郑燕涛
华北电力调度局 北京 100053
电压做为电能质量的主要指标，对电网稳定及电力设备安全经济运行，工农业生产及人民生活具有直接影响。
无功电力(下称无力)平衡是保证电压质量的基本条件。无功平衡的特点是分层、分区 、分散平衡。电力系统是由发电、输电、用电组成的，由无功平衡的特点所决定的电力系统的无功电压管理也必然是一个系统工程。从这个意义上讲，电压质量反映了一个电力企业的管理水平。
随着社会经济的发展，负荷的构成及其特点也在不断变化。这不仅要求电网的监测、调控手段跟上负荷的发展变化，而且对如何以市场经济手段实现无功的分层、分区、分散平衡提出了更高的要求。
1 对2000年无功电压形势的基本评价
1.1 2000年京津唐主网的电压水平
京津唐主网的电压合格率在1999年完成98.9%的基础上又有所提高，2000年累计到11月的电压合格率为99.25%，比1999年同期提高了0.35%，高于部颁98%的标准。表1列出了2000年2月和7月部分厂站的电压水平。冬季无功小负荷时500 kV厂站及附近地区的电压偏高问题，夏季无功大负荷时部分地区电压偏低的问题继续得到扭转，局部地区实现了电压逆调整。
与1999年同期相比，2000年冬季2月500 kV厂站4时平均电压水平下降4.7 kV(1999年521.42 kV，2000年516.71 kV)；220 kV典型枢纽厂站4时平均电压水平下降2.41 kV(1999年231.08 kV，2000年228.67 kV)。
2000年夏季7月500 kV厂站10时平均电压水平较1999年同期升高2.9 kV(1999年513.0 kV，2000年515.86 kV)；2000年220 kV典型枢纽厂站10时平均电压水平与1999年基本持平(1999年226.83 kV，2000年226.67 kV)。总体看来京津唐主网的电压质量继续稳步提高。
1.2 2000年无功电压运行分析
根据运行实际，全年最大无功负荷出现在夏季7月，最小无功负荷出现在冬季春节前后 。做好这两个时期的无功平衡和电压调整就基本把握了无功电压控制的全局。由此出发也可对2001年电网的无功补偿设备的配置规划、基建投产及用电管理等提出意见和建议。
将2000年2月5日(春节)4时最小负荷水平、2000年7月26日11时最大负荷水平的系统情况列于表2。将7月26日11时最大负荷时各发电厂发电功率因数、电压情况列于表3。将最大负荷时的无功功率分层分区平衡情况列于表4。
由表2可以看出，京津唐电网夏季7月26日11时的最大有功负荷是冬季2月5日4时最小有功负荷的1.7倍，相应的夏季最大无功负荷是冬季最小无功负荷的2.8倍，相应的功率因数水平夏季较冬季低0.042。多数地区不能满足部颁《电力系统电压质量和无功电力管理规定》中：“在最大负荷时，220 kV变压器一次侧功率因数不低于0.95；在最小负荷时，相应一次侧功率因数不宜高于0.95(110 kV以下变电所，不高于0.98)”的要求。这反映了电网在无功补偿、电压管理和负荷管理工作上的不足。
运行情况和表2、3、4中的数据反映出：
(1) 2000年北京地区各项保电压措施落实情况较好：从1999年6月末至2000年6月末增补电力电容器容量共计634 Mvar，这些容性补偿大部分增加在负荷中心地区，如西直门、会成门、左安门、王府井、北寺、草桥等站；西直门变电站按期投产运行，缓解了二八(二热—八里庄)地区过负荷及低电压的压力；另外，北京国华热电厂2号机按期投产，稳定运行，北京第二热电厂机组改调相运行等措施也有力支撑了北京地区的电压。2000年电容补偿加发电机多发无功共计比1999年夏季大负荷时多产生容性无功834 Mvar，是有功负荷增长量的1.18倍(因廊坊从北京受电，从电网结构上看，应属北京电网，若将廊坊地区一并考虑，上述数据为1 175 Mvar和1.37倍)。
无功分层、分区平衡情况好于历年。虽然今夏有功负荷较去年增长11.76%(708 MW)，但无功负荷却较去年降低1.7%(260 Mvar)，因此功率因数较去年提高0.021，达到了部颁要求的0.95。北京东北部地区220 kV系统电压较去年提高5 kV，最大自然无功负荷系数为1.18。
