有载自动调压对电力系统电压稳定性的分析

有载自动调压对电力系统电压稳定性的分析论文作者：不详您是本文第154位读者摘要：介绍了有载调压变压器自动调压分接头的作用，重点分析了自动调压对电力系统电压稳定性的影响，并探讨消除其副作用的技术措施。关键词：有载自动调压扰动电压稳定性电压崩溃电力系统为了将运行电压维持在一个合理的水平，采取了诸多调整电压的措施，通过调整变压器的电压分接头来调整电压是电力系统经常采用的措施，特别是有载调压变压器由于其能在带负载的情况下调整电压以及电压调整范围较宽的优点而受到越来越广泛的使用。然而，改变变压器的变比调压是有条件的。它就是：必须维持系统的无功功率平衡。离开了这个条件，非但不能起到调压的作用，在严重的情况下还可能引起系统电压的全面崩溃，使系统解列，招致灾难性的后果。1变压器的调压原理改变变压器电压分接头对调整电压的作用可用图1（a）所示的系统图来说明。图1（a）是两个电压网络经变压器连接成的系统图，图1（b）是它的等值电路图。图中各参数都用标么值表示，其中ZT为调压变压器的短路阻抗；K为变比标么值，其值为K＝后的实际变比，Kn为额定变比，Ujn为高压侧主分接头对应的额定电压（其余分接头对应的额定电压为Uj），Udn为低压侧额定电压。当K＞1时，Y1为感性，Y2为容性；当K＝1时，Y1＝Y2＝0；当K＜1时，Y1为容性，Y2为感性。改变变压器的分接头也就是改变变比。从以上的分析可知，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Y1及Y2的性质和大小，以改变变压器两则系统无功潮流的变化，从而影响变压器两侧电压。2有载调压变压器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，它不能改变负荷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，所以对于直接向负荷中心供电的变压器，宜配置带负荷调压分接头，随着地区负荷的增减，合理调节有载调压器的电压分接头，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110千伏及以下系统，宜考虑至少有一级电压的变压器采用带负荷调压方式。从国外情况来看，无论对于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荷调压分接头，一些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调压分接头自动调整系统电压在许多国家已经广泛使用，在我国也有逐渐推广使用的趋势。但是，任何事物都不是尽善尽美的，有载调压变压器自动调压的作用也不总是积极的，有时还可能引起系统电压的更加低落，最终引起电压崩溃事故的出现。3关于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，负荷的无功功率与电源的无功功率能否保持平衡或恢复平衡的问题。所谓电压崩溃是指电力系统由于扰动、负荷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。电压崩溃是电压失稳的最明显特征，它会导致系统瓦解。4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。由于电力系统时时刻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足够的稳定性罢了。当系统遭遇到大扰动时（如各种短路故障、负荷急剧变动、误操作等），往往会引起地区有、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U1）滑落到较低水平，有载调压变压器二次侧电压U2也下降很多。刚开始，由于负荷的电压效应，降低了总的有功及无功功率需求（如图3所示），系统仍可以在较低电压水平情况下短时间地稳定运行。而在事件过后，随着供电变压器电压抽头的自动调整，用户侧电压逐渐恢复，负荷的有功及无功功率消耗逐渐恢复正常，同时流过电源阻抗Z和线路WL的电流增大，电压降也增大，调压变压器一次侧供电电压U′1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入，势必加剧该电网的无功功率缺额，使地区电网电压继续下降；另一方面，由于负荷的回升，使网络的电压降也增大了。两者作用的结果，导致有载调压变压器二次侧电压始终不能恢复至额定值，有载调压就不断动作，形成了有载调压器自动调压与地区电网电压持续下降的恶性循环，从而最终引起了地区系统的全面电压崩溃。1978年的法国大停电、1983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。事故的原因相似，即负荷上涨，无功补偿能力严重不足；调度在全网电压下降过程中未果断切除部分负荷；变压器带负荷自动调电压的副作用。从以上的分析可知，当电网的无功功率供给充分的时候，有载调压器自动调压分接头可以保持负荷变动时的负荷侧电压稳定；但当网络无功功率供应不足时，如果继续保持负荷侧的电压稳定，势必迫使上一级电网电压下降。而如果网络无功功率缺额过多，就会拖垮高压电网的电压，发展为电压崩溃。法国、瑞典、日本三国大停电事故的发展过程恰恰就是这样的。尽管变压器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。扬长避短，兴利除弊，这才是对待事物的正确方法。不能因为它有缺点就不使用。相反，随着新技术的引入，电力市场化的步伐加快以及用户对电能质量要求的提高，有载调压变压器自动调压分接头的使用势必更加广泛。对于有载自动调压所带来的副作用，通过采取适当的措施和方法是可以消除或减小的：（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90％～95％）时才允许进行有载调压，如一次侧电压低于规定的最低数值时，立即闭锁有载调压。（2）在系统几个地区建立带负荷调压的自动闭锁系统。将每一地区分成若干“带负荷调压闭锁动作区”，由选定的节点测定电压进行监控，当监测到的电压低于认定门槛时，自动地将闭锁命令有序地传到本区的每一台带负荷自动调压装置，闭锁变压器的带负荷调压。