關(guān)于電力系統電壓與無(wú)功補償問(wèn)題探討論文
摘要：在電力系統中存在許多的感性負荷和非線(xiàn)性裝置，這些負荷需要消耗大量的無(wú)功功率。無(wú)功功率對電網(wǎng)具有嚴重的影響。為了確保電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損，保持電壓穩定，這就需要控制其管轄范圍內的各級變電站，使電網(wǎng)的電壓合格，并實(shí)現無(wú)功就地平衡。本文闡述了無(wú)功功率補償概念，電壓無(wú)功功率控制應具有的主要設備，以及電壓無(wú)功功率的控制對策進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：電力系統 無(wú)功功率 變電站 分層平衡
電力系統中無(wú)功補償對電力系統的重要性越來(lái)越受到重視，合理地投停使用無(wú)功補償設備，對調整電網(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(zhù)十分重要的作用。如果系統無(wú)功電源不足，則會(huì )使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無(wú)功功率平衡，即靠電壓降低、負荷吸收無(wú)功功率的減少來(lái)彌補無(wú)功電源的不足。同樣，如果由于電網(wǎng)缺乏調節手段或無(wú)功補償元件的不合理運行使某段時(shí)間無(wú)功功率過(guò)剩，也會(huì )造成整個(gè)電網(wǎng)的運行電壓過(guò)高。因此，要維持整個(gè)系統的電壓水平，就必須有足夠的無(wú)功電源來(lái)滿(mǎn)足系統負荷對無(wú)功功率的需求和補償線(xiàn)路和變壓器中的無(wú)功功率損耗。
一、無(wú)功功率就地補償的概念
無(wú)功補償裝置的分布，首先要考慮調壓的要求，滿(mǎn)足電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標。同時(shí)，也要避免無(wú)功功率在電網(wǎng)內的長(cháng)距離傳輸，減少電網(wǎng)的電壓損耗和功率損耗。無(wú)功功率補償的原則是做到無(wú)功功率分層分區平衡，就是要做到哪里有無(wú)功負荷就在那里安裝無(wú)功補償裝置。這既是經(jīng)濟上的需要，也是無(wú)功電力特征所必需的，如果不這樣做，就達不到最佳補償的目的，解決不了無(wú)功電力就地平衡的問(wèn)題。
二、無(wú)功功率的平衡
在電力系統中，頻率與有功功率是一對統一體，當有功負荷與有功電源出力相平衡時(shí)，頻率就正常，達到額定值50Hz，而當有功負荷大于有功出力時(shí)，頻率就下降，反之，頻率就會(huì )上升。電壓與無(wú)功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對對立的統一體。當無(wú)功負荷與無(wú)功出力相平衡時(shí)，電壓就正常，達到額定值，而當無(wú)功負荷大于無(wú)功出力時(shí)，電壓就下降，反之，電壓就會(huì )上升。電壓與無(wú)功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復雜得多，大體上有以下幾點(diǎn)：
2.1在一個(gè)并列運行的電力系統中，任何一點(diǎn)的頻率都是一樣的，而電壓與無(wú)功電力卻不是這樣的。當無(wú)功功率平衡時(shí)，整個(gè)電力系統的電壓從整體上看是會(huì )正常的，是可以達到額定值的，即便是如此，也是指整體上而已，實(shí)際上有些節點(diǎn)處的電壓并不一定合格，如果無(wú)功不是處于平衡狀態(tài)時(shí)，那么情況就更復雜了，當無(wú)功出力大于無(wú)功負荷時(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(xiàn)路在傳送電能時(shí)需要消耗大量的無(wú)功，稱(chēng)為“無(wú)功損耗”，一般來(lái)說(shuō)，這些無(wú)功損耗與整個(gè)電網(wǎng)中的無(wú)功負荷的大小是差不多的，我們以一臺50MVA的110kV變壓器為例來(lái)了解變壓器在運行中的無(wú)功損耗情況。
變壓器的參數為：Ue=110kV，Se=50MVA，Uk％=17％，變壓器在傳送電能時(shí)的無(wú)功損耗的計算式為：
