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利用低压并联电抗器提高 电压质量的研究与分析
王文林
(黄山供电公司，安徽 黄山 245000)
摘 要：黄山地区 220 kV 电源点万安变电站位于 220kV 系统的最末端，本文对万安变电站的母线电压进行了 调查研究，分析出了电压偏高的原因，并提出了加装 并联低压电抗器进行调压的方案。低压电抗器投入运 行后，对降低万安变电站母线电压起到了很大的作用， 提高了电压合格率，具有很好的推广价值。 关键词：并联电抗器; 电压质量；调整分析
0 引言
源点母线，并列运行)，并增设一台主变(以下简称#1 主变)，万安变#1 主变为 OSFSZ9-120000/220 型自耦变， 有载调压，额定容量 120MVA ，额定电压为 220±8× 1.25%/121/38.5 kV 。万安变 220kV 进线变为两条线路 并列运行，故线路充电无功较大，且 110kV 线路出线 较多，充电无功也较大。同时因黄山地区有着丰富的
水力资源，电网内小水电众多，水电装机容量已达 50 MW 。造成 220 kV 线路中传输的有功功率小于自然功率， 线路就会将多余的无功功率输送到系统中，由于输电 电压等级高、线路长，故线路所产生的无功功率较大。
根据《电能质量供电电压允许偏差》(GB12325—90) 中要求，220 kV 变电站 220 kV 、110kV 母线电压偏差 允许范围为额定电压的(-3%～+7%)，即相应电压等级 不能高于 235．4kV 、117.7kV 。要求 35kV 母线电压合
格范围为 35 kV ～38.5kV ，10kV 母线电压合格范围为 [1]
黄山地区电网 220kV 电源点处安徽省 220kV 网架 的最末端，由于历史和负荷等诸多原因，黄山电网的 网架结构比较薄弱，仅 1 座 220 kV 变电站(万安变)， 依靠 1 条 220 kV 宁万 2895 线路与系统联接，属于典 型的终端变供电方式。其电源点 220kV 万安变处于系 统末端，由于线路较长，并且负荷较轻，造成 220kV 万安变母线电压大多时间偏高。220 kV 万安变于 1995 年投 运，运行主 变一 台 ( 以 下 简 称 #2 主 变 )， 为 OSFPS7-120000/220  型自耦变，无载调压，额定容量 120MVA ，额定电压 220+1
⨯ 2.5% /121/38.5kV ，110kV 出线 4 回，分别供 6 座 110kV 变电站。因当时安徽电 网 220 kV 系统电压偏低等客观因素，以上的分接头档 位基本满足了对电压质量的要求。近年来由于用电负 荷快速攀升，110kV 出线增加为 6 回，110kV 变电站增 加为 12 座。万安变于 2004 年进行了扩建，新增一条 22
0kV 宁万 2896 线路(两条 220 kV 线路来自同一个电
10 kV ～10.7kV 。
1 万安变电压质量存在的问题
[2]
自 2004 年 6 月始，随着黄山地区电网负荷的快速 增加，在迎峰度夏(冬)期间，都必须将万安变两台主 变分列运行。此期间万变 220kV 母线电压通常维持在 225-234kV 之间。但从 2006 年始，宁万 2895、宁万 2896 线改由 500kV 敬亭变主变供电，导致万安变 220kV 母线 电压又有所升高, 基本维持在 230kV 以上, 最高达 240kV 。后经省调申请网调将 500kV 敬亭主变有载分接 头调低，此时万安变 220kV 母线电压满足《电能质量 供电电压允许偏差》(GB12325—90)规定要求，维持在 220-235kV 之间。
在迎峰度夏(冬)期间, 由于黄山电网最大负荷达 到 230MW ，220kV 万安变若一台主变运行将严重过载, 必须两台主变分列运行。由于 220kV 系统电压偏高，
同时#2 主变为无载调压变，致使 220kV 万安变#2 主变 供电的 5 个 110kV 变电站 110kV 母线电压普遍偏高，超 出合格范围，35kV 、10kV 母线电压有时也超出合格范 围。另外，在丰水季节以及春节期间，
