35kV变电站综合自动化系统VQC功能的完善和整定值的确定-技术论文-输配电设备网

　

35kV变电站综合自动化系统VQC功能的完善和整定值的确定

 

1 引言

　　目前上海地区35kV变电站综合自动化系统主要使用VQC软件来完成对电压和无功的优化控制。上海新建的变电站以三主变四分段的一次结构为主，一般以一台主变和一套电容器为一个控制单元；一套电容器又分为容量不同的两组，根据主变容量的不同，配置不同容量的电容器，一般为1800kvar+1200kvar或者3000kvar+1800kvar。

　　随着应用的深入和现场的实际需求，VQC的控制策略在原有的9区图的基础上优化和细分为17区图调节方法，如图1： 信息来自:www.

图1

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2 应用案例的分析

　　通过VQC功能的实际应用，发现原有的17区图动作原理某些动作方案值得商榷，而且整定值的不当会影响VQC的实际运行，以下以几个具体案例说明。

案例一

　　某35kV变电站自动化系统中使用了VQC的第一种方式，即主变有载调压、电容器综合控制方式。在深夜低负荷与低无功的时候，变电站电压往往偏高于上限（10.6KV），无功功率游离于下限（0Mvar）附近，使运行轨迹进入“1区”。“1区”实行“先切后降”的动作方案，当甲、乙组电容器都处在退出状态时，就发出有载“降”档的指令，但是，往往降幅大于0.1KV而越过“6区”进入“8区”。“8区”按“先切后升”的定义，也因无电容可切而发出有载“升”档的指令，从而出现往复于“1—8区”之间的电压振荡（见图2），最后在短时间内有载开关动作次数达到设定的“日动作限值”（例如限值为20次），使VQC“总闭锁”启动，VQC停止了调节，此时的电压便处于失调状态（见图3青浦蒋浦站档位频动后闭锁的SCADA实录图）。显然，电压失调将导致“电压合格率”统计指标的下降。

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　　分析和优化策略：

　　按照典型的17区控制方式，我们可以看出在8区中要进行切切电容器和升分接头的指令，可是根据上面的案例我们知道正是由于8区的升分接头的指令造成了实际系统电压在1区和8区的反复震荡，同时我们也认为在8区的电压已经是一个比较理想的电压值，没有必要再进行电压的调节，不能因为一味的追求无功而造成对系统电压的影响，应该形成一个优先电压控制为前提的控制策略，所以在方式一中我们将8区的升分接头指令去掉，从而在以后的运行中避免了上述异常现象的发生。

　　方式一：

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图2

图3 信息来自:输配电设备网

案例二

　　某35kV变电站自动化系统中使用了VQC的第二种方式，即主变有载调压自动控制，电容器停用的控制方式。在变电站实际运行中发现，当系统电压处于7区时，按照方式二VQC发出“降”分接头的指令，但是经过调节后，电压直接跨过9区落到了16区；在16区时VQC发出升分接头的指令，经过动作后，电压又落回7区，从而形成了在7区和16区之间反复震荡，系统电压不停的波动，最后达到日有载开关动作限数20次后，VQC自动闭锁。图5是电压波形变化，图6是有载档位变化图。

　　分析和优化策略：

　　由上面发生的现象可以看出，当选择VQC的方式二时，调节主变档位往往会引起电压的较大变化，发生跨区现象，并造成电压的反复调节和波动，虽然7区和11区的电压调节是为了追求电压的最优化，但是现在看来是弊大于利，而根据上海电力公司的相关要求，电压的合格范围在10.1~10.6之间，这样我们只要去掉方式二中7区和11区的操作策略，把电压区域分为上、中、下三个区域，只要电压落在中间区域就认为是合格区域，不再进行调节，从而达到避免类似解放站这样的故障情况。

　　方式二：

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图4

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案例三

　　某35kV变电站使用了VQC方式一，在VQC进行无功补偿，投切电容器组时，发生了甲，乙组电容器跟随动作的情况，如下图7，2号主变VQC动作记录中，发生了2次联动现象，第一次：在需要进行无功调节时，VQC首先投入乙组电容器，在经过30秒后VQC又投入了甲组电容器；第2次VQC首先切除乙组电容器，在经过30秒后VQC又切除了甲组电容器，由图8看到受这2次异常动作影响无功发生的波动曲线记录。

　　沈巷站Ⅱ段甲、乙跟随投切实录：

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图7

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　　沈巷站Ⅱ段无功曲线实录：

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图8

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　　分析和优化策略：

　　经过分析发现，甲乙组电容器动作的间隔时间与VQC中设定的动作控制判断延时时间相同都为30秒，造成配合上的矛盾。即VQC在第一次发出投/切电容器指令后，又进行了一次判断；但是电容器充放电是一个较长的过程，需要一定的时间才能影响系统无功，当系统无功遥测值尚未来得及刷新，而控制判断延时时间已到，随即控制另一组电容器动作的指令也发出，出现了动作的异常现象。

