電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量分析

現(xiàn)在以一個(gè)縣的電網(wǎng)為例，這個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的具體情況如：全縣面積1520.7平方公里。有110kV電站7座、35kV電站7座。小水電裝機(jī)容量約為63MW。由于歷史原因縣網(wǎng)特點(diǎn)是：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、供電可靠性不高;輸電線路分支多且長(zhǎng)、殘舊、多小水電沒有裝設(shè)繼電保護(hù)裝置上網(wǎng)。因此每年電網(wǎng)就會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：枯水期時(shí)，電網(wǎng)電壓過(guò)低;豐水期時(shí)，電網(wǎng)電壓過(guò)高，帶有小水電的邊遠(yuǎn)山區(qū)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)燒壞電器的現(xiàn)象。針對(duì)這些現(xiàn)象我對(duì)保證電壓質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益、減少電網(wǎng)損耗有一些看法。

一、電壓與無(wú)功功率的重要作用

電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，與控制電壓技術(shù)及調(diào)節(jié)無(wú)功功率分不開的。電壓是電能質(zhì)量的重要標(biāo)志。供給用戶的電壓與額定電壓值的偏移不超過(guò)規(guī)定的數(shù)值，是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。各種用電設(shè)備是按照額定電壓來(lái)設(shè)計(jì)制造的，只有在額定電壓下運(yùn)行才能取得最佳的工作效率。電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)本身有影響。當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)：會(huì)對(duì)負(fù)荷的運(yùn)行帶來(lái)不良影響;影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設(shè)備;各種電氣設(shè)備絕緣會(huì)損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗;甚至?xí)痣娏ο到y(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電。電壓降低時(shí)：會(huì)使電網(wǎng)中的有功功率損耗和能量損耗增加，過(guò)低還會(huì)危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。無(wú)論是作為負(fù)荷用電設(shè)備還是電力系統(tǒng)本身，都要求能在一定的額定電壓水平下工作。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，規(guī)定各類用戶的允許電壓偏移是完全必要的。我國(guó)規(guī)定在正常運(yùn)行情況下各類用戶允許電壓偏移為：

35kV及以上電壓供電的負(fù)荷 ±5%

10kV及以下電壓供電的負(fù)荷 ±7%

低壓照明負(fù)荷 +5% -10%

農(nóng)村電網(wǎng)(正常) +7.5% -10%

(事故) +10% -15%

電力系統(tǒng)中無(wú)功功率平衡是保證電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量的基本前提。對(duì)于運(yùn)行中的所有設(shè)備，要求系統(tǒng)無(wú)功功率電源所發(fā)出的無(wú)功功率(∑QG)與無(wú)功功率負(fù)荷(∑QD)及無(wú)功功率損耗(∑QL)相平衡，即

∑QG=∑QD+∑QL

而無(wú)功功率電源在電力系統(tǒng)中的合理分布是充分利用無(wú)功電源、改善電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)絡(luò)有功損耗的重要條件。無(wú)功功率的產(chǎn)生基本上是不消耗能源的，但無(wú)功功率沿輸電線路上傳送卻要引起無(wú)功功率的損耗和電壓的損耗。無(wú)功功率電源的最優(yōu)控制目的在于控制各無(wú)功電源之間的分配，合理的配置無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備和容量以改變電力網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功功率分布，可以減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善負(fù)荷用戶的電壓質(zhì)量。

二、電力系統(tǒng)的無(wú)功功率電源有：

1.同步發(fā)電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)目前是電力系統(tǒng)唯一的有功功率電源，它又是基本的無(wú)功功率電源。它只有在額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)下運(yùn)行時(shí)，視在功率才能到達(dá)額定值，發(fā)電機(jī)容量才能得到最充分的利用。當(dāng)電力系統(tǒng)中有一定備用有功電源時(shí)，可以將離負(fù)荷中心近的發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行，適當(dāng)降低有功功率輸出而多發(fā)一些無(wú)功功率，這樣有利于提高電力系統(tǒng)電壓水平。

2.同步調(diào)相機(jī)及同步電動(dòng)機(jī)

