無功補(bǔ)償來源和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備

發(fā)布時(shí)間:2024-01-02
1)同步發(fā)電機(jī):同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的無功補(bǔ)償設(shè)備。往往依照不同系統(tǒng)條件和不同的安裝位置,根據(jù)需要選擇不同的發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)。位于負(fù)荷中心附近的發(fā)電機(jī)組,宜于有較大的送出無功功率的能力,可以供應(yīng)正常負(fù)荷的部分無功功率需求外,還可以在正常時(shí)保留一部分作為事故緊急儲(chǔ)備,非常重要。
至于送端電廠的發(fā)電機(jī)組,特別是遠(yuǎn)方電廠,由于無功功率不宜遠(yuǎn)送的規(guī)律,它發(fā)出的無功功率主要用以補(bǔ)償配出線路在重負(fù)荷期間的部分無功功率損耗,實(shí)現(xiàn)超高壓網(wǎng)無功功率的分層平衡。功率因數(shù)一般都較高。例如,巴西伊泰普水電.站中,有9臺(tái)765mw的機(jī)組接在交流側(cè),經(jīng)900km,765kv交流線路到受端,機(jī)組的額定功率因數(shù)選為0.95,另9臺(tái)7機(jī)通過直流線路到受端,其額定功率因數(shù)選為0.85,因?yàn)榍罢咧恍枰a(bǔ)償線路,后者還需要補(bǔ)償換流站的無功(換流站的無功需求相當(dāng)大)。
反過來說,接到超高壓電網(wǎng)特別是位于遠(yuǎn)方的發(fā)電機(jī)組需要具有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)相運(yùn)行能力(吸收無功),使能在系統(tǒng)低負(fù)荷期間,吸收配出的超高壓線路的部分多余無功功率,以保持電廠送電電壓不超標(biāo)。這點(diǎn)在工程實(shí)踐中往往是一個(gè)后備方案,即機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行來調(diào)整電壓。我國一般現(xiàn)在機(jī)組都會(huì)做進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)。
2)輸電線路:輸電線路既能產(chǎn)生無功功率(由于分布電容)又消耗無功功率(由于串聯(lián)阻抗)。當(dāng)沿線路傳送某一固定有功功率,線路上的這兩種無功功率適能相互平衡時(shí),這個(gè)有功功率,叫做線路的“自然功率”。這點(diǎn)應(yīng)該是較為基本的認(rèn)識(shí),所以有功潮流大的線路,無功消耗也大,自然產(chǎn)生較少無功;空載線路也最容易貢獻(xiàn)無功,從而抬升電壓。尤其是500kv層面小負(fù)荷方式下容易無功剩余。
3)變壓器:變壓器是消耗無功功率的設(shè)備。除空載無功損耗外,當(dāng)傳輸功率時(shí),又通過串聯(lián)阻抗產(chǎn)生無功損耗。依前所述理由,通過變壓器傳送大量的無功功率在運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)是力求避免的,當(dāng)變壓器短路阻抗大時(shí)更當(dāng)如此。通過變壓器傳送功率產(chǎn)生的電壓降,可以適當(dāng)選擇變壓器的電壓抽頭予以補(bǔ)償。
電壓器主要分為三類:供電變壓器、電廠升壓變、電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變。
供電變壓器:不但向負(fù)荷提供有功功率,也往往同時(shí)提供無功功率,而且一般短路阻抗也較大。對(duì)于直接向負(fù)荷中心供電的變壓器,宜于配置帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭,在實(shí)現(xiàn)無功功率分區(qū)就地平衡的前提下,隨著地區(qū)負(fù)荷的增減變化,配合地區(qū)無功補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)電容器及低壓電抗器的投切,以隨時(shí)保證對(duì)用戶的供電電壓質(zhì)量,這點(diǎn)國網(wǎng)電力系統(tǒng)導(dǎo)則中有規(guī)定。
對(duì)這類變壓器是否要采用隨電壓而自動(dòng)調(diào)壓分接頭,國際上并無統(tǒng)一做法。因?yàn)樽儔浩髯詣?dòng)調(diào)壓的作用不總是積極的,如果在系統(tǒng)無功功率缺傾很大的時(shí)候,也一定要保持負(fù)荷的電壓水平而調(diào)整電壓分接頭,勢必將無功功率缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主電網(wǎng),從而可能引起重大系統(tǒng)事故。如1978年12月19日法國大停電事故,1983年12月27日的瑞典大停電事故和1987年7月23日日本東京系統(tǒng)大停電事故的起因,都直接與供電變壓器自動(dòng)調(diào)電壓分接頭有關(guān)。本質(zhì)上原因在于這只是一種間接手段,但不能改變系統(tǒng)的無功需求平衡狀態(tài)。
發(fā)電機(jī)升壓變:這一類變壓器是否配電壓分接頭和是否帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓分接頭,沒有定論,發(fā)電機(jī)本身已經(jīng)是很方便的無功調(diào)節(jié)設(shè)備,在升壓變壓器上配電壓分接頭似乎并沒有什么特殊必要。當(dāng)然,各個(gè)系統(tǒng)有各自的傳統(tǒng)習(xí)慣和做法。
