萍乡电网无功电压研究

肖海毅　彭丽芳

摘要：电网复杂程度的增加使电网的安全稳定问题更加突出，除可能发生功角稳定外，电网如果缺乏足够的电压支撑，容易引发电压失稳，甚至出现电压崩溃，造成大面积电网瓦解。文章对照电力系统电压和无功电力技术导则，对萍乡电网无功电压现状进行了分析，并提出了电网中存在的无功电压安全隐患等问题。

关键词：电网安全；无功电压；无功补偿；安全隐患；电压失稳；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM711 文章编号：1009-2374（2016）28-0124-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.062

最近几十年来，国外包括纽约、东京、巴黎等大都市在内的受端电网由于发生连锁反应故障等原因造成数十次大停电事故，造成巨大损失，如2003年发生的美加“8·14”大停电事故损失负荷6180万kW，2005年5月莫斯科因一座变电站全停也损失负荷200多万kW。这些大停电事故除了造成巨大经济损失。影响人民的正常生活外，还危及到公共安全，造成严重的社会影响。因此有必要在电网规划、建设及运行中充分考虑受端电网的动态电压支撑问题，采取必要的措施，将系统安全隐患降低到最小程度。

电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理的无功补偿不仅能保证电压质量，而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性。电力系统的无功电源与无功负荷在高峰或低谷时都应采用分层分区基本平衡的原则进行配置，并应具有灵活的无功电力调节能力与检修备用容量。目前萍乡电网以220kV电网构成主网架，已经形成220kV双环网结构，但是依然存在较多问题，安源电厂分厂运行时，外送线路仅靠同桿架设的双回线路，发生N-1故障，电网将失去一台大机组支撑，必将对电压无功特性造成较大影响，可能引发电压越限问题。本文主要研究萍乡电网的电压无功存在的问题。

1 萍乡电网电压无功现状及存在的问题

1.1 电压无功现状

电力系统的无功负荷主要来自异步电动机。无功损耗主要来自变压器和输电线路。无功电源主要包括发电无功、线路充电功率和无功补偿装置输出的无功功率。目前萍乡电网发电机组多为小水电和企业自备小火电，缺乏功率因数和电压调整能力，且未开展机组进相能力试验，除安源电厂外其他机组均不具备进相运行能力，萍乡电网无功补偿装置均为电容器组，总容量594.2MVar。

1.2 电压无功问题

从萍乡电网运行现状来看，存在的电压无功问题主要表现在以下三个方面：

1.2.1 220kV网架易发生潮流大范围转移。目前萍乡电网以220kV电网构成主网架，基本形成220kV双环网结构，但是环网内线路多为同杆并架，在发生某些220kV同杆线路同跳故障，潮流大范围转移可能引起电压稳定问题。安源电厂分厂运行情况下，其外送同杆双回线路同跳将造成发电机组与系统解网，可能会引起电压越限问题。

1.2.2 萍乡电网无感性无功补偿装置，高电压情况下缺乏感性无功支撑。萍乡电网地处江西电网西部，属于末端供电地区，原网内最高电压为220kV，大功率送电时无功损耗较大，且无区域性大电厂支撑，电压无功支撑能力不足，故需配置大量的无功补偿装置。随着500kV安源变的投运，网内电源结构发生了极大的变化，同时由于大量220kV线路投入运行，线路充电功率过高，而萍乡电网未配置感性无功装置，因此造成低谷时段时萍乡电网220kV电压过高且缺乏调整电压的能力。

1.2.3 部分大用户无功波动幅度过大且存在无功倒送的问题。萍乡电网用户以工业用户为主，其中用电负荷最高的萍乡钢铁厂存在无功波动幅度过大的问题，其无功随着生产用电负荷的快速波动，能在几分钟内由吸收大量无功转变为倒送大量无功，对系统的无功电压调整造成了很大的影响，造成五陂下、跑马坪等变电站无功快速无序波动，并造成网内电容器在自动装置的控制下频繁动作，难以调控。

2 电压无功平衡分析

无功平衡的总原则为分层分区，就地平衡且避免长距离传输无功，保证电压质量，降低线损。首先应有充足的无功电源，其总容量应满足系统在大负荷方式下的无功功率总需求；其次应有充足的感性无功补偿，保证系统在小负荷方式下不产生无功功率过剩。因此，以下主要计算校验大负荷情况下容性无功补偿装置以及小负荷情况下感性无功补偿装置是否充足性。

2.1 大负荷方式下电网容性无功平衡分析

2015年大负荷方式，萍乡电网计算有功发电出力1320MW，计算有功负荷875MW，计算无功负荷305MVar。萍乡电网根据220kV变电站供区可分为8个供电分区：跑马坪分区；五陂下分区；湘东片分区；泉田片分区；柳江片分区；南岭片分区；关下片分区；大仓前片分区。2015年受安源电厂投运影响，萍乡电网无功补偿容量增加818MVar，同时网内有电容器容量594.2MVar，220kV线路充电功率也达97.3MVar，按照2015年度萍乡电网最大负荷875MW计算，已经完全满足了萍乡电网的无功负荷需求。2015年萍乡电网无功补偿情况统计情况如下：发电机有功1320MW、MVar，发电机无功818MW、MVar，电力电容器594.2MW、MVar，用户电容量72.5，充电功率97.3，110kV有功负荷166.4MW、MVar，35kV有功负荷141.7，10kV有功负荷552MW、MVar，无功负荷821.5MW、MVar，无功缺额-637MW、MVar。

