關(guān)于電力系統(tǒng)電壓與無功補(bǔ)償問題探討論文
摘要:在電力系統(tǒng)中存在許多的感性負(fù)荷和非線性裝置,這些負(fù)荷需要消耗大量的無功功率。無功功率對電網(wǎng)具有嚴(yán)重的影響。為了確保電網(wǎng)的電壓質(zhì)量,降低網(wǎng)損,保持電壓穩(wěn)定,這就需要控制其管轄范圍內(nèi)的各級變電站,使電網(wǎng)的電壓合格,并實現(xiàn)無功就地平衡。本文闡述了無功功率補(bǔ)償概念,電壓無功功率控制應(yīng)具有的主要設(shè)備,以及電壓無功功率的控制對策進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng) 無功功率 變電站 分層平衡
電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償對電力系統(tǒng)的重要性越來越受到重視,合理地投停使用無功補(bǔ)償設(shè)備,對調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運行都有著十分重要的作用。如果系統(tǒng)無功電源不足,則會使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡,即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無功功率的減少來彌補(bǔ)無功電源的不足。同樣,如果由于電網(wǎng)缺乏調(diào)節(jié)手段或無功補(bǔ)償元件的不合理運行使某段時間無功功率過剩,也會造成整個電網(wǎng)的運行電壓過高。因此,要維持整個系統(tǒng)的電壓水平,就必須有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負(fù)荷對無功功率的需求和補(bǔ)償線路和變壓器中的無功功率損耗。
一、無功功率就地補(bǔ)償?shù)母拍?/strong>
無功補(bǔ)償裝置的分布,首先要考慮調(diào)壓的要求,滿足電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)。同時,也要避免無功功率在電網(wǎng)內(nèi)的長距離傳輸,減少電網(wǎng)的電壓損耗和功率損耗。無功功率補(bǔ)償?shù)脑瓌t是做到無功功率分層分區(qū)平衡,就是要做到哪里有無功負(fù)荷就在那里安裝無功補(bǔ)償裝置。這既是經(jīng)濟(jì)上的需要,也是無功電力特征所必需的,如果不這樣做,就達(dá)不到最佳補(bǔ)償?shù)哪康,解決不了無功電力就地平衡的問題。
二、無功功率的平衡
在電力系統(tǒng)中,頻率與有功功率是一對統(tǒng)一體,當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時,頻率就正常,達(dá)到額定值50Hz,而當(dāng)有功負(fù)荷大于有功出力時,頻率就下降,反之,頻率就會上升。電壓與無功功率也和頻率與有功功率一樣,是一對對立的統(tǒng)一體。當(dāng)無功負(fù)荷與無功出力相平衡時,電壓就正常,達(dá)到額定值,而當(dāng)無功負(fù)荷大于無功出力時,電壓就下降,反之,電壓就會上升。電壓與無功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多,大體上有以下幾點:
2.1在一個并列運行的電力系統(tǒng)中,任何一點的頻率都是一樣的,而電壓與無功電力卻不是這樣的。當(dāng)無功功率平衡時,整個電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會正常的,是可以達(dá)到額定值的,即便是如此,也是指整體上而已,實際上有些節(jié)點處的電壓并不一定合格,如果無功不是處于平衡狀態(tài)時,那么情況就更復(fù)雜了,當(dāng)無功出力大于無功負(fù)荷時,電壓普遍會高一些,但也會有個別地方可能低一些,反之,也是如此。
2.2壓器和架空線路在傳送電能時需要消耗大量的無功,稱為“無功損耗”,一般來說,這些無功損耗與整個電網(wǎng)中的無功負(fù)荷的大小是差不多的,我們以一臺50MVA的110kV變壓器為例來了解變壓器在運行中的無功損耗情況。
變壓器的參數(shù)為:Ue=110kV,Se=50MVA,Uk%=17%,變壓器在傳送電能時的無功損耗的計算式為:
Q=SeUk%(I/Ie)2
式中I—變壓器的負(fù)荷電流;
Ic—變壓器的額定電流,與變壓器的無功損耗與變壓器的負(fù)載率、變JE器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。
如果這臺變壓器滿負(fù)荷運行,那么它的無功損耗就是:Q=50MVA×17%=8.5Mvar