黄山电网的网入 负荷很小，万安变地处安徽 220kV 电网末端，输电线路 长，低谷负荷轻，充电功率大，低谷期间 220 kV 母线 电压最高达 235kV ，2008 年最小负荷为 60MW，此时系统 电压也处于较高的水平，即使#1 主变运行，由于有载电 压分接头调至 1 档，失去了调压能力，使 110kV 母线 电压也有可能超上限，如果在此时#1 主变因故不能运 行，只能#2 主变运行，将会导致 110kV 母线电压大幅上 升，最高达到 126kV 左右,10kV 母线电压接近 11kV 。
2 万安变电压偏高原因分析
2.1 万安变#2 主变为无载调压变器，在负荷增加超 过一台主变容量时，必须将#1、#2 主变分列运行时，
由 于 #2 主 变 为 无载调 压变，并 且 最大变 比为 225.5/121/38.5kV ，在 220kV 系统电压较高时，已无 降低 110kV 、35kV 母线电压的调节能力。
2.2 黄山电网网入负荷较小，线路传输的有功功率 低于输电线路自然功率，此时线路将向系统送出无功
功率，造成 220kV 系统电压偏高。在 220kV 宁万 2895、 宁万 2896 双回线并列运行时将造成万安变 220kV 母线 电压进一步升高。只有当黄山电网负荷满足万安变#1 由于受线路限额的限制，使得通过调整方式满足电压 合格的手段存在较大困难。
2.4 电抗器是高压电网中重要的电气设备，加装并 联电抗器的主要目的是补偿容性无功功率，在轻负荷 时吸收无功功率，控制无功潮流，稳定网络的电压。
综上所述，我们研究的主要目的主要是通过在 220kV 万安变电站的中压或低压母线上装设并联低压 电抗器，来使黄山地区电网的 110kV 、35kV 、10kV 母 线电压满足要求。
3 在 220kV 万安变电站 110kV 、35kV 母线上，装设同容
量并联低压电抗器对电压的影响分析[3]
3.1 进行万安变#2 主变参数计算，采用星型等值电路，
如图 1 所示。#2 自耦变压器技术数据如表 1： 根据#2 主变铭牌技术数据，分别计算各绕组的短路电 压百分数，再用它计算各绕组的电抗。
高压绕组的电抗：
主变单台运行时，电压质量才能满足要求。
2.3 黄山电网结构相对较薄弱。主电源点为 220kV U K1 1
% = 1
(U 2
K12 % + U  K31
% - U K23 %)
万安变，备用电源点为 110kV 陈村电站，当采用通过 = (8.4 + 30.8 - 20) = 9.6 2    2    2
运行方式的调整(倒部分负荷至 110kV 陈村电站电源点 X T 1 = U K 1 %U N  ⨯ 100S N
103
=
9.6 ⨯ 220    ⨯103 =38.72 Ω 100 ⨯120000 供电)以满足电压质量的要求时，此种措施虽不需要增 加投资，但运行方式的调整，降低了黄山电网供电的
同理，中压绕组的电抗：
可靠性和电网运行的灵活性，增加电网损耗，对调度 运行人员处理重大事故能力的要求也相应提高。同时
U K2 % = 1 (U % + 2
K12
U K23 % - U K13
%)
2
U %U
= 1
(8.4 + 20 - 30.8) = -1.2 2
表 2 110KV 母线上装设并联电抗器对电压的影响 X T 2 =
U K 2 %U N  100S N
⨯103 = - 4.84
Ω 同理，低压绕组的电抗：
U K3
% = 1
(U 2
K13  % + U
K23  % - U
K12 %)
reactor4= 1
(30.8 + 20 - 8.4) =21.2 2
X T 3 =
2 K
3 N
100S N
⨯103 =85.51 Ω
3.3 在 35kV 母线上装设电抗器，式中 U 取#2 主变最高 经查，宁万 2895 线与宁万 2896 线并列后的等值电抗
为 X XL =25.5 Ω 。
档位电压值 225.5kV 计算，其结果如表 3 所示。Q 分别 取 5Mvar 、10Mvar 、15Mvar 、20Mvar 。
X 110kV 母线
对 35kV 母线电压的调整：
ΔU  =
QX = 5 ⨯ (25.5 + 38.72 + 85.51) =3.32kV
U 225.5
宁国变X
35kV 母线实际降低电压值：
T 1
ΔU 实际 = ∆U ⨯
38.5
= 3.32 ⨯ 38.5
= 0.57kV X T  3
35kV 母线
225.5 对 110kV 母线电压的调整：
