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廣東電網500kV主變壓器有載調壓效應研究石輝張勇軍2（1.湖南省電力公司調度通信局，湖南長沙410007；2.華南理工大學電力學院，廣東廣州510640）夏季小方式、冬季小方式下發電廠定電壓運行、定無功功率運行工況進行調壓效應分析，并總結出規律，指出對500kV有載調壓變壓器參與電壓調控的要求。
維持電力系統靜態電壓穩定與合格的控制手段主要有變壓器有載調壓、無功補償調節和發電機出力控制等。變壓器有載調壓具有操作成本低、適用范圍廣、調壓效果明顯等優點，同時也是造成系統電壓失穩的三大誘因之，旦調壓失穩則對電網安全帶來巨大威脅。
本文就此問題進行深入分析，以梅州電網夏季小方式和冬季小方式為分析模型，以潮流計算為工具，對比梅州電網500kV嘉應變電站主變壓器上調和下調1檔時主要節點電壓和線路無功功率的變化情況，提出樞紐變電站調壓效應指標，以此論證廣東電網500kV主變壓器抽頭調整所能帶來的調壓效益以及對系統的影響。
1電網模型梅州電網地處粵東，上網小水電分布廣泛且規模較大，發電量呈較大的季節性波動。梅州地區濕熱氣候持續時間長，負荷低谷時間短，全年總體上電網電壓略偏高。由于電網建設偏重容性無功支撐而忽略感性無功補償，在小方式下特別是負荷低谷期電壓嚴重偏高而缺乏調控手段。梅州電網在電源、負荷及電壓調控等方面集中體現了廣東電網的特點。
目前梅州電網發電裝機容量為2.中省調電廠裝機容量1.904GW，地方電廠裝機容量1.044GW；在運行的500kV變電站1座，220kV變電站9座，110kV變電站52座；在運行的路100條；2009年全網高負荷為860MW.本文分析以500kV嘉應變電站及所轄下層電網為對象，以各層電網主要的節點電壓和線路無功潮流為分析指標。模型采用系統等值節點代表廣東電網，通過一個500kV等值電抗Xs連接嘉應變電站500kV母線，Xs =11n，同時系統等值節點也作為梅州電網的節點。分別在夏季小方式、冬季小方式下發電廠參與調壓（作為PU節點）和不參與調壓（作為節點）時，考察500kV主變壓器檔位上調1檔、下調1檔引起的全網電壓和無功潮流變化情況。
2調檔效應分析2.1 1檔調壓效應指標主變壓器有載調壓將引起系統無功差額變化，500kV主變壓器調檔過于劇烈會危及電壓安全，般以1檔為宜。為考察有載調壓對系統各節點電壓和無功功率的影響，本文提出以1檔調壓電壓效應指標表征系統各節點因500kV變壓器調整1檔引起的電壓變化量（標幺值），以1檔調壓無功效應指標AQlap表征各220kV輸電線路因500kV變壓器調整1檔引起的注入無功功率相對變化量。定義分別如下：節點電壓變化量（標幺值）；AQ1、AQ2分別為上調、下調1檔引起的線路注入無功功率變化量；Q.為調檔前線路初始注入的無功功率。由于上、下調檔及其調壓效應具有定的對稱性，因此△U、4能夠客觀地描述主變壓器有載調壓對系統各節點及線路的平均電壓調節、無功功率調節效應。
2.2發電廠定電壓運行時調壓分析夏季小方式下，梅州電網水電充足，而負荷相對較輕，易出現電壓偏高乃至越上限問題。以典型夏季小方式為建模基礎，考慮各220kV上網發電廠都為定電壓運行（即設為PU節點），500kV主變壓器從初始的第13檔上調至第12檔及下調至第14檔時，與省網相連的500kV關口節點及下層電網的電壓、無功功率見表1，變化趨勢如和所示。
表1發電廠定電壓運行時500kV關口節點1檔調壓的電壓、無功功率變化情況參數第12檔第13檔第14檔系統等值節點電壓/kV嘉應變電站500kV母線電壓/kV注入有功功率/MW一8注入無功功率/Mvar一42全網總有功功率損耗/MW全網總無功功率損耗/Mvar發電廠定電壓運行時500kV主變壓器的1檔調壓電壓效應發電廠定電壓運行時500kV主變壓器的1檔調壓無功功率效應的注入有功功率、注入無功功率為從系統等值節點注入梅州電網的有功功率和無功功率，全網總有功功率、無功功率損耗為關口統計損耗。從可見，500kV主變壓器對不同電壓等級、不同節點有不同的1檔調壓電壓效應，基本上全網節點AUlape，且3個電壓等級節點的可分為相同等級的5個水平層次。
觀察原始數據發現，220kV、110kV和10kV電網AU?大的節點分別是嘉應變電站、蕉嶺變電站和土嶺變電站的220kV母線，以及蕉嶺變電站、土嶺變電站的110kV母線和10kV母線，在全網中上述節點與500kV嘉應變電站電氣距離近；而AU0的節點為各上網電廠220kV側，以及豐順變電站、興寧變電站、梅縣變電站110kV側及10kV側等，其中這3座降壓站與500kV嘉應變電站的電氣距離相對遠。
