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        電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整問題及其相關(guān)技術(shù)參數(shù)研究

        2013-08-22 01:35:30張克甲
        科技視界 2013年23期
        關(guān)鍵詞:調(diào)壓功率因數(shù)電容器

        張克甲

        (吳忠供電局,寧夏 吳忠 751100)

        0 引言

        電壓的質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定、電力設(shè)備安全運(yùn)行以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大影響。當(dāng)電壓過高時(shí),對電網(wǎng)內(nèi)一次設(shè)備的絕緣以及設(shè)備的運(yùn)行壽命均會帶來影響,同時(shí)也會影響用戶設(shè)備的使用壽命,甚至使其燒毀。而當(dāng)電壓過低時(shí)則會對電網(wǎng)內(nèi)機(jī)械設(shè)備輸出功率帶來影響,會使機(jī)械設(shè)備輸出電流過大而造成設(shè)備燒損。電壓嚴(yán)重過低時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)電壓崩潰,從而導(dǎo)致系統(tǒng)失去同步而瓦解的災(zāi)難性事故,如1978年12月19日法國大停電,1983年12月27日瑞典大停電,2003年的“8·14”美加大停電事故。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展,電壓已不僅僅是單純的供電質(zhì)量問題,還關(guān)系到電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,因此電壓問題對目前電網(wǎng)而言,已上升到舉足輕重的地位。

        1 允許電壓偏移

        各種用電設(shè)備都是按額定電壓來設(shè)計(jì)制造的。這些設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行將能取得最佳的效果。電壓過大地偏離額定值將對用戶產(chǎn)生不良的影響。

        電力系統(tǒng)常見的用電設(shè)備是異步電動機(jī)、各種電熱設(shè)備、照明燈以及近年來日漸增多的家用電器等。異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是與其端電壓的平方成正比的,當(dāng)電壓降低10%時(shí),轉(zhuǎn)矩大約要降低19%。如果電動機(jī)所拖動的機(jī)械負(fù)載的阻力矩不變,電壓降低時(shí),電動機(jī)的轉(zhuǎn)差增大,定子電流也隨之增大,發(fā)熱增加,繞組溫度增高,加速絕緣老化,影響電動機(jī)的使用壽命。當(dāng)端電壓太低時(shí),電動機(jī)可能由于轉(zhuǎn)矩太小而失速甚至停轉(zhuǎn)。電爐等電熱設(shè)備的出力大致與電壓的平方成正比,電壓降低就會延長電爐的冶煉時(shí)間,降低生產(chǎn)率。電壓降低時(shí),照明燈發(fā)光不足,影響人的視力和工作效率。電壓偏高時(shí),照明設(shè)備的壽命將要縮短。

        電壓偏移過大,除了影響用戶的正常工作以外,對電力系統(tǒng)本身也有不利影響。電壓降低,會使電力網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和能量損耗加大,電壓過低還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性;而電壓過高時(shí),各種電氣設(shè)備的絕緣可能受到損害,在超高壓網(wǎng)絡(luò)中還將增加電暈損耗等。

        在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中,隨著用電負(fù)荷的變化和系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變,網(wǎng)絡(luò)中的電壓損耗也將發(fā)生變化。要嚴(yán)格保證所有用戶在任何時(shí)刻都有額定電壓是不可能的,因此,系統(tǒng)運(yùn)行中各節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)電壓偏移是不可避免的。實(shí)際上,大多數(shù)用電設(shè)備在稍許偏離額定值的電壓下運(yùn)行,仍有良好的技術(shù)性能。從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮,合理地規(guī)定供電電壓的允許偏移是完全必要的。目前,我國規(guī)定在正常運(yùn)行情況下供電電壓的允許偏移如下:35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏移的絕對值之和不超過額定電壓的10%,如供電電壓上下偏移同號時(shí),按較大的偏移絕對值作為衡量依據(jù);10kV及以下三相供電電壓允許偏移為額定電壓的±7%。

        2 改變變壓器分接頭調(diào)壓

        變壓器可以通過調(diào)節(jié)分接頭的位置,改變原邊和副邊繞組變比來調(diào)整無功流向,改變電壓,使之滿足電壓質(zhì)量的要求。變壓器分接頭調(diào)節(jié)可以分為有載調(diào)壓和無載調(diào)壓。無載調(diào)壓變壓器改變分接頭時(shí)需要停電,因此必須事前選好一個(gè)合適的分接頭,兼顧運(yùn)行中出現(xiàn)的最大負(fù)荷及最小負(fù)荷,使電壓偏差不超出允許范圍。這種分接頭調(diào)節(jié)范圍有限且不適合頻繁操作,往往只做季節(jié)性調(diào)整。有載調(diào)壓變壓器又稱帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器,它的調(diào)壓范圍大一些,且可以在運(yùn)行過程中根據(jù)電壓越限情況在線動態(tài)調(diào)整,容易滿足電力用戶對電壓偏差的要求,因此在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

        在電力系統(tǒng)中,電網(wǎng)電壓的動態(tài)調(diào)節(jié)靠發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)及補(bǔ)償電容器等。其中補(bǔ)償電容器是調(diào)度運(yùn)行最歡迎的。