以上这些数据从总体上反映了北京地区2000年在无功电压方面的工作成绩。
(2) 但是，北京负荷中心地区无功补偿的发展速度、电网建设的速度仅刚刚满足负荷的增长，仍显得有些不足，如清河、知春里一带。个别变电站为提高其110 kV电压，不得不降低主变变比，出现使10 kV的补偿容量部分受阻的情况，如孙河、王四营。个别变电站功率因数水平仍然较低，如房山2号变0.75、大兴1、2号变0.89、南苑3号变0.89、通州2号变0.87。各电压层比较，与110 kV层有关的无功补偿显得不足。
另外从北京冬季2月5日4时的典型记录可以看出，网内较普遍地存在无功倒送的情况：当日500 kV系统电容器投入率为0，500 kV系统电抗器投入率为95%；220 kV系统电容器投入率为8.4%；110 kV系统电容器投入率为6.3%。在这种情况下从220 kV变压器一次侧看到的功率因数却有11台次为1.0，它们是草桥、大兴、韩村河、老君堂、聂各庄、太阳宫、王四营、西大旺、张仪、知春里，还有一大批变压器一次侧功率因数为0.99和0.98，这里不再一一列举，总之北京地区220 kV变压器一次侧平均功率因数为0.98，说明在这种方式下电网在充当用户的无功负荷。占全网补偿容量近一半的用户补偿电容向网内注入大量无功，给电网电压调整带来压力。
(3) 天津地区无功分层情况较好，分区情况稍差，主要是蓟县的问题。蓟县220 kV变电站做为连接京津唐电网的主要枢纽站，站内没有装无功补偿设备(此问题从1996年就已提出)，致使与其相关的联络线无功潮流较大，蓟县220 kV变压器一次侧受电功率因数仅0.865，陡蓟、蓟遵、蓟北双回线全部向蓟县送无功。另外天津220 kV站内补偿容量有一部分由于基建遗留问题、谐波等原因长期受阻，还有部分因分头、电压原因投不上。天津最大自然无功负荷系数1.47，高于北京0.29，负荷一次侧功率因数低于北京0.043，主网电压水平基本与北京持平，可见天津网比北京网无功消耗大，各级分散补偿需加强，经济性有待提高。
(4) 唐山地区无功分区平衡情况稍差，夏季地区负荷功率因数太低(0.885)，唐山地区有功送出，无功受入，贾安子站一次侧受电功率因数仅0.73，韩城相应为0.83，应有重点地分散补足无功，使变压器功率因数达到部颁《电力系统电压和无功电力技术导则》(下称《导则》)要求。
(5) 张家口地区夏季无功分层分区情况较好，但该地区补偿不足，依赖于发电厂调整 。冬季电压偏高，可考虑双向增加补偿设备。
廊坊地区主要从北京地区受电，其负荷增长较快，无功分区平衡情况稍差，地区夏季负荷功率因数太低(0.88)，由表4的数据比较分析，尤其要加强用户的无功补偿。秦皇岛 、承德地区无功分区平衡情况较好，秦皇岛应根据夏季负荷的特点分散补足无功。承德由于是电网末端，应加强无功分散补偿，加强电压支撑。
(6) 综上所述，受电地区的北京、天津、廊坊等要根据负荷的增长，宜按照有功负荷增长的60%以上的比例增加无功补偿，同时监督用户的功率因数水平达到《导则》的要求。
唐山、承德、秦皇岛地区随着负荷的增长，将逐渐由送出电力变为地区电力基本平衡，进而向受电地区转变。因此，这些地区应关注夏季大负荷期间的无功分层、分区、分散平衡问题 ，注意增加无功补偿设备和加强功率因数管理。
冬季无功小负荷时，用户向电网倒送无功问题在全网各地区普遍存在，需着力解决，以减轻电网的经济负担和调整压力。
1.3 对2000年无功电压形势的基本评价
目前京津唐主网的无功平衡水平、电压控制能力较前几年有了很大进步。尽管2000年夏季京津唐地区几度持续高温，却没有像1994年那样因电压问题拉路限电，也没有出现1996年那样的低电压。为保证2000年的电压质量，各相关部门(规划设计、基建投产、运行维护)做了大量的工作，取得了一定成绩。但应看到在夏季大负荷和冬季小负荷情况下，京津唐主网无功电压的控制裕度已很小，大负荷期间位于负荷中心地区的发电机组的功率因数已在额定值附近。伴随负荷继续增长和方式的变化，无功平衡电压管理方面还需做许多工作，2000年运行中暴露出的各种问题有待在2001年改进。