同步調(diào)相機(jī)是特殊運(yùn)行狀態(tài)下的同步電動(dòng)機(jī)，可視為不帶有功負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)或是不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動(dòng)機(jī)。因此充分利用用戶所擁有的同步電動(dòng)機(jī)的作用，使其過(guò)激運(yùn)行，對(duì)提高電力系統(tǒng)的電壓水平也是有利的。

3.靜電電容器

靜電電容器從電力系統(tǒng)吸收容性的無(wú)功功率，也就是說(shuō)可以向電力系統(tǒng)提供感性的無(wú)功功率，因此可視為無(wú)功功率電源。電容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相補(bǔ)償，隨時(shí)投入、切除部分或全部電容器組，運(yùn)行靈活。電容器的有功損耗小(約占額定容量的0.3%～0.5%)，投資也節(jié)省。

4.靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器

靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器是一種發(fā)展很快的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。它可以根據(jù)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)整所吸收的電流，使端電壓維持不變，并能快速、平滑的調(diào)節(jié)無(wú)功功率的大小和方向，以滿足動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償要求，尤其對(duì)沖擊性適應(yīng)性較好。與同步調(diào)相機(jī)相比較，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，功率損耗較小，能夠做到分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化。其缺點(diǎn)是最大無(wú)功補(bǔ)償量正比于端電壓的平方，在電壓很低時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償量將大大降低。

三、電力系統(tǒng)電壓控制的方式

在電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡中，為了保證系統(tǒng)有較高的電壓水平，必須要有充足的無(wú)功功率電源。但是要使所有用戶處的電壓質(zhì)量都符合要求，還必須采用各種調(diào)壓控制手段。

1.發(fā)電機(jī)控制調(diào)壓

控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，可以改變發(fā)電機(jī)的端電壓。發(fā)電機(jī)允許在端電壓偏移額定值不超過(guò)±5%的范圍內(nèi)運(yùn)行。對(duì)于由發(fā)電機(jī)直接供電的小系統(tǒng)，供電線路不長(zhǎng)，輸電線路上的電壓損耗不大時(shí)，可以采用發(fā)電機(jī)直接控制電壓方式，以滿足負(fù)荷電壓要求。它不需要增加額外的設(shè)備，因此是最經(jīng)濟(jì)合理的控制電壓措施，應(yīng)優(yōu)先考慮。但是輸電線路較長(zhǎng)、多電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)并且有地方負(fù)荷的情況下，僅僅依靠發(fā)電機(jī)控制調(diào)壓已不能滿足負(fù)荷電壓質(zhì)量的要求，且在大型電力系統(tǒng)中僅僅作為一種輔助性的控制措施。

2.控制變壓器變比調(diào)壓

一般電力變壓器都有可以控制調(diào)整的分接抽頭，調(diào)整分接抽頭的位置可以控制變壓器的變比。在高壓電網(wǎng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓與無(wú)功功率的分布有著密切的關(guān)系，通過(guò)控制變壓器變化來(lái)改變負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓，實(shí)質(zhì)上是改變了無(wú)功功率的分布。變壓器本身并不是無(wú)功功率電源，因此，從整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)看，控制變壓器變比調(diào)壓是以全電力系統(tǒng)無(wú)功功率電源充足為基本條件的，當(dāng)電力系統(tǒng)無(wú)功功率電源不足時(shí)，僅僅依靠改變變壓器變比是不能到達(dá)控制電壓效果的。

3.利用無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓

并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備有調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器、電容器，它們的作用都是在重負(fù)荷時(shí)發(fā)出感性無(wú)功功率，補(bǔ)償負(fù)荷的需要，減少由于輸送這些感性無(wú)功功率而在輸電線路上產(chǎn)生的電壓降落，提高負(fù)荷端的輸出電壓

4.利用串聯(lián)電容器控制調(diào)壓

一般用于供電電壓為35kV或10kV、負(fù)荷波動(dòng)大而頻繁、功率因數(shù)又很低的輸配電線路。它是在輸電線路上串聯(lián)接入電容器，利用電容器上容抗補(bǔ)償輸電線路中的感抗，使電壓損耗后的分量減少，從而提高輸電線路末端的電壓。如圖：