有載自動調壓對電力系統電壓穩定性的分析
電力系統為了將運行電壓維持在一個合理的水平，采取了諸多調整電壓的措施，通過調整變壓器的電壓分接頭來調整電壓是電力系統經常采用的措施，特別是有載調壓變壓器由于其能在帶負載的情況下調整電壓以及電壓調整范圍較寬的優點而受到越來越廣泛的使用。然而，改變變壓器的變比調壓是有條件的。它就是：必須維持系統的無功功率平衡。離開了這個條件，非但不能起到調壓的作用，在嚴重的情況下還可能引起系統電壓的全面崩潰，使系統解列，招致災難性的后果。
1 變壓器的調壓原理
改變變壓器電壓分接頭對調整電壓的作用可用圖1（a）所示的系統圖來說明。圖1（a）是兩個電壓網絡經變壓器連接成的系統圖，圖1（b）是它的等值電路圖。圖中各參數都用標么值表示，其中ZT為調壓變壓器的短路阻抗；K為變比標么值，其值為K＝
后的實際變比，Kn為額定變比，Ujn為高壓側主分接頭對應的額定電壓（其余分接頭對應的額定電壓為Uj），Udn為低壓側額定電壓。
1 變壓器的調壓原理
改變變壓器電壓分接頭對調整電壓的作用可用圖1（a）所示的系統圖來說明。圖1（a）是兩個電壓網絡經變壓器連接成的系統圖，圖1（b）是它的等值電路圖。圖中各參數都用標么值表示，其中ZT為調壓變壓器的短路阻抗；K為變比標么值，其值為K＝
后的實際變比，Kn為額定變比，Ujn為高壓側主分接頭對應的額定電壓（其余分接頭對應的額定電壓為Uj），Udn為低壓側額定電壓。
當K＞1時，Y1為感性，Y2為容性；
當K＝1時，Y1＝Y2＝0；
當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，調壓變壓器的作用就相當于在空載電壓高的一側放置并聯電容器，而在空載電壓低的一側放置并聯電抗器。前者向系統送出感性無功，后者從系統吸收感性無功，改變變壓器變比K，正是通過改變變壓器兩側導納Y1及Y2的性質和大小，以改變變壓器兩則系統無功潮流的變化，從而影響變壓器兩側電壓。
2 有載調壓變壓器的作用
由于普通變壓器分接頭的改變只能在停電的狀態下調整，它不能改變負荷變化時二次側電壓的變化幅度，而且其電壓調整范圍也較小，所以對于直接向負荷中心供電的變壓器，宜配置帶負荷調壓分接頭，隨著地區負荷的增減，合理調節有載調壓器的電壓分接頭，以隨時保證用戶的供電電壓質量。我國《電力系統技術導則》規定：對110千伏及以下系統，宜考慮至少有一級電壓的變壓器采用帶負荷調壓方式。從國外情況來看，無論對于哪一級電壓的網絡供電變壓器，各國電力系統普遍都采用了帶負荷調壓分接頭，一些系統還采用了按母線電壓自動調節的方式。也就是說，利用有載調壓變壓器調壓分接頭自動調整系統電壓在許多國家已經廣泛使用，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，有載調壓變壓器自動調壓的作用也不總是積極的，有時還可能引起系統電壓的更加低落，最終引起電壓崩潰事故的出現。
3 關于電壓穩定性和電壓崩潰
所謂電力系統電壓的穩定性是指電力系統受到干擾而引起電壓變化時，負荷的無功功率與電源的無功功率能否保持平衡或恢復平衡的問題。所謂電壓崩潰是指電力系統由于擾動、負荷增大或系統參數變更后造成大面積、大幅度的電壓持續下降，運行人員和自動控制系統也無法阻止這種電壓衰減的現象。這種電壓下降的持續時間可能只需幾秒鐘，也可能需數十分鐘，甚至更長。電壓崩潰是電壓失穩的最明顯特征，它會導致系統瓦解。
4 有載調壓變壓器自動調壓對電壓穩定性的影響
現以一地區電網經線路和可以無限均勻調壓的理想調壓變壓器向負載供電為例（如圖2所示），說明有載自動調壓對電力系統電壓穩定性的影響。
由于電力系統時時刻刻都要遭受到各種擾動的影響，只不過是大多數屬于小擾動，而系統對于各種小擾動具有足夠的穩定性罷了。當系統遭遇到大擾動時（如各種短路故障、負荷急劇變動、誤操作等），往往會引起地區有、無功功率的嚴重失衡，功率嚴重缺額的地區會使其母線電壓（如U1）滑落到較低水平，有載調壓變壓器二次側電壓U2也下降很多。剛開始，由于負荷的電壓效應，降低了總的有功及無功功率需求（如圖3所示），系統仍可以在較低電壓水
平情況下短時間地穩定運行。而在事件過后，隨著供電變壓器電壓抽頭的自動調整，用戶側電壓逐漸恢復，負荷的有功及無功功率消耗逐漸恢復正常，同時流過電源阻抗Z和線路WL的電流增大，電壓降也增大，調壓變壓器一次側供電電壓U′1也隨之進一步下降。這時，如果地區電網沒有足夠的無功電源及時投入，勢必加劇該電網的無功功率缺額，使地區電網電壓繼續下降；另一方面，由于負荷的回升，使網絡的電壓降也增大了。兩者作用的結果，導致有載調壓變壓器二次側電壓始終不能恢復至額定值，有載調壓就不斷動作，形成了有載調壓器自動調壓與地區電網電壓持續下降的惡性循環，從而最終引起了地區系統的全面電壓崩潰。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壓變壓器的自動調壓直接相關。事故的原因相似，即負荷上漲，無功補償能力嚴重不足；調度在全網電壓下降過程中未果斷切除部分負荷；變壓器帶負荷自動調電壓的副作用。從以上的分析可知，當電網的無功功率供給充分的時候，有載調壓器自動調壓分接頭可以保持負荷變動時的負荷側電壓穩定；但當網絡無功功率供應不足時，如果繼續保持負荷側的電壓穩定，勢必迫使上一級電網電壓下降。而如果網絡無功功率缺額過多，就會拖垮高壓電網的電壓，發展為電壓崩潰。法國、瑞典、日本三國大停電事故的發展過程恰恰就是這樣的。
盡管變壓器自動調壓有其副作用的一面，但我們也應看到其在調壓方面的優越性能。揚長避短，興利除弊，這才是對待事物的正確方法。不能因為它有缺點就不使用。相反，隨著新技術的引入，電力市場化的步伐加快以及用戶對電能質量要求的提高，有載調壓變壓器自動調壓分接頭的使用勢必更加廣泛。對于有載自動調壓所帶來的副作用，通過采取適當的措施和方法是可以消除或減小的：
（1）制定變壓器有載調壓運行的相關原則。當調壓變壓器一次側電壓高于某一最低數值（如額定值的90％～95％）時才允許進行有載調壓，如一次側電壓低于規定的最低數值時，立即閉鎖有載調壓。 （2）在系統幾個地區建立帶負荷調壓的自動閉鎖系統。將每一地區分成若干“帶負荷調壓閉鎖動作區”，由選定的節點測定電壓進行監控，當監測到的電壓低于認定門檻時，自動地將閉鎖命令有序地傳到本區的每一臺帶負荷自動調壓裝置，閉鎖變壓器的帶負荷調壓。
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