有載調(diào)壓變壓器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)簡介
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摘要： 通過分析有載調(diào)壓變壓器的優(yōu)缺點后，提出有載調(diào)壓變壓器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)對策。
一、有載調(diào)壓變壓器的優(yōu)點
1、保持電壓穩(wěn)定 變壓器存在阻抗，在功率傳輸中，將產(chǎn)生電壓降，并隨著用戶側(cè)負(fù)荷的變化而變化。系統(tǒng)電壓的波動加上用戶側(cè)負(fù)荷的變化將引起電壓較大的變動。在實現(xiàn)無功功率就地平衡的前提下，當(dāng)電壓變動超過定值時，有載調(diào)壓變壓器在一定的延時后會動作，對電壓進(jìn)行調(diào)整，并保持電壓的穩(wěn)定。
2、保證電壓質(zhì)量 供電變壓器的任務(wù)是直接向負(fù)荷中心供應(yīng)電力，一次側(cè)直接接到主電壓網(wǎng)(220 kV及以上)或接到地區(qū)供電電網(wǎng)(35～110 kV)。這類變壓器不但向負(fù)荷提供有功功率，也往往同時提供無功功率，而且一般短路阻抗也較大。隨著地區(qū)負(fù)荷變化，如果沒有配置有載調(diào)壓變壓器，供電母線電壓將隨之變化。因此，我國《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則(試行)》規(guī)定了“對110 kV及以下變壓器，宜考慮至少有一級電壓的變壓器采用帶負(fù)載調(diào)壓方式”。因此，對直接向供電中心供電的有載調(diào)壓變壓器，在實現(xiàn)無功功率分區(qū)就地平衡的前提下，隨著地區(qū)負(fù)荷增減變化，配合無功補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)電容器及低壓電抗器的投切，調(diào)整分接頭，以便隨時保證對用戶的供電電壓質(zhì)量。
3、主變壓器的改造 至1998年底，珠海電力局的3座220 kV變電站有6臺主變壓器已改造成有載調(diào)壓變壓器，加上22座110 kV變電站的有載調(diào)壓變壓器，合計有載調(diào)壓變壓器39臺，市區(qū)變電站全部為有載調(diào)壓變壓器。1997年，斗門供電局已對3臺主變壓器進(jìn)行了有載調(diào)壓變壓器的改造，并計劃在1999年底把余下的主變壓器改造或更換成有載調(diào)壓變壓器。進(jìn)一步保證10 kV配網(wǎng)電壓質(zhì)量，為爭創(chuàng)一流供電企業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。此外，有載調(diào)壓變壓器可以保持電網(wǎng)運行在較高的電壓水平，優(yōu)化了無功功率，從而降低了線損，提高了電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。
二、有載調(diào)壓變壓器的缺點
1、不能改變無功需求平衡狀態(tài) 當(dāng)系統(tǒng)無功功率缺額時，負(fù)荷的電壓特性可以使系統(tǒng)在較低電壓下保持穩(wěn)定運行，但如果無功功率缺額較大時，為保持電壓水平，有載調(diào)壓變壓器動作，電壓暫時上升，將無功功率缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主網(wǎng)，從而使主網(wǎng)電壓逐漸下降，嚴(yán)重時可能引發(fā)系統(tǒng)電壓崩潰。因為這個原因，世界上有幾次大停電事故：例如1983年12月27日的瑞典大停電事故；1987年7月23日的日本東京電力系統(tǒng)停電事故。這幾次大事故都造成了極大的損失。瑞典大停電事故使南部系統(tǒng)全停電，停電負(fù)荷11 400 MW，占整個系統(tǒng)負(fù)荷的67%，電網(wǎng)全部恢復(fù)時間用了7 h 以上，事故損失2～3億瑞典 克 郎，約3 000 ～5 000萬美元。日本東京大停電事故停電8 168 MW，影響用戶280萬戶，停電時間最長達(dá)3 h 21 min，兩個500 kV變電站及一個275 kV變電站全站停電，影響日本13條鐵路線停運達(dá)3 h 50 min，東京地鐵及私營鐵路停運長達(dá)3 h，自來水中斷，銀行計算機(jī)系統(tǒng)中斷，造成社會生活混亂。