　　为了避免这个情况，我们在系统中增加了一个参数设定，强制限定甲乙组电容器的动作间隔时间（一般为70秒），来躲过无功的反馈时间，消除这个故障现象。

案例四

　　某35kV变电站自动化系统VQC使用方式四，即主变有载自动控制，电容器定时控制方式，在进行主变档位调节时由于遇到了有载拒动，发生了有载连续调节不停的现象，如图9。
分析和优化策略：

　　经过检查该站VQC定值设定如下图10，其中分接头动作的返校时间设定40秒，而VQC程序的控制判断延时时间为30秒，当发生VQC拒动的情况时，由于返校时间设置长于控制判断延时时间，返校时间还没有到即没有报拒动的情况下，控制判断延时时间到，VQC又重新判断和动作，从而发生反复动作的异常情况。所以将返校时间改为了25秒，从而避免了以后类似情况的发生。

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图9

图10 信息来自:www.

3 VQC的基本整定参数和辅助整定参数的确定

　　从以上案例三、四可以看出，VQC软件中的参数设置直接影响到控制效果，非常重要，以下就该软件中参数的设定方法做简要介绍：

3.1 VQC的基本整定参数的确定

　　17区中的“电压下限Vmin、电压辅助下限、电压辅助上限、电压上限Vmxn”的整定直接影响VQC对变电站母线电压的控制，是非常重要的；而“无功下限Qmin、无功辅助下限Qmif、无功辅助上限Qmxf、无功上限Qmxn”则决定了VQC对于变电站无功的优化控制；“有载开关日允许动作次数和有载开关动作间隔时间”的作用是为了防止有载开关频繁动作，如何做到这些参数的有机配合，充分发挥VQC的调节功能，需要根据变电站的实际运行情况，来研究确定合理有效的整定值。

　　（1）电压边界的设定

　　为保证上海电力公司10KV母线电压实现10.0KV至10.7KV的指标，一般要有一定的预控量，通常设置为Vmin＝10.1KV与Vmxn＝10.6KV；辅助Vmin＝10.2KV与辅助Vmxn＝10.5KV。

　　（2）无功功率边界的设定

　　配置无功功率定值如下（见图11）：

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图11 信息请登陆:输配电设备网

　　最佳的电容器投切方案应该是经过精确计算，确定投切电容器的组别，但是无功的变化会影响电压的变化，若进行精确计算需要相关电网模型的参数，相当复杂，而且还受到测量误差的影响，最终结果很难精确，此方法在目前条件下不可行。考虑到大多数无功的变化是一个缓慢的过程，在16区和2区时直接投切大容量电容器组时往往会进入到6区（8区）和12区（10区），从而引起反复震荡，基于以上考虑，我们提出“投小切小”的动作原则，即当电网系统需要投电容器时先投小容量的电容器组，再投大容量的电容器组；当电网系统需要切电容器时先切小容量的电容器组，再切大容量的电容器组。

　　下限的趋小意味着无功效果的趋优，遵循无功不宜倒送的原则，定值下限Qmin＝0Mvar是最恰当的。

　　上限的趋小（即9区面积的趋小）同样意味着无功效果的趋优，但是，为避免投“大”后的过补偿，定值上限取Qmxn＝Q（大）×1.1倍，从而确保运行轨迹落入“9区”。（1.1倍为大组电容器的误差裕度）。

　　辅助边界的不当极易发生振荡，遵循“投小、切小”的原则，辅助上限Qmxf＝Q（小）×1.1倍为宜，为了使2、3、4区和14、15、16区分布平均，辅助下限Qmif＝Qmxn- Q（小）×1.1倍比较合适。

例如35kV变电站二组电容器容量分别为3.0Mvar与1.8Mvar，根据上面的整定方法，故取Qmxn＝3.3Mvar，辅助Qmxf＝2.0Mvar，辅助Qmif＝1.3 Mvar，Qmin＝0Mvar；若电容器容量分别为1.8Mvar与1.2Mvar，根据上面的整定方法，应取Qmxn＝2.0Mvar，辅助Qmxf＝1.3Mvar，辅助Qmif＝0.7 Mvar，Qmin＝0Mvar

　　（3）主变分接头动作参数的确定

　　日允许动作次数

　　含义为变压器有载档位日允许动作最大次数，超过该次数将闭锁VQC。该参数的确定我们主要考虑主变有载机构使用寿命问题，但也不能过低，影响电压的有效调节，根据变压器现场运行规程，一般设置为20次。

