值的误差往往将异致主变分接头或电容器振荡动作。因此，其定值要随变电站VQC独立单元的负荷、电容器容量等参数变化而变化。四、经验探讨1、VQC装置要有预判功能，即VQC动作前其要考虑动作后的情况，判断动作的合理性，避免分接头或电容器振荡动作。2、为了适应无人值班站，全站VQC的投入使用和退出使用，就地(变电站)和远方(调度端)可以控制，象一个开关一样进行操作。为了安全，采用“与”逻辑，即VQC只有就地和远方都投入使用，VQC才能工作。见图二：VQC投切电容器VQC调节主变档位限制主变相关开关刀闸合位保护闭锁VQC功能正常远方投入故障消除就地投入电容器开关刀闸合位开关拒动故障消除过负荷保护闭锁滑档、拒动图二独立单元的VQC正常动作逻辑开始53、变电站当地和调度端VQC的投入/退出状态都要作为一个遥信开关量反映到调度端。当VQC独立单元闭锁时，分别要提供一个遥信量在调度端来反映VQC异常。实现这些遥信量，可以用软件虚拟，也可在现场增加继电器来提供状态量。在应用中发现，用继电器比采用软件虚拟更为可靠。4、VQC的闭锁条件是VQC投入使用后变电站安全运行的关健，其闭锁条件有开关、刀闸状态以及接点遥信闭锁，还有遥测值闭锁和以通讯报文方式从保护装置送过来的保护信号闭锁。拒动类设备故障闭锁和保护信号闭锁必须人工解除，不能自动解除；遥测和开关刀闸状态类的遥信闭锁，设为自动解除闭锁。5、以一条母线为独立单元来考虑电压与无功的自动调节，两台主变并联运行时，允许VQC动作，但要首先尽量保持各台主变分接头档位的一致。连在各段母线的电容都可以进行投切，但要有一定次序。另外，多段母线并列运行时，应检查各段母线电压的测量误差要在允许范围内。6、主变分接头开关或电容器开关动作后，要有一定的闭锁时间，防止短时间内频繁操作设备。在主变分接头开关操作过程中，要进行滑档判断及处理。7、为了确保VQC的定值尽可能准确、可靠，VQC定值的确定往往是在变电站设备正常运行一段时间以后。在调试验收VQC功能时，为了安全和尽量减少对变电站运行设备的影响，所有遥控出口压板要拉开。对于闭锁条件，遥测和开关刀闸状态类的遥信闭锁，一般采用人工赋值；接点式的保护信号闭锁，则可加上遥信电源（直流24伏或220伏）模拟；以通讯报文方式的保护信号闭锁，要从保护装置与监控主机间通讯口以报文方式来模拟。五、结束语随着变电站实现无人值班步伐的加快，电压无功自动调节逐渐成为调度自动化中不可缺少的环节。但是，电压无功自动调节是否完好地实现，除了VQC装置本身之外，其外围设备能否提供可靠地信息是至关重要的。因此，要确保输入的模拟量、开关与刀闸的位置和保护信号的准确。在实际应用中，一些陈旧VQC的外围设备提供开关、刀闸的位置和保护信号的不可靠，常常引起VQC功能的闭锁，降低了VQC使用的效率。另外，在VQC使用中，明确各自责任，加强技术管理是确保VQC达到理想预期控制效果的关键。参考文献1周邺飞，赵金荣.电压无功自动控制软件及其应用.电力系统自动化,2000,24（9）62熊小伏，王志勇.引入负荷预测的变电站电压无功控制.电力系统自动化2003，27（13）3朱春明，刘明波等.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）吴钟飞（1972－），男，工程师，硕士研究生，主要从事、研究变电站综合自动化。刘涤尘（1953－），男，教授，博士生导师，主要研究方向为电力电子技术应用、电力自动监控技术等。吴钟飞通信地址：东莞市东城大道广电集团东莞供电分公司调度中心，邮编:523008电话：(0769)282921313922930886E-mail:[e-mail]