注：（1）最大自然无功负荷根据《电力系统电压和无功技术导则》确定；（2）无功缺额=1.15×最大自然无功负荷-发电机无功-电力电容器-用户电容器-充电功率；（3）以上计算负荷未考虑500kV安源变电站电容器及500kV线路充电功率因素。

2.1.1 电压无功平衡分析。2015年大方式下，萍乡电网220kV系统电压运行在226～232kV，110kV系统运行电压可控制在110～117kV，按照母线电压控制范围要求，2015年大方式下，萍乡电网220kV、110kV母线电压基本满足电网运行要求。

2.1.2 静态N-1校核。对220kV线路、变压器N-1开断后萍乡电网电压无功变化情况进行了分析，可以看出：（1）220kV线路N-1开断，潮流发生转移，萍乡电网220/110kV母线电压降低约1～2kV，均可保持在合理范围内；（2）安泉双回220kV线路开断，将形成长距离链状供电线路，沿途变电站母线电压均有不同程度降低，其中泉田变电压下降1.6kV，但仍可保持在226kV以上；（3）安源电厂单机发电时，如机端功率因数保持在0.98以上，此时开断安源电厂机组，会造成萍乡电网电压普遍下降，220kV母线电压最多降低6kV，故应尽可能地提高安源电厂的功率因数运行。

通过前述大方式及无功平衡分析，2015年大负荷正常运行情况下，各等级电压均能保持在合理范围内，但安源电厂机组开断时，可能造成系统电压大幅波动，故应考虑尽可能提高安源电厂发电出力的功率因数。

2.2 小负荷方式下电网感性无功平衡分析

2.2.1 潮流分析。2015年，萍乡电网建成220kV变电站8座，220kV线路28条576公里，按照运行电压230kV计算充电功率共计169.9MVar，未配置线路高压電抗器。小方式下，萍乡电网计算有功负荷320MW，计算无功负荷52MVar。

2.2.2 电压无功平衡分析。小方式下的潮流图显示，萍乡电网220kV系统电压运行在232kV以上，110kV系统电压可控制运行在110～117kV，在安源电厂不进相运行的情况下，萍乡电网的220kV电压偏高，安源电厂发出部分无功的情况下，萍乡电网电压还将进一步升高，且萍乡地调目前不具备高电压情况下的电压调整手段。萍乡地区感性无功补偿缺额统计如下：总有功负荷320.393MW、MVar，总无功负荷55.729MW、MVar，总功率因数0.985MW、MVar，总充电功率116.394MW、MVar，总电容无功为0MW、MVar，交流线无功损耗6.026MW、MVar，变压器无功损耗13.211MW、MVar，感性无功缺额112MW、MVar。

从以上的情况来看，萍乡电网小负荷期间，电网的总功率因数为0.985，交流线无功损耗为6.026MVar，变压器无功损耗为13.211MVar，但是网内充电功率已高达116.394MVar（其中220kV线路充电功率为97.298MVar），使电网内无功过剩且无法调整。此时萍乡电网各主变的功率因数远不能满足低谷时段0.9～0.95的要求，根据电力系统电压和无功电力技术导则要求，对220kV变电站，在切除并联电容器后，其一次母线功率因数高于0.98时，应装设并联电抗器。因此萍乡电网因考虑在无功功率上网较为严重的五陂下变、柳江变、南岭变以及220kV线路较为集中或线路长度较长的跑马坪变、湘东变装设并联电抗器。负荷波动较大的五陂下变建议安装可快速调节无功出力的补偿装置，如SVC等。

3 结语

（1）安泉双回220kV线路开断，将形成长距离链状供电线路，沿途变电站母线电压均有不同程度降低，其中泉田变电压下降1.6kV，但仍可保持在226kV以上；（2）2015年大负荷正常运行情况下，各等级电压均能保持在合理范围内，但安源电厂机组开断时，可能造成系统电压大幅波动，故应考虑尽可能提高安源电厂发电出力的功率因数；（3）小方式下萍乡电网220kV系统电压运行在232kV以上，在安源电厂不进相运行的情况下，萍乡电网的220kV电压偏高，且萍乡地调目前不具备高电压情况下的电压调整手段，假设在萍乡电网的8个220kV变电站平均分配各投入15MVar电抗器，总计120MVar电抗器，则220kV电压可显著降低至230kV左右；（4）萍乡电网小负荷期间，交流线无功损耗为6.026MVar，变压器无功损耗为13.211MVar，但是网内充电功率已高达116.394MVar（其中220kV线路充电功率97.298MVar），缺乏112MVar的感性无功补偿装置。

参考文献

[1] 电力系统电压和无功电力技术导则（试行）（SD325-1989）[S].

作者简介：肖海毅（1981-），男，国网江西省电力公司萍乡供电分公司工程师，研究方向：无功电压及电网稳定运行。

（责任编辑：秦逊玉）