有載自動調(diào)壓對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的分析
電力系統(tǒng)為了將運(yùn)行電壓維持在一個合理的水平，采取了諸多調(diào)整電壓的措施，通過調(diào)整變壓器的電壓分接頭來調(diào)整電壓是電力系統(tǒng)經(jīng)常采用的措施，特別是有載調(diào)壓變壓器由于其能在帶負(fù)載的情況下調(diào)整電壓以及電壓調(diào)整范圍較寬的優(yōu)點(diǎn)而受到越來越廣泛的使用。然而，改變變壓器的變比調(diào)壓是有條件的。它就是：必須維持系統(tǒng)的無功功率平衡。離開了這個條件，非但不能起到調(diào)壓的作用，在嚴(yán)重的情況下還可能引起系統(tǒng)電壓的全面崩潰，使系統(tǒng)解列，招致災(zāi)難性的后果。
1 變壓器的調(diào)壓原理
改變變壓器電壓分接頭對調(diào)整電壓的作用可用圖1（a）所示的系統(tǒng)圖來說明。圖1（a）是兩個電壓網(wǎng)絡(luò)經(jīng)變壓器連接成的系統(tǒng)圖，圖1（b）是它的等值電路圖。圖中各參數(shù)都用標(biāo)么值表示，其中ZT為調(diào)壓變壓器的短路阻抗；K為變比標(biāo)么值，其值為K＝
后的實際變比，Kn為額定變比，Ujn為高壓側(cè)主分接頭對應(yīng)的額定電壓（其余分接頭對應(yīng)的額定電壓為Uj），Udn為低壓側(cè)額定電壓。
1 變壓器的調(diào)壓原理
改變變壓器電壓分接頭對調(diào)整電壓的作用可用圖1（a）所示的系統(tǒng)圖來說明。圖1（a）是兩個電壓網(wǎng)絡(luò)經(jīng)變壓器連接成的系統(tǒng)圖，圖1（b）是它的等值電路圖。圖中各參數(shù)都用標(biāo)么值表示，其中ZT為調(diào)壓變壓器的短路阻抗；K為變比標(biāo)么值，其值為K＝
后的實際變比，Kn為額定變比，Ujn為高壓側(cè)主分接頭對應(yīng)的額定電壓（其余分接頭對應(yīng)的額定電壓為Uj），Udn為低壓側(cè)額定電壓。
當(dāng)K＞1時，Y1為感性，Y2為容性；
當(dāng)K＝1時，Y1＝Y(jié)2＝0；
當(dāng)K＜1時，Y1為容性，Y2為感性。
改變變壓器的分接頭也就是改變變比。從以上的分析可知，調(diào)壓變壓器的作用就相當(dāng)于在空載電壓高的一側(cè)放置并聯(lián)電容器，而在空載電壓低的一側(cè)放置并聯(lián)電抗器。前者向系統(tǒng)送出感性無功，后者從系統(tǒng)吸收感性無功，改變變壓器變比K，正是通過改變變壓器兩側(cè)導(dǎo)納Y1及Y2的性質(zhì)和大小，以改變變壓器兩則系統(tǒng)無功潮流的變化，從而影響變壓器兩側(cè)電壓。
2 有載調(diào)壓變壓器的作用
由于普通變壓器分接頭的改變只能在停電的狀態(tài)下調(diào)整，它不能改變負(fù)荷變化時二次側(cè)電壓的變化幅度，而且其電壓調(diào)整范圍也較小，所以對于直接向負(fù)荷中心供電的變壓器，宜配置帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，隨著地區(qū)負(fù)荷的增減，合理調(diào)節(jié)有載調(diào)壓器的電壓分接頭，以隨時保證用戶的供電電壓質(zhì)量。我國《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定：對110千伏及以下系統(tǒng)，宜考慮至少有一級電壓的變壓器采用帶負(fù)荷調(diào)壓方式。從國外情況來看，無論對于哪一級電壓的網(wǎng)絡(luò)供電變壓器，各國電力系統(tǒng)普遍都采用了帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，一些系統(tǒng)還采用了按母線電壓自動調(diào)節(jié)的方式。也就是說，利用有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓分接頭自動調(diào)整系統(tǒng)電壓在許多國家已經(jīng)廣泛使用，在我國也有逐漸推廣使用的趨勢。但是，任何事物都不是盡善盡美的，有載調(diào)壓變壓器自動調(diào)壓的作用也不總是積極的，有時還可能引起系統(tǒng)電壓的更加低落，最終引起電壓崩潰事故的出現(xiàn)。
3 關(guān)于電壓穩(wěn)定性和電壓崩潰
所謂電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到干擾而引起電壓變化時，負(fù)荷的無功功率與電源的無功功率能否保持平衡或恢復(fù)平衡的問題。所謂電壓崩潰是指電力系統(tǒng)由于擾動、負(fù)荷增大或系統(tǒng)參數(shù)變更后造成大面積、大幅度的電壓持續(xù)下降，運(yùn)行人員和自動控制系統(tǒng)也無法阻止這種電壓衰減的現(xiàn)象。這種電壓下降的持續(xù)時間可能只需幾秒鐘，也可能需數(shù)十分鐘，甚至更長。電壓崩潰是電壓失穩(wěn)的最明顯特征，它會導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。
