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(duì)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(jí)變電站，使電網(wǎng)的電壓合格，并實(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(yùn)行都有著十分重要的作用。如果系統(tǒng)無功電源不足，則會(huì)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(yùn)行使某段時(shí)間無功功率過剩，也會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高。因此，要維持整個(gè)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(duì)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(shí)，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(duì)統(tǒng)一體，當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時(shí)，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(shí)，頻率就下降，反之，頻率就會(huì)上升。電壓與無功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對(duì)對(duì)立的統(tǒng)一體。當(dāng)無功負(fù)荷與無功出力相平衡時(shí)，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(shí)，電壓就下降，反之，電壓就會(huì)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(diǎn)：
2.1在一個(gè)并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，任何一點(diǎn)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(shí)，整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會(huì)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(shí)際上有些節(jié)點(diǎn)處的電壓并不一定合格，如果無功不是處于平衡狀態(tài)時(shí)，那么情況就更復(fù)雜了，當(dāng)無功出力大于無功負(fù)荷時(shí)，電壓普遍會(huì)高一些，但也會(huì)有個(gè)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(shí)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(gè)電網(wǎng)中的無功負(fù)荷的大小是差不多的，我們以一臺(tái)50MVA的110kV變壓器為例來了解變壓器在運(yùn)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(shí)的無功損耗的計(jì)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(tái)變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，那么它的無功損耗就是：Q=50MVA×17％=8.5Mvar
此時(shí)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(shí)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(shí)，其傳送功率成為不可能，這是由于超高壓等級(jí)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(shí)，線路電壓損失也相當(dāng)大，同樣會(huì)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(shí)質(zhì)上是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)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(diǎn)是投資大，運(yùn)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(lì)磁裝置，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電壓劇烈降低，調(diào)相機(jī)可以強(qiáng)行勵(lì)磁，保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，因而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電容器輸出無功功率與運(yùn)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(shí)，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(shí)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(diǎn)：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(yùn)行維護(hù)簡單，沒有噪音。調(diào)相機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)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(yùn)行電壓過高。為了防止超高壓線路空載或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，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(shí)，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(yùn)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(yùn)行方式下用戶電壓的要求了，其結(jié)果不是高峰負(fù)荷時(shí)用戶電壓太低，就是低谷負(fù)荷時(shí)電壓太高。在這種情況下，輸電系統(tǒng)中的一級(jí)變壓器或多級(jí)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)：
[1]蔡學(xué)敏，蔡益宇.淺談變電站VQC裝置應(yīng)用中存在的問題及對(duì)策浙江電力，2005
[2]吳鐘飛，劉滌塵.電壓無功功率控制裝置在變電站中的應(yīng)用.廣東電力，2005
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