　　动作间隔时间（秒）

　　含义为两次有载调档的最小间隔时间，单位为秒。该参数决定了VQC有载动作的频率即制约电压连续控制，目前现场大多数使用MR有载开关，通常设定为30秒。

　　VQC程序的控制判断延时时间（秒）

　　含义为当系统刚刚进入到新区域时，VQC指令发出的延时时间，该时间主要是为了防止当前系统在2个区域不停波动或者在没有稳定时出现VQC频繁动作的现象。经过综合考虑取30秒的设置值。

　　返校时间（秒）

　　含义为主变有载档位遥控的返校时间，超过该时限VQC还没收到动作的反馈信息，则判为VQC拒动。该时间要低于VQC程序的控制判断延时时间，以防止万一发生VQC拒动的情况时，控制判断延时时间先到，VQC又重新判断，发生反复动作的异常情况，故返校时间设置为25秒。

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　　（4）电容器参数的确定

　　日允许动作次数

　　电容器甲组和乙组每日允许动作最大次数，超过该次数时闭锁VQC，由于系统无功的变化没有电压这样频繁，并且电容器组开关的物理特性，可以将电容器日允许动作次数设置为10次。

　　动作间隔时间（分钟）

　　同一组电容器两次动作的最小间隔时间，由于无功的变化周期往往比较长，电容器动作有一个充放电到稳定的过程，一般将电容器的动作间隔时间设置的长一些，通常设定为30～60分钟。

　　返校时间（秒）

　　设置参考主变分接头动作参数的设置，取25秒

3.2 VQC的辅助整定参数的确定

　　考虑到现场还有许多其它条件也会对VQC产生制约，增加了遥信闭锁和遥测闭锁。遥测闭锁包括主变低压侧电压闭锁和主变高压侧电流闭锁，规定了VQC正常运行的母线电压和高压侧电流的范围；遥信闭锁包括主变分位闭锁、主变异常闭锁、主变拒动闭锁、电容器分位闭锁、电容器拒动闭锁、主变滑档闭锁，作用是VQC在各种异常情况时能够及时的将VQC功能退出，以保证变电站系统的稳定运行。具体描述如下：

　　（1）遥测闭锁

　　主变低压侧电压闭锁——通常情况下选用

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　　上限定值——根据系统母线电压可能出现最大值来设置，主变低压侧电压闭锁上限定值建议值12kV。
　　下限定值——根据系统母线电压可能出现最小值来设置，主变低压侧电压闭锁下限定值建议值8kV。
　　主变高压侧电流闭锁——通常选用。
　　上限定值——根据系统主变高压侧额定电流的1.1倍～1.3倍设置，主变高压侧电流闭锁上限定值。

　　（2）闭锁条件选择（遥信闭锁条件选择）

　　主变分位闭锁——通常选用。
　　主变异常闭锁——通常选用。
　　主变拒动闭锁——通常选用。
　　电容器分位闭锁——通常选用。
　　电容器拒动闭锁——通常选用。
　　主变滑档闭锁——由于目前变电站均有独立的滑档紧急脱扣系统，暂时不选用。

4 结论

　　（1）VQC17区原理图中部分区域的动作方案有待完善。当选择方式一时，宜取消第8区“升分接头”的动作策略，避免系统电压在1区和8区的反复震荡的现象；当选择方式二时，宜取消7区和11区的动作策略，遵循“电压优先”（优先于无功）的指导思想。 信息来源:http://

　　（2）对于不同容量的电容器组宜采用“投小切小”的动作原则。基于无功变化的特性考虑，在进行无功调节时，即当电网系统需要投电容器时，优先投小容量的电容器组，再投大容量的电容器组；当电网系统需要切电容器时，优先切小容量的电容器组，再切大容量的电容器组，避免因为过量调节造成震荡。

　　（3）VQC系统软件中应该具备的整定参数和整定参考值，如下表：

　　基本整定参数：

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表1

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　　遥测类闭锁整定参数： 信息来自:输配电设备网

表2 信息请登陆:输配电设备网

　　遥信闭锁整定参数：

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表3 信息来自:输配电设备网

　　通过对35kV变电站自动化VQC应用过程中所发生的案例进行分析，对VQC原理进行了改进和完善，其中包括方式一的无功定值整定方法、方式一控制策略的优化改进，方式二的分成3个区域进行电压调节的简易控制方式、VQC基本和辅助整定参数的规范化，从而实现了VQC调控的稳定运作，综合效果良好，逼近了VQC理论效果，进入了真正意义上的VQC实用化阶段。

参考文献

　　[1] 张永健　　　　《电网监控与调度自动化》　　　　中国电力出版社
　　[2] 程浩忠 吴浩　　《电力系统无功电压稳定性》　　　　中国电力出版社
　　[3] 杨振睿　　　　《无功/电压自动控制装置在上海市区电网的应用》　供用电
　　[4] 汪卫华 曹新频　《无功电压自动控制装置定值整定及其运行问题》　供用电 信息来自:www.