江苏电网220kV变电站受电力率合格率考核

周前

（江苏省电力试验研究院有限公司，江苏南京211102）

无功电压的优化运行和管理对电网的安全、稳定和经济运行具有重要意义。随着电网规模的增大、大功率远距离传输和负荷的增长，各级电网公司对无功电压问题愈来愈重视，国家电网公司近几年也颁布和更新了多个涉及无功电压方面的技术原则和管理规定。2005年江苏省电力调度中心为加强江苏电网的无功电压管理，进一步改善电压质量，提高电网的安全、经济运行水平，根据国务院颁发的《电网调度管理条例》、原能源部颁发的《电力系统电压和无功电力技术导则》、国网公司颁布的《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》和《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》等相关技术标准和管理规定，结合江苏电网的实际情况，制定了江苏电网220kV变电站受电力率合格率考核办法（以下简称考核办法）[1]。考核办法经过这几年的实施，江苏电网中各220kV变电站的电压水平、受电力率明显提高，变电站之间及主变压器（简称主变）中无功大量流动穿越现象显著减少，整个江苏电网的无功电压情况得到了优化和提高。但根据对近2年江苏电网能量管理系统（EMS）数据的分析计算和一些220kV变电站无功电压方面出现的问题[2，3]，发现目前的考核办法中存在一些不足之处，并提出了相应的建议。

1 考核办法介绍

考核办法将接入江苏电网的各220kV变电站（用户专用变除外）视为考核对象，将一天分为高峰及平时、低谷2个考核时段，以省调每季度下达的220kV变电站2个时段的受电力率合格范围、220kV母线目标电压以及EMS采集的每半小时一点（全天48个点）的变电站220kV侧有功、无功和电压幅值的实时数据为考核依据。当某时刻变电站220kV母线电压≥该时段目标电压，同时变电站受电力率≤该时段受电力率上限值；或变电站220kV母线电压＜该时段目标电压，同时受电力率≥该时段受电力率下限值时，则该时刻为受电力率合格点。

图1为受电力率合格区域示意图，其中阴影部分为合格区域。

图1 受电力率考核办法合格区域示意（阴影部分）

2 对考核办法的分析

江苏电网220kV变电站受电力率考核办法遵循了电网无功功率流动和电压水平分布的规律，充分考虑到了负荷高峰低谷时期不同的无功需求和220kV以下电网中无功补偿装置对220kV及以上电网的支援作用。如果某个220kV变电站电压偏低并且低于省调下达的目标电压值，则认为这个站点所带负荷缺乏无功支持，通过设置功率因数下限值而达到限制其从220kV电网吸收大量无功功率的目标；如果电压偏高并且高于省调下达的目标电压值，则认为这个站点无功支撑充足，通过设置功率因数的上限值，限制无功补偿设备投入的容量甚至向220kV电网倒送无功。但基于EMS采集的2008年夏季7、8月高峰负荷区间每隔1h，共计1488 个时间断面的历史运行数据进行分析，考核办法仍需完善。

（1）考核办法没有规定功率因数的下限值

以徐州地区的PD变电站为例，PD变电站的1、2、3号主变从电网中吸收了大量无功以平衡中低压侧负荷的无功需求，从而导致220kV侧平均功率因数偏低，分别为0.94、0.90、0.96，如图2所示。2008年三季度，PD变电站电压高峰和低谷目标值分别为221kV和220kV。对所有有效的统计点，PD变电站220kV母线电压值均大于221kV。因此，虽然220kV侧受入的无功较大，但受电力率考核全部合格。

图2 PD变电站各台主变220kV侧功率因数曲线

根据目前的考核办法，若变电站母线电压≥该时段目标电压，即使变电站受入大量无功导致功率因数很低，考核结果仍合格。对电厂较多的地区（如徐州地区），即使220kV变电站的受电力率很低，但电压支撑能力很强，只要电压大于目标电压，受电力率考核即合格。