Q=SeUk％(I／Ie)2
式中I—變壓器的負荷電流；
Ic—變壓器的額定電流，與變壓器的無(wú)功損耗與變壓器的負載率、變JE器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。
如果這臺變壓器滿(mǎn)負荷運行，那么它的無(wú)功損耗就是：Q=50MVA×17％=8.5Mvar
此時(shí)變壓器的無(wú)功損耗相當大，其低壓側安裝的并聯(lián)電容器組的容量甚至不夠補償變壓器滿(mǎn)負荷時(shí)的無(wú)功損耗。
2.3無(wú)功功率不宜遠距離輸送，當輸送功率與傳送距離達到一定極限時(shí)，其傳送功率成為不可能，這是由于超高壓等級的變壓器、線(xiàn)路電抗較大，其無(wú)功損耗Q=I2X相應也很大，所輸送的無(wú)功功率均損耗在變壓器及線(xiàn)路上了。另外，傳送大量的無(wú)功功率時(shí)，線(xiàn)路電壓損失也相當大，同樣會(huì )造成無(wú)法傳送的結果。
三、各種無(wú)功補償設備及補償方式
3.1同步調相機
同步調相機實(shí)質(zhì)上是一種不帶機械負載的同步電動(dòng)機，它是最早采用的一種無(wú)功補償設備，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，運行維護復雜。因此，許多國家不再新增同步調相機作為無(wú)功補償設備。
調相機可以安裝強行勵磁裝置，當電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電壓劇烈降低，調相機可以強行勵磁，保持電網(wǎng)電壓穩定，因而提高了系統運行的穩定性。電容器輸出無(wú)功功率與運行電壓的平方成正比，電壓降低，輸出的無(wú)功將急劇下降，比如，當電壓下降10％，變?yōu)?.9Ue時(shí)，電容器輸出的無(wú)功功率變?yōu)?.81Q，即其輸出的無(wú)功功率將下降19％，所以，電容器此時(shí)不能起到穩定系統電壓的作用。
3.2并聯(lián)電容器
作為無(wú)功補償設備，電容器有以下顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)：電容器的損耗低，效率高�，F代電容器的損耗只有本身容量的0.02％左右。調相機除了本身的損耗外，其附屬設備還需用一定的所用電，損耗2％～30％，大大高于電容器；電容器是靜止設備，運行維護簡(jiǎn)單，沒(méi)有噪音。調相機為旋轉電機，運行維護很復雜；并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用得最多的一種無(wú)功功率補償設備，目前國內外電力系統中90％的無(wú)功補償設備是并聯(lián)電容器。
3.3并聯(lián)電抗器
并聯(lián)電抗器是一種感性無(wú)功補償設備，它可以吸收系統中過(guò)剩的無(wú)功功率，避免電網(wǎng)運行電壓過(guò)高。為了防止超高壓線(xiàn)路空載或輕負荷運行時(shí)，線(xiàn)路的充電功率造成線(xiàn)路電壓升高，一般裝設并聯(lián)電抗器吸收線(xiàn)路的充電功率，同時(shí)，并聯(lián)電抗器也用來(lái)限制由于突然甩負荷或接地故障引起的過(guò)電壓從而危及系統的絕緣。
在無(wú)功電源充裕的系統中，應該大力推廣有載調壓變壓器，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(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，電網(wǎng)負荷的峰谷差也越來(lái)越大，線(xiàn)路、變壓器上高峰負荷與低谷負荷產(chǎn)生的電壓損耗的差別，已經(jīng)大到無(wú)法僅僅用發(fā)電機調壓或無(wú)功補償的方法來(lái)滿(mǎn)足兩種運行方式下用戶(hù)電壓的要求了，其結果不是高峰負荷時(shí)用戶(hù)電壓太低，就是低谷負荷時(shí)電壓太高。在這種情況下，輸電系統中的一級變壓器或多級變壓器，采用有載調壓是保證用戶(hù)電壓質(zhì)量最有效的辦法。
參考文獻：
[1]蔡學(xué)敏，蔡益宇.淺談變電站VQC裝置應用中存在的問(wèn)題及對策浙江電力，2005
[2]吳鐘飛，劉滌塵.電壓無(wú)功功率控制裝置在變電站中的應用.廣東電力，2005
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