225.5
图 1 万安变并联电抗器调压等值电路
ΔU  = QX = 5 ⨯ (25.5 + 38.72) =1.42kV
U 225.5
3.2 在 110kV 母线上装设电抗器，式中 U 取#2 主变最 110kV 母线实际降低电压值：
高档位电压值 225.5kV 计算，其结果如表 2 所示。Q 分 ΔU 实
际
= ∆U
121
= 1.42 ⨯
121
=  0.76kV
别取 5Mvar 、10Mvar 、15Mvar 、20Mvar 。利用电抗器产 生的无功，在线路与主变中传输，势必产生电压降落， 即可降低母线电压，等值电路如图 1 所示。根据电压 225.5 225.5
损耗公式， ΔU  =
PR + QX U
≈ QX
U
(忽略 R)。
ΔU  = QX = 5 ⨯ (25.5 + 38.72 - 4.84) =1.32kV
U 225.5
110kV 母线实际降低电压值：
ΔU
= ∆U ⨯  121  = 1.32 ⨯  121
= 0.708kV    3.4 对理论计算结果进行比较分析
[4]
实际
225.5 225.5 35kV 母线实际降低电压值： ΔU
= ∆U ⨯ 38.5  = 1.32 ⨯ 38.5
=  0.225kV    3.4.1 因#2 主变中压 110kV 侧电抗为负值，且数值较 小，即并联电抗器装设在主变 110kV 侧或 35kV 侧，对 实际
225.5
225.5 110kV 侧的降压效果大致相同，但对 35kV 侧的降压效
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果则大为不同。在 110kV 侧装设并联电抗器对 110kV 调压效果较好，并对 35kV 电压影响不大。而在 35kV 侧装设并联电抗器对 110kV 、35kV 均有较大影响。鉴 于目前万安变 110kV 间隔已无法扩建困难，
同时 35kV 有备用间隔。最后我公司选取在 35kV 母线上装设并联 低压电抗器。
3.4.2 万安变#2 主变是无载调压变压器,  额定电压  220+1 ⨯ 2.5% /121/38.5kV ，当运行在 220+1 ⨯ 2.5% kV 档位(最大变比)时，110kV 侧额定电压为 121kV ，在没
有投入电抗器时，经计算只有当 220kV 电压低于 219.35kV，才能使由#2 主变供电的 110kV 母线电压低于 117.7kV ，在合格范围内。在电网负荷增加时，对电网 电压降低将起到一定作用。从表 3 可以看出，在 20Mvar
电抗器全部投入时，35kV 母线电压将下降 2.28kV ，
110kV 母线电压将下降 3.04kV 。通过查询历史运行数
据获知，通常由#2 主变供电的 110kV 母线电压普遍很
高，基本在 120kV 以上，35kV 电压在 38.5kV 左右。为
了满足调压要求，即 110kV 母线电压达 120.74kV(即
117.7+3.04=120.74kV)时，电抗器应全部投入，以保
证由#2 主变供电的 110kV 母线电压在 117.7kV 及以下，
但此时将造成 35kV 电压偏低，约为 36.22kV 。
3.4.3 电抗全部投入后，同时可降低 220kV 母线电压， 对改善 220kV 电压效果同样明显，降低值 2.26kV
15Mvar 、10Mvar 、5Mvar 。以上的装设容量虽然不能完 全满足电压合格的要求，但对降低电压起到了很好的 作用，再考虑负荷的增长因素，以上的装设容量是比 较合理的。
4 装设并联低抗后实测数据
从低压电抗器投运后电压变化情况实测数据表 4 可以
看出，理论数据与实测数据略有偏差，需要说明 的是，
由于理论计算时，我们仅考虑电抗器容量对电 压变化
的影响。而没考虑无功负荷对电压的影响。从 上表可
以看出，在投 5 Mvar 容量的电抗器，220kVII 母线
实际降电压值在 0.64kV 左右，110kV 母线实际降 电
压值在 0.87kV 左右, 35kV 母线的实际降电压值在
0.59kV 左右。如分别投 10 Mvar ，15Mvar ，20Mvar 容
量的电抗器，其实际降低电压值相应按倍数量增加[5]
。
QX ( ΔU  = = U 20 ⨯ 25.5 225.5
=2.26kV)。