        根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),電網(wǎng)變壓器有載調(diào)壓(電壓101-765kV,電流300-3000A者)每年平均調(diào)節(jié)次數(shù)為5000次,即每天13.7次。根據(jù)有關(guān)設(shè)備廠家資料配網(wǎng)10kV變壓器的有載調(diào)節(jié)次數(shù)為:1)有載調(diào)壓接點(diǎn)壽命為20萬次;2)分接開關(guān)操作1萬次要做檢查,5萬次要處理;3)觸頭磨損4%應(yīng)換新的。

        為了滿足上述要求,需要對變電站電壓無功調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化,在滿足電壓質(zhì)量和合格率的前提下,盡量減少變壓器分接頭的調(diào)整和補(bǔ)償電容器的投切,以保證設(shè)備安全,延長設(shè)備使用壽命。

        3 利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓

        無功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源,但是無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。合理的配置無功功率補(bǔ)償容量,以改變電力網(wǎng)的無功潮流分布,可以減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電壓損耗,從而改善用戶處的電壓質(zhì)量。本文將討論如何按調(diào)壓要求來選擇無功功率補(bǔ)償容量的問題。

        圖1 簡單電力網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償

        圖1所示為一簡單電力網(wǎng),供電點(diǎn)電壓V1和負(fù)荷功率P+jQ決定,線路電容和變壓器的勵(lì)磁功率略去不計(jì)。在未加補(bǔ)償裝置前若不計(jì)電壓降落的橫向分量,便有:

        式中:V′為歸算到高壓側(cè)的變電站低壓母線電壓。

        在變電所低壓側(cè)設(shè)置容量為Qc的無功補(bǔ)償設(shè)備后,網(wǎng)絡(luò)傳送到負(fù)荷點(diǎn)的無功功率將變?yōu)镼-Qc,這時(shí)變電所低壓母線的歸算電壓也相應(yīng)變?yōu)閂′,故有:

        4 補(bǔ)償電容對功率因數(shù)的影響

        通過投切低壓補(bǔ)償電容器,不僅可以調(diào)整變電所母線的電壓,更可以提高功率因數(shù)合格率,減少線路損耗。它主要是在確定用戶端補(bǔ)償和配電線路補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上,解決無功的動態(tài)補(bǔ)償,滿足無功負(fù)荷增長的需要。

        4.1 提高功率因數(shù)

        如果本變電所最大負(fù)荷月的平均有功功率為PPj,投入補(bǔ)償容量Qc,設(shè)補(bǔ)償前的功率因數(shù)為 cosφ1,補(bǔ)償后的功率因數(shù)為 cosφ2,則有以下關(guān)系:

        其中:cosφ1應(yīng)采用最大負(fù)荷日平均功率因數(shù),cosφ2確定必須適當(dāng)。

        通常,將功率因數(shù)從 0.9提高到 1.0,與將功率因數(shù)從 0.72提高到0.9所需要的補(bǔ)償容量相當(dāng)。因此,在高功率因數(shù)下進(jìn)行補(bǔ)償其綜合效益將顯著下降。從cosφ的曲線也可以看出,在高功率因數(shù)情況下,曲線上升率變小,相比之下,此時(shí)提高功率因數(shù)所需的補(bǔ)償容量將要相應(yīng)增加。

        4.2 降低網(wǎng)損

        線損是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo),降低網(wǎng)損是無功補(bǔ)償?shù)闹饕繕?biāo)之一。設(shè)補(bǔ)償前后線路電流分別為I1,I2,相應(yīng)補(bǔ)償容量:

        此種情況下,應(yīng)適當(dāng)考慮電容器的有功損耗:ΔPs=UI cosφ=Qstgδ,其中δ為電容器的介質(zhì)損失角,一般取tgδ=0.003。

        5 補(bǔ)償電容器分組和投切時(shí)存在問題分析

        由于以往對無功補(bǔ)償電容器投切優(yōu)化問題不夠重視,很多無人值守變電站無功補(bǔ)償電容器的投入與退出是定時(shí)倒換的,一般是分為低谷和高峰兩個(gè)階段。一種常用的方法是先繪制無功負(fù)荷圖,確定無功補(bǔ)償容量,然后把輕負(fù)荷下的補(bǔ)償容量固定下來,其余的補(bǔ)償容量作為按負(fù)荷變化的調(diào)整容量,根據(jù)無功負(fù)荷階梯圖按時(shí)間順序投切。

        我國制定的《力率調(diào)整電費(fèi)辦法》中規(guī)定,計(jì)算用戶的功率因數(shù)采用加數(shù)平均值,以用戶在一個(gè)月內(nèi)所消耗的有功電量W和無功電量Q進(jìn)行計(jì)算,因此無功負(fù)荷圖可以采用無功電能表,按各個(gè)小時(shí)的讀數(shù)進(jìn)行繪制。

        6 結(jié)束語

        總之,充分利用各種調(diào)壓手段和無功電源的補(bǔ)償作用,實(shí)現(xiàn)電壓無功的綜合控制對于提高電壓合格率和降低網(wǎng)損具有重要的意義。

        [1]侯博淵.變電站無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行與控制[M].水利電力出版社,1989.

        [2]曾鑒.電網(wǎng)電壓無功綜合控制中若干問題的探討[J].四川電力技術(shù),2003(4):23-25.

        [3]李樹堅(jiān),曹燕朋.淺談低壓無功補(bǔ)償電容器組投切振蕩的防治[J].機(jī)電工程技術(shù),2003,33(4):129-130.

        [4]厲吉文,潘貞存,李紅梅.變電站電壓無功自動調(diào)節(jié)判據(jù)的研究[J].中國電力,1995,28(7):77-79.

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