主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變壓器:這一類變壓器的特點(diǎn)是容量大,如500/220/35主變。在研究這一類變壓器是否應(yīng)當(dāng)裝設(shè)帶負(fù)荷調(diào)節(jié)的電壓分接頭時(shí),有兩個(gè)特點(diǎn)值得考慮,第一,無功功率補(bǔ)償和調(diào)節(jié)能力的分層平衡,決定了作分連接兩大主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變壓器,原則上不應(yīng)承擔(dān)層間交換大量無功功率的任務(wù),而單純因有功負(fù)荷變化所造成的電壓變化則較小,第二,一般地說,因?yàn)檫B接的是主電網(wǎng),每一側(cè)到變壓器母線的短路電流水平都相當(dāng)高,都將遠(yuǎn)大于變壓器本身的容量,調(diào)節(jié)變壓器的電壓分接頭已經(jīng)失去了可以有效調(diào)節(jié)母線電壓的作用。1982年國際大電網(wǎng)會(huì)議變壓器委員會(huì)提出過一份報(bào)告,特別指出了有了帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓分接頭,不僅它本身不可靠,同時(shí)還增加了變壓器整體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。當(dāng)然這也不是絕對(duì)的,也需要視具體情況而定。
4)并聯(lián)電容器:并聯(lián)電容器早已廣泛地用于較低電壓的供配電網(wǎng)和用戶,又稱低容,用于補(bǔ)充無功。最大特點(diǎn)是價(jià)格便宜而又易于安裝維護(hù)。國際上,各大電力系統(tǒng)都是逐年不斷地大且增加采用并聯(lián)電容器,大多數(shù)是為了控制負(fù)荷功率因數(shù),也有一些接到主變壓器三次側(cè)作為無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的手段。并聯(lián)電容器的性能缺陷是,它的輸出功率隨母線電壓降低而成平方地降低,這在電壓低的情況下將可能導(dǎo)致惡性循環(huán)。
5)并聯(lián)電杭器:并聯(lián)電抗器是吸收無功功率的設(shè)備。500kv線路直接接到線路上,稱為高抗,之前過電壓部分已經(jīng)提到過它的作用(限制工頻和操作過電壓,避免自勵(lì)磁、與中性點(diǎn)小電抗相配合,可以幫助超高壓長距離線路在單相重合閘過程中易于消弧,從而保證單相重合閘成功);220kv線路一般裝在變壓器繞組三次側(cè),為低抗。
6)串聯(lián)電容器:又稱串補(bǔ),用于補(bǔ)償線路的部分串聯(lián)阻抗,從而降低輸送功率時(shí)的無功損耗,因而也是一種無功補(bǔ)償設(shè)備。但串聯(lián)電容更是電力系統(tǒng)經(jīng)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)比較普遍采用的提高系統(tǒng)穩(wěn)定和送電能力的重要手段。南網(wǎng)運(yùn)用相當(dāng)多。
串聯(lián)電容器提升的末端電壓的數(shù)值qxc/v(即調(diào)壓效果)隨無功負(fù)荷增大而增大、無功負(fù)荷的減小而減小,恰與調(diào)壓的要求一致。這是串聯(lián)電容器調(diào)壓的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)負(fù)荷功率因數(shù)高(cosφ>0.95)或?qū)Ь€截面小的線路,由于pr/v分量的比重大,串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。
在高壓系統(tǒng)中采用串聯(lián)補(bǔ)償,也有一些困難。一是補(bǔ)償站本身的復(fù)雜性,要求能在故障切除后即時(shí)再投入串聯(lián)電容和對(duì)串聯(lián)電容器本身的保護(hù)。近年來開發(fā)的氧化鋅非線性電阻保護(hù)系統(tǒng),有助于解決這方面的困難,其次是增加了繼電保護(hù)的困難,傳統(tǒng)的距離保護(hù)用在串聯(lián)補(bǔ)償線路上遇到一些特殊的問題;第三,要解決汽輪發(fā)電機(jī)組配出串聯(lián)補(bǔ)償線路可能產(chǎn)生的次同步諧振問題(這塊是一個(gè)獨(dú)立課題,出現(xiàn)過不少事故)。
7)同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)是最早采用的一種無功補(bǔ)償設(shè)備,現(xiàn)在基本不采用。但為了適應(yīng)電網(wǎng)穩(wěn)定以及直流輸電的需要,在一些情況下仍然具有它的特定作用。
8)靜止補(bǔ)償器svc:靜止補(bǔ)償器有電力電容器和可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率,電抗器可吸收無功功率,根據(jù)調(diào)壓需要,通過可調(diào)電抗器吸收電容器組中的無功功率,來調(diào)節(jié)靜止補(bǔ)償其輸出的無功功率的大小和方向。靜止補(bǔ)償器能快速平滑的調(diào)節(jié)無功功率,以滿足無功補(bǔ)償裝置的要求。這樣就克服了電容器作為無功補(bǔ)償裝置只能做電源不能作負(fù)荷且不能連續(xù)調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。但其也不適用于一個(gè)受端系統(tǒng)很弱的電網(wǎng)中,因?yàn)槠淙萘繉㈦S母線電壓下降而成平方地降低。
從本質(zhì)上來說靜止補(bǔ)償器主要是一種反應(yīng)迅速的無功功率調(diào)節(jié)手段。和同步調(diào)相機(jī)比較,雖然造價(jià)相當(dāng),但靜止補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)為快速,’這是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。而為了能發(fā)揮它在需要時(shí)的無功功率快速調(diào)節(jié)能力,至于因正常負(fù)荷變動(dòng)引起的電壓變化,過程比較緩慢,用一般的便宜得多的電容器與電抗器投切等,完全可以滿足要求,沒有必要選用這種高性能的設(shè)備。所以一般用于負(fù)荷沖擊大的節(jié)點(diǎn)、電壓樞紐節(jié)點(diǎn)、功率容易波動(dòng)的聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)以及事故緊急備用節(jié)點(diǎn)。
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