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浅谈有载调压变压器在电力系统中的应用

  摘要: 通过分析有载调压变压器的优缺点后,提出有载调压变压器在电力系统中应用的技术对策。

1 有载调压变压器的优点
1.1 保持电压稳定
变压器存在阻抗,在功率传输中,将产生电压降,并随着用户侧负荷的变换而变换。系统电压的波动加上用户侧负荷的变换将引起电压较大的变动。在实现无功功率就地平衡的前提下,当电压变动超过定值时,有载调压变压器在一定的延时后会动作,对电压进行调整,并保持电压的稳定。
1.2 保证电压质量
供电变压器的任务是直接向负荷中心供应电力,一次侧直接接到主电压网(220 kV及以上)或接到地区供电电网(35~110 kV)。这类变压器不但向负荷提供有功功率,也往往同时提供无功功率,而且一般短路阻抗也较大。随着地区负荷变换,如果没有配置有载调压变压器,供电母线电压将随之变换。因此,我国《电力系统技术导则(试行)》规定了“对110 kV及以下变压器,宜考虑至少有一级电压的变压器采用带负载调压方式”。因此,对直接向供电中心供电的有载调压变压器,在实现无功功率分区就地平衡的前提下,随着地区负荷增减变换,配合无功补偿设备并联电容器及低压电抗器的投切,调整分接头,以便随时保证对用户的供电电压质量。
1.3 主变压器的改造
至1998年底,珠海电力局的3座220 kV变电站有6台主变压器已改造成有载调压变压器,加上22座110 kV变电站的有载调压变压器,合计有载调压变压器39台,市区变电站全部为有载调压变压器。1997年,斗门供电局已对3台主变压器进行了有载调压变压器的改造,并计划在1999年底把余下的主变压器改造或更换成有载调压变压器。进一步保证10 kV配网电压质量,为争创一流供电企业奠定了坚实的基础。此外,有载调压变压器可以保持电网运行在较高的电压水平,优化了无功功率,从而降低了线损,提高了电网经济效益。
2 有载调压变压器的缺点
2.1 不能改变无功需求平衡状态
当系统无功功率缺额时,负荷的电压特性可以使系统在较低电压下保持稳定运行,但如果无功功率缺额较大时,为保持电压水平,有载调压变压器动作,电压暂时上升,将无功功率缺额全部转嫁到主网,从而使主网电压逐渐下降,严重时可能引发系统电压崩溃。因为这个原因,世界上有几次大停电事故:例如1983年12月27日的瑞典大停电事故;1987年7月23日的日本东京电力系统停电事故。这几次大事故都造成了极大的损失。瑞典大停电事故使南部系统全停电,停电负荷11 400 MW,占整个系统负荷的67%,电网全部恢复时间用了7 h 以上,事故损失2~3亿瑞典 克 郎,约3 000 ~5 000万美元。日本东京大停电事故停电8 168 MW,影响用户280万户,停电时间蕞长达3 h 21 min,两个500 kV变电站及一个275 kV变电站全站停电,影响日本13条铁路线停运达3 h 50 min,东京地铁及私营铁路停运长达3 h,自来水中断,银行计算机系统中断,造成社会生活混乱。
2.2 影响变压器运行的可靠性
变压器配置有载调压分接头,降低了变压器运行的可靠性。
1982年,国际大电网会议变压器委员会提出过一份报告,特别指出了带负荷调节电压的分接头,不仅自身不可靠,同时还增加了变压器整体设计的复杂性。此外,有载调压变压器由于带负荷调整电压,不可避免地产生电弧,其积聚游离变压器油使有载调压变压器中的瓦斯冒出,有时还会引起误动作或误发信号。因此,大容量变压器配置了有载调压分接头,的确给变压器的可靠运行造成了一定的影响。
2.3 加大投资及运行费用
变压器配置了有载调压分接头后,体积上要比同容量的变压器大,不仅增加了变压器的投资,同时也增加了运行维护费用,另一方面在检修调压箱时,停电所需时间也较长。
例如,一台SCZ-800/10型10 kV干式有载调压变压器约30万元,而一台SC-800/10型10 kV无载调压变压器才约20 万元,增加了投资约1/3。一台110 kV,40 MVA有载调压主变压器约155万元,比相同容量无载调压变压器的设计更为复杂,价格也相对较高。另外,频繁动作有载分接开关及其传动机构也增加了运行管理及维护费用。
3 采用相应的技术对策
有载调压变压器虽存在一些不足,但只要我们在电网规划时进行全面的综合考虑,在系统受到扰动时合理调度,就能扬长避短,发挥其积极作用。下面是笔者对应用有载调压变压器的几点建议:
a)对供电变压器,为提高用户供电质量,减低线损,宜采用有载调压方式。由于有载调压变压器无法改变系统的无功需求平衡状态,为避免引发电网电压崩溃,系统应有足够的无功容量。对电网及无功功率规划设计时,应进行综合考虑,提高网络电压强度。系统无功功率能分层分区就地平衡,优化配置并保持足够的事故备用容量,避免有载调压变压器动作引发电压崩溃,造成大面积停电。
b)系统出现大扰动,引发电压大幅度下降时,调度员应及时采取措施,闭锁有载调压,并切除部分负荷,消除系统有功和无功缺额,或在系统中设置电压降低自动减负荷装置,抵消变压器控制产生的负面影响,快速动作,限制局部扰动发展为全网或主网事故。
c)根据《电力系统技术导则》规定,除了在电网电压可能有较大变换的220 kV及以上的降压变压器及联络变压器(例如接于出力变换大的电厂或接于时而为送端,时而为受端的母线等)时,可采用带负荷调压方式外,一般不宜采用带负荷调压方式。
d)对高电压大容量变压器(包括升压变压器和联络变压器),为提高本身的可靠性,防止谐振过电压,也应尽可能不用分接头,必要时也仅用调节范围不大的无载调压方式,在变压器内采用氧化锌避雷器作吸收过电压保护。
e)对两台并联运行的有载调压变压器,容许在85%变压器额定负荷电流及以下的情况时进行分接头变换操作,对85%以上的情况应闭锁分接头变换。另外,必须设置可靠的失步保护,确保两台变压器同步切换。
f)严格执行“电力系统电压和无功电力管理条例”。对变压器分接头,按照其电压管理范围,分级管理。各级电力调度部门应根据负荷及潮流的变换,准确下达调整有载调压变压器分接头动作命令,以改善电压质量。在变换了的分接头电压等级下,自动进行无功补偿的投切,以达到系统电压和无功功率的全面优化管理。

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