2、影響變壓器運行的可靠性 變壓器配置有載調(diào)壓分接頭，降低了變壓器運行的可靠性。 1982年，國際大電網(wǎng)會議變壓器委員會提出過一份報告，特別指出了帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓的分接頭，不僅自身不可靠，同時還增加了變壓器整體設(shè)計的復(fù)雜性。此外，有載調(diào)壓變壓器由于帶負(fù)荷調(diào)整電壓，不可避免地產(chǎn)生電弧，其積聚游離變壓器油使有載調(diào)壓變壓器中的瓦斯冒出，有時還會引起誤動作或誤發(fā)信號。因此，大容量變壓器配置了有載調(diào)壓分接頭，的確給變壓器的可靠運行造成了一定的影響。
3、加大投資及運行費用 變壓器配置了有載調(diào)壓分接頭后，體積上要比同容量的變壓器大，不僅增加了變壓器的投資，同時也增加了運行維護(hù)費用，另一方面在檢修調(diào)壓箱時，停電所需時間也較長。 例如，一臺SCZ-800／10型10 kV干式有載調(diào)壓變壓器約30萬元，而一臺SC-800／10型10 kV無載調(diào)壓變壓器才約20 萬元，增加了投資約1／3。一臺110 kV，40 MVA有載調(diào)壓主變壓器約155萬元，比相同容量無載調(diào)壓變壓器的設(shè)計更為復(fù)雜，價格也相對較高。另外，頻繁動作有載分接開關(guān)及其傳動機(jī)構(gòu)也增加了運行管理及維護(hù)費用。
4、采用相應(yīng)的技術(shù)對策 有載調(diào)壓變壓器雖存在一些不足，但只要我們在電網(wǎng)規(guī)劃時進(jìn)行全面的綜合考慮，在系統(tǒng)受到擾動時合理調(diào)度，就能揚長避短，發(fā)揮其積極作用。
下面是筆者對應(yīng)用有載調(diào)壓變壓器的幾點建議：
a)對供電變壓器，為提高用戶供電質(zhì)量，減低線損，宜采用有載調(diào)壓方式。由于有載調(diào)壓變壓器無法改變系統(tǒng)的無功需求平衡狀態(tài)，為避免引發(fā)電網(wǎng)電壓崩潰，系統(tǒng)應(yīng)有足夠的無功容量。對電網(wǎng)及無功功率規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)進(jìn)行綜合考慮，提高網(wǎng)絡(luò)電壓強(qiáng)度。系統(tǒng)無功功率能分層分區(qū)就地平衡，優(yōu)化配置并保持足夠的事故備用容量，避免有載調(diào)壓變壓器動作引發(fā)電壓崩潰，造成大面積停電。
b)系統(tǒng)出現(xiàn)大擾動，引發(fā)電壓大幅度下降時，調(diào)度員應(yīng)及時采取措施，閉鎖有載調(diào)壓，并切除部分負(fù)荷，消除系統(tǒng)有功和無功缺額，或在系統(tǒng)中設(shè)置電壓降低自動減負(fù)荷裝置，抵消變壓器控制產(chǎn)生的負(fù)面影響，快速動作，限制局部擾動發(fā)展為全網(wǎng)或主網(wǎng)事故。
c)根據(jù)《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，除了在電網(wǎng)電壓可能有較大變化的220 kV及以上的降壓變壓器及聯(lián)絡(luò)變壓器(例如接于出力變化大的電廠或接于時而為送端，時而為受端的母線等)時，可采用帶負(fù)荷調(diào)壓方式外，一般不宜采用帶負(fù)荷調(diào)壓方式。
d)對高電壓大容量變壓器(包括升壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器)，為提高本身的可靠性，防止諧振過電壓，也應(yīng)盡可能不用分接頭，必要時也僅用調(diào)節(jié)范圍不大的無載調(diào)壓方式，在變壓器內(nèi)采用氧化鋅避雷器作吸收過電壓保護(hù)。
e)對兩臺并聯(lián)運行的有載調(diào)壓變壓器，容許在85%變壓器額定負(fù)荷電流及以下的情況時進(jìn)行分接頭變換操作，對85%以上的情況應(yīng)閉鎖分接頭變換。另外，必須設(shè)置可靠的失步保護(hù)，確保兩臺變壓器同步切換。
f)嚴(yán)格執(zhí)行“電力系統(tǒng)電壓和無功電力管理條例”。對變壓器分接頭，按照其電壓管理范圍，分級管理。各級電力調(diào)度部門應(yīng)根據(jù)負(fù)荷及潮流的變化，準(zhǔn)確下達(dá)調(diào)整有載調(diào)壓變壓器分接頭動作命令，以改善電壓質(zhì)量。在變化了的分接頭電壓等級下，自動進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)耐肚?，以達(dá)到系統(tǒng)電壓和無功功率的全面優(yōu)化管理。
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