4 有載調(diào)壓變壓器自動調(diào)壓對電壓穩(wěn)定性的影響
現(xiàn)以一地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)線路和可以無限均勻調(diào)壓的理想調(diào)壓變壓器向負(fù)載供電為例（如圖2所示），說明有載自動調(diào)壓對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響。
由于電力系統(tǒng)時時刻刻都要遭受到各種擾動的影響，只不過是大多數(shù)屬于小擾動，而系統(tǒng)對于各種小擾動具有足夠的穩(wěn)定性罷了。當(dāng)系統(tǒng)遭遇到大擾動時（如各種短路故障、負(fù)荷急劇變動、誤操作等），往往會引起地區(qū)有、無功功率的嚴(yán)重失衡，功率嚴(yán)重缺額的地區(qū)會使其母線電壓（如U1）滑落到較低水平，有載調(diào)壓變壓器二次側(cè)電壓U2也下降很多。剛開始，由于負(fù)荷的電壓效應(yīng)，降低了總的有功及無功功率需求（如圖3所示），系統(tǒng)仍可以在較低電壓水
平情況下短時間地穩(wěn)定運(yùn)行。而在事件過后，隨著供電變壓器電壓抽頭的自動調(diào)整，用戶側(cè)電壓逐漸恢復(fù)，負(fù)荷的有功及無功功率消耗逐漸恢復(fù)正常，同時流過電源阻抗Z和線路WL的電流增大，電壓降也增大，調(diào)壓變壓器一次側(cè)供電電壓U′1也隨之進(jìn)一步下降。這時，如果地區(qū)電網(wǎng)沒有足夠的無功電源及時投入，勢必加劇該電網(wǎng)的無功功率缺額，使地區(qū)電網(wǎng)電壓繼續(xù)下降；另一方面，由于負(fù)荷的回升，使網(wǎng)絡(luò)的電壓降也增大了。兩者作用的結(jié)果，導(dǎo)致有載調(diào)壓變壓器二次側(cè)電壓始終不能恢復(fù)至額定值，有載調(diào)壓就不斷動作，形成了有載調(diào)壓器自動調(diào)壓與地區(qū)電網(wǎng)電壓持續(xù)下降的惡性循環(huán)，從而最終引起了地區(qū)系統(tǒng)的全面電壓崩潰。1978年的法國大停電、1983年的瑞典大停電和1987年的日本大停電事故都與有載調(diào)壓變壓器的自動調(diào)壓直接相關(guān)。事故的原因相似，即負(fù)荷上漲，無功補(bǔ)償能力嚴(yán)重不足；調(diào)度在全網(wǎng)電壓下降過程中未果斷切除部分負(fù)荷；變壓器帶負(fù)荷自動調(diào)電壓的副作用。從以上的分析可知，當(dāng)電網(wǎng)的無功功率供給充分的時候，有載調(diào)壓器自動調(diào)壓分接頭可以保持負(fù)荷變動時的負(fù)荷側(cè)電壓穩(wěn)定；但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)無功功率供應(yīng)不足時，如果繼續(xù)保持負(fù)荷側(cè)的電壓穩(wěn)定，勢必迫使上一級電網(wǎng)電壓下降。而如果網(wǎng)絡(luò)無功功率缺額過多，就會拖垮高壓電網(wǎng)的電壓，發(fā)展為電壓崩潰。法國、瑞典、日本三國大停電事故的發(fā)展過程恰恰就是這樣的。
盡管變壓器自動調(diào)壓有其副作用的一面，但我們也應(yīng)看到其在調(diào)壓方面的優(yōu)越性能。揚(yáng)長避短，興利除弊，這才是對待事物的正確方法。不能因為它有缺點(diǎn)就不使用。相反，隨著新技術(shù)的引入，電力市場化的步伐加快以及用戶對電能質(zhì)量要求的提高，有載調(diào)壓變壓器自動調(diào)壓分接頭的使用勢必更加廣泛。對于有載自動調(diào)壓所帶來的副作用，通過采取適當(dāng)?shù)拇胧┖头椒ㄊ强梢韵驕p小的：
（1）制定變壓器有載調(diào)壓運(yùn)行的相關(guān)原則。當(dāng)調(diào)壓變壓器一次側(cè)電壓高于某一最低數(shù)值（如額定值的90％～95％）時才允許進(jìn)行有載調(diào)壓，如一次側(cè)電壓低于規(guī)定的最低數(shù)值時，立即閉鎖有載調(diào)壓。 （2）在系統(tǒng)幾個地區(qū)建立帶負(fù)荷調(diào)壓的自動閉鎖系統(tǒng)。將每一地區(qū)分成若干“帶負(fù)荷調(diào)壓閉鎖動作區(qū)”，由選定的節(jié)點(diǎn)測定電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)測到的電壓低于認(rèn)定門檻時，自動地將閉鎖命令有序地傳到本區(qū)的每一臺帶負(fù)荷自動調(diào)壓裝置，閉鎖變壓器的帶負(fù)荷調(diào)壓。
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