此時變壓器的無功損耗相當(dāng)大,其低壓側(cè)安裝的并聯(lián)電容器組的容量甚至不夠補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷時的無功損耗。
2.3無功功率不宜遠(yuǎn)距離輸送,當(dāng)輸送功率與傳送距離達(dá)到一定極限時,其傳送功率成為不可能,這是由于超高壓等級的變壓器、線路電抗較大,其無功損耗Q=I2X相應(yīng)也很大,所輸送的無功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外,傳送大量的無功功率時,線路電壓損失也相當(dāng)大,同樣會造成無法傳送的結(jié)果。
三、各種無功補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式
3.1同步調(diào)相機(jī)
同步調(diào)相機(jī)實質(zhì)上是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī),它是最早采用的一種無功補(bǔ)償設(shè)備,在并聯(lián)電容器得到大量采用后,它退居次要地位。其主要缺點是投資大,運行維護(hù)復(fù)雜。因此,許多國家不再新增同步調(diào)相機(jī)作為無功補(bǔ)償設(shè)備。
調(diào)相機(jī)可以安裝強(qiáng)行勵磁裝置,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時,電壓劇烈降低,調(diào)相機(jī)可以強(qiáng)行勵磁,保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定,因而提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。電容器輸出無功功率與運行電壓的平方成正比,電壓降低,輸出的無功將急劇下降,比如,當(dāng)電壓下降10%,變?yōu)?.9Ue時,電容器輸出的無功功率變?yōu)?.81Q,即其輸出的無功功率將下降19%,所以,電容器此時不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。
3.2并聯(lián)電容器
作為無功補(bǔ)償設(shè)備,電容器有以下顯著優(yōu)點:電容器的損耗低,效率高,F(xiàn)代電容器的損耗只有本身容量的0.02%左右。調(diào)相機(jī)除了本身的損耗外,其附屬設(shè)備還需用一定的所用電,損耗2%~30%,大大高于電容器;電容器是靜止設(shè)備,運行維護(hù)簡單,沒有噪音。調(diào)相機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī),運行維護(hù)很復(fù)雜;并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用得最多的一種無功功率補(bǔ)償設(shè)備,目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)中90%的無功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容器。
3.3并聯(lián)電抗器
并聯(lián)電抗器是一種感性無功補(bǔ)償設(shè)備,它可以吸收系統(tǒng)中過剩的無功功率,避免電網(wǎng)運行電壓過高。為了防止超高壓線路空載或輕負(fù)荷運行時,線路的充電功率造成線路電壓升高,一般裝設(shè)并聯(lián)電抗器吸收線路的充電功率,同時,并聯(lián)電抗器也用來限制由于突然甩負(fù)荷或接地故障引起的過電壓從而危及系統(tǒng)的絕緣。
在無功電源充裕的系統(tǒng)中,應(yīng)該大力推廣有載調(diào)壓變壓器,這是在各種運行方式下保證電網(wǎng)電壓質(zhì)量的關(guān)鍵手段之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差也越來越大,線路、變壓器上高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷產(chǎn)生的電壓損耗的差別,已經(jīng)大到無法僅僅用發(fā)電機(jī)調(diào)壓或無功補(bǔ)償?shù)姆椒▉頋M足兩種運行方式下用戶電壓的要求了,其結(jié)果不是高峰負(fù)荷時用戶電壓太低,就是低谷負(fù)荷時電壓太高。在這種情況下,輸電系統(tǒng)中的一級變壓器或多級變壓器,采用有載調(diào)壓是保證用戶電壓質(zhì)量最有效的辦法。
參考文獻(xiàn):
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