注：①“发电无功”指220 kv及以下网络发电机所发无功：“500 kv层下灌无功”指500 kv联变流向220kv侧的无功：“220 kv联络线交换无功”指通过220 kv联络线送受的无功；相应的功率因数一并列出。
②所有补偿无功数据均以集团公司生技部2000年初统计值为准。
③“地区区功合计”指该地区所有在用无功。
④“K值”为最大自然无功负荷系数，是电网最大自然无功负荷与电网最大有功负荷之比，该系数与电网结构、变压器级数、负荷组成、负荷水平及负荷电压特性等因素有关，一般在1.1～1.4之间。
从北京地区近几年在无功补偿设备、电压管理方面取得的进步可以看到：虽然电网的有功负荷不可能人为控制，但无功负荷的增长速度和增长幅度以及相应负荷功率因数水平是可以控制的，只要做好电网的无功规划、补偿及运行管理，就可以保证稳定、合格的电压水平。
实践表明，不宜在一地一站内装设过多的补偿设备，如何在分层、分散平衡的原则下做好补偿，还有许多文章可做。
用户功率因数的监督管理应当提到2001年的工作日程，这直接关系到电力企业的经济效益和社会形象。2000年12月末就曾发生一件事，用户找北京供电局说由于电压高，烧坏了他们的进口设备。北京市经北京第三热电厂查证，事情是由于用户自身的电容器没有切除造成的(系统电压高当然也是原因)。
2 2001年无功电压管理的基本原则
2.1 无功功率分层平衡问题
除东北、华北联网项目外，按计划2001年500 kV 系统还新增一座变电站(滨海)，3回输电线(丰万2号、万顺2号、盘滨)，500 kV线路总长度增加475 km(迁绥按50%考虑)，500 kV线路总长度共计3 656 km，充电功率4 130 Mvar ，已投入生产及规划中正在建设的感性补偿总容量折电压后为3 952 Mvar，补偿度95.7%，符合部颁《导则》的标准，但这是规划的数值，基建及设备管理部门一定要采取措施，保证规划的容量落实到生产上。
截至2000年底220 kV系统容性补偿情况，220 kV变电容量共计23 570 MVA，容性补偿容量3 329 Mvar，补偿设备容量占主变容量的14.1%。从总体上看220 kV系统补偿度基本满足部颁标准，但较去年有所降低，主要是部分容量长期受阻，如北京老君堂调相机容量铭牌为90 Mvar，实发20～30 Mvar，天津补偿电容因谐振问题长期受阻，容量约80 Mvar。
以上数据显示，华北电网500 kV系统的无功分层平衡情况比以往有较大进步，下一步的问题是无功补偿及相关设备要与其变电设备同期施工、同步投产。220 kV及以下系统的无功补偿还需加强，但补偿地点和数量应根据系统运行实际仔细斟酌确定，以确保系统的无功平衡水平及电压调整能力进一步提高。
2.2 2001年无功电压形势预测
根据计算，2001年与东北联网后，周边华北网500 kV电压将被抬高3～10 kV；220 kV电压被抬高1～3 kV。为减缓联网后的电压波动值，若联网前迁西电压大致为525 kV，联网时应降低迁西联变分头(变比加大)2～3档，并请国家电力调度通信中心协调东北网的机组 ，特别是绥中电厂机组，高功率因数或进相运行。
从京津唐尤其是北京明年的基建投产计划看，京津廊主要受电地区夏季之前没有机组投入，负荷增长引起的有功电力缺额将完全依靠受电来解决，无功则只能就地平衡。按照《导则》的规定：“其补偿容量宜按输入容量的40%～50%计算，分别安装在由其供电的220kV及以下变电站中。”“220 kV及以下电网的无功电源安装总容量，应大于电网最大自然无功负荷，一般可按最大自然无功负荷的1.15倍计算。”由于北京、廊坊地区大量从外部受电，房山500 kV变压器将接近满载运行，线路及变压器的无功损耗及电压降会加大。另一方面，北京电网无功平衡应做到有目标地将无功备用容量储备在发电机中，以便对系统突然出现的故障迅速作出反应，加强动态电压支撑。因此，2001年北京特别是负荷中心地区的发电功率因数应保持0.9及以上为宜。换句话说，负荷增长所需的无功电力全部要由增加补偿解决。按照今年负荷11.76%的增长速度，北京廊坊地区将增 [1] [2] 下一页
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