（2）没有明确考核倒送无功功率

从功率因数值中无法确定220kV站点是吸收还是倒送无功功率。根据国网公司的相关规定，一般应避免向上一级电网倒送无功。

以南京地区的BQ变电站为例。BQ变电站在大部分时段倒送无功较大，导致功率因数较低，如图3所示（图中功率因数不变的部分为无效数据）。

图3 BQ变电站220kV侧功率因数曲线

BQ变电站220kV I段母线的电压曲线如图4所示。如果BQ变电站220kV母线电压的目标值低于226kV，则因为母线电压高于目标电压，图示时段内BQ变220kV母线的力率考核全部合格。而从无功功率分层分区平衡的原则和电网的经济运行角度来看，在电压水平合格的条件下应避免倒送无功功率。若不区分无功功率流动的方向，考核办法在此种情况下是失效的。

（3）目标电压的设定值直接决定考核结果

南京地区的GQ变电站受电功率因数曲线如图5所示（图中功率因数不变部分为无效数据）。高峰和低谷受电力率的下限值分别为0.96和0.94。由图5中可以看到，在一些时段中，GQ变电站的功率因数低于下限值。

图4 BQ变电站220kV I段母线电压曲线

图5 GQ变电站受电功率因数曲线

对1178 个有效数据点进行受电力率合格率的统计，共有25个点的受电力率不合格。值得注意的是，这25个点的考核不合格不是因为功率因数偏低，而是因为功率因数偏高。GQ变电站高峰和低谷受电力率的上限值分别为1.00和0.98，220kV母线电压的高峰和低谷目标值分别为226kV和225kV。25个考核不合格的点全部在负荷低谷时段，母线电压高于目标电压值225kV，功率因数大于上限值0.98，因而不合格。而对于多个功率因数低于0.96甚至低于0.94的点，由于母线电压高于目标电压，考核全部合格。在负荷低谷时段，无功功率较小、功率因数较高，一般母线电压也较高。若变电站母线电压大于目标电压，受电力率略大于其上限值，则根据考核标准，受电力率不合格。目标电压的设置直接决定考核结果。

3 对考核办法改进的建议

（1）在变电站母线电压≥该时段目标电压时，在设置功率因数上限的同时，通过补充设置功率因数的下限，防止无功的大量吸收或倒送，以符合无功分层平衡的原则，促使220kV以下电网无功补偿的合理配置。

（2）明确在考核办法中考虑无功功率流动的方向和无功倒送问题。

（3）优化220kV母线目标电压的设置。目前各个220kV变电站的目标电压值设置范围只能在220kV的-3%和+7%之内，并且均由各站根据以往电压情况凭经验来制定。一旦目标电压值设置得不合适，将造成整个季度的受电力率合格率下降。因此，能否负荷高峰和低谷的目标电压值设置为一个区间，以适应电网负荷及电压不断变化的情况。

按上述建议提出了更为完善的考核办法，如图6所示。

图6 改进后受电力率考核办法合格区域示意（阴影部分）

该办法具有的特点为：（1）设置了一个目标电压区间（电压下限至电压上限）；（2）明确了无功功率流动的方向，吸收无功和倒送无功按不同的标准考核；（3）无论电压水平如何，功率因数过低的运行点均不合格。

4 结束语

220kV变电站受电力率合格率考核办法设置，其最终目的在于使电网无功能分层分区平衡，避免无功的大量流动，在保证电网安全稳定运行的基础上，提高电网运行经济性。针对目前考核办法存在的不足，结合对EMS数据的分析，提出了更为完善的考核标准。在整个考核办法中，合理地预计确定各变电站的受电力率上下限和目标电压范围非常重要。

[1] 江苏省电力公司.苏电调[2005]487号.关于印发《江苏电网220千伏变电所受电力率合格率统计方法》的通知[Z].

[2] 周前，袁晓冬，郑爱霞.江苏电网无功电压现状及解决对策[J].江苏电机工程，2009，28（3）：8-12.

[3] 江苏省电力试验研究院有限公司.江苏电网2008年夏季高峰期间无功电压分析报告[R].2008.