5 结论
5.1 万安变并联低压电抗器的投入，大大提高了万安变 3.4.4 由于资金及其它因素的限制，我们最终确定装 设总容量为 20Mvar 并联低抗，分二组安装。根据变电 站电抗器典型设计，将二组电抗器按下列方式进行组 合配装。其中一组容量为 10Mvar ，另外一组可采用 5 Mvar+5 Mvar 的组合式电抗器，共用一个开关，通过闸 刀进行容量切换。 那么可投容量分别为 20Mvar 、
220kV 母线及#2 主变供电的 110kV 母线电压合格率， 但有时不能完全解决其电压偏高的问题。
5.2 万安变 220kV 母线电压偏高的原因是因为线路充电 无功较大，110kV 侧母线电压偏高的主要原因为#2 主 变(已按最大变比运行)无调节手段，故在经济条件允 许时，可将#2 主变更换为一台有载调压主变。
5.3 在万安变低压侧加装了 20Mvar 电抗器，增加了主变及线路电压损耗，改善了万安变电压质量。
5.4 从近段时间运行数据来看，理论计算结果与实测数据基本吻合。
5.5 建议从长远考虑，新增一座 220kV 变电所，转移部分负荷，正常情况下，使万安变#2 主变处备用状态。
5.6 若因电网运行方式变化，万安变#2 主变必须投入运行时，建议省调从电源侧调低220kV 系统电压，同时万安变配合电抗器投入，以确保万安变#2 主变供电的 110kV、35kV 母线电压合格。
参考文献：
[1]电力系统电压和无功电力技术导则(试行)[S]，SD325-89.
[2]夏培峰，黄守华，王文林，等．关于提高黄山电网110kV 电压质量的可行性报告[R]，2006．
[3] 黄静.电力系统 [M]. 北京：中国电力出版社,2006:63-82．
[4]蔡洋.电力系统运行操作和计算[M].东北电业管理局调度通信中心：辽宁科学出版社,1995: 77-127． [5]刘涤尘，陈柏超，田翠华，等．新型可控电抗器在电网中的应用与选型分析[J]．电网技术，1999，23(2)： 52-58．
Research and Analysis of Using Shunt Reactor to Improve the Voltage Quality
WANG Wen-lin
(Huangshan Power Supply Company，Huangshan
245000, Anhui Province , China) Abstract:The study carries out a research on the high generator voltage of Wan’an Transformer Substation in Huangshan area, of which the 220KV power point is located at the end of the 220KV system.Based on the research,the author has found the reason of the high voltage and proposed an improving program of the installation of  shunt  and  low-voltage  reactor.  This  kind    of reactor will play a great role in reducing the generator voltage as soon as putting into operation ,and improve the voltage passing rate with great promotional value.
Keywords:shunt reactor ; voltage quality ; adjust analysis
作者简介：王文林（1973-），男，本科学历，工程师，
长期从事电网调度运行技术及管理工作。通信地址：通
信地址：安徽省黄山市屯溪区黄山东路 55号黄山供电
公司调度通信中心（245000）：138****6862，************；传真：
************
Email：**************

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