從可見，500kV主變壓器上（下）調1檔前后，部分220kV線路注入的無功功率出現變化，且不同線路500kV主變壓器的Alap各不相同，0 與發電廠定電壓運行相比，在發電廠定無功功率運行工況下，500kV主變壓器上（下）調1檔時，500kV側母線電壓和關口注入無功功率變化較小，全網無功功率損耗變化較大。 與此同時，下層電網各節點的△"大為提高，較發電廠定電壓運行工況普遍提高10倍以上，表2發電廠定無功功率運行時500kV關口節點1檔調壓的電壓、無功功率變化情況參數第12檔第13檔第14檔系統等值節點電壓/kV嘉應變電站500kV母線電壓/kV注入有功功率/MW一9一8注入無功功率/Mvar全網總有功功率損耗/MW全網總無功功率損耗/Mvar發電廠定無功功率運行時500kV主變壓器的1檔調壓電壓效應發電廠定無功功率運行時500kV主變壓器的1檔調壓無功功率效應全網節點的△" 5）。對比220kV、110kV和10kV等級節點的1檔調壓電壓效應發現，220kV節點的△"大值和小值均高高于10kV節點，說明高電壓等級節點對500kV主變壓器調檔的電壓靈敏度更高，調壓效果更明顯。 觀察原始數據發現，與前述發電廠定電壓運行相反，△U?大的節點分別是揭陽變電站、豐順變電站、琴江變電站和蕉嶺變電站的220kV側，以及豐順變電站、琴江變電站和興寧變電站的110kV側和10kV側，在全網中上述節點與500kV嘉應變電站電氣距離較遠；而△"小的節點為各上網發電廠220kV側，以及土嶺變電站、蕉嶺變電站和雁洋變電站的110kV側和10kV側等與500kV嘉應變電站電氣距離近的節點。這主要是由于發電廠定無功功率出力，導致系統節點電壓完全依靠線路無功互濟來支撐，無功功率不足導致電壓變化較大；同時，發電廠上網點附近無功功率平衡而邊緣地區無功功率出現波動。 從可見，在發電廠定無功功率運行工況下，500kV主變壓器上（下）調1檔時，220kV線路的注入無功功率也出現新變化，0 發電廠定電壓運行時，系統節點和線路的△"、lap隨著與500kV嘉應變電站電氣距離的增大而減小；而在發電廠定無功功率運行時，系統節點和線路的△"、AQ1隨著與500kV嘉應變電站電氣距離的增大而增大。 綜合上述分析，主要結論為：夏季小方式下，當發電廠采用定電壓運行時，500kV主變壓器AU?很小，大值不超過0.0016，而1檔調壓無功功率效應相對較大，全網△<3平均值為0.445；當發電廠采用定無功功率運行時，500kV主變壓器AU?提高10倍左右，U小值超過0. 0135，而1檔調壓無功功率效應相對較小，全網△平均值為0.270.夏季小方式變化特征相近，主要區別在于發電廠定電壓運行與定無功功率運行的△差距明顯增大。 在電廠定電壓運行工況下，220kV、110kV和10kV級節點對500kV主變壓器調檔的電壓靈敏度無明顯差別，同電壓等級節點的△"以及全部220kV線路的△Qlap隨距500kV變電站的電氣距離增大而減小；在電廠定無功功率運行工況下，情況與此相反，節點對500kV主變壓器調檔的電壓靈敏度隨節點電壓等級的升高而增大，同電壓等級節點的△"及全部220kV線路的△Qlap隨距500kV變電站的電氣距離增大而增大。 調檔引起的全網電壓變化方向一致，而線路無功功率變化方向有正有負，且檔位上、下調引起的電壓、無功功率變化均趨于對稱。 3結論小方式下電壓偏高乃至失調的問題是困擾廣東電網電壓和無功功率調控的一大難點，相對而言大方式下的電壓、無功功率調控壓力小得多。在目前調控手段相對缺乏的情況下，500kV主變壓器有載調壓被認為是較有成效的調控手段之，同時，鑒于500kV有載調壓對系統無功平衡的沖擊及對大系統穩定的影響，這一調控措施必須謹慎采用。 本文取粵東地區梅州電網為分析模型，分別對夏季小方式、冬季小方式下發電廠定電壓運行、定無功功率運行工況進行了調壓效應分析，采用△u和△衡量有載調壓對電網不同節點和線路的影響程度。分析表明，在夏季小方式和冬季小方式下，500kV主變壓器有載調壓對下層電網不同節點和線路的電壓和無功功率影響趨勢較致，具體指標大小略有不同。調檔引起的全網電壓變化方向致，而線路無功功率變化方向有正有負，且檔位上、下調引起的電壓、無功功率變化均趨于對稱。 在電廠定電壓運行工況下，同電壓等級節點的△以及全部220kV線路的Alap隨距500kV變電站的電氣距離增大而減小；在電廠定無功功率運行工況下，節點對500kV主變壓器調檔的電壓靈敏度隨節點電壓等級升高而增大，同電壓等級節點的△"以及全部220kV線路的△隨距500kV變電站的電氣距離增大而增大。
