小議電力工業(yè)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t與途徑

摘要:電力系統(tǒng)的各節(jié)點無功功率平衡決定了該節(jié)點的電壓水平，由于當(dāng)今電力系統(tǒng)的用戶中存在著大量無功功率頻繁變化的設(shè)備;如軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵道等。同時用戶中又有大量的對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備:如計算機(jī)，醫(yī)用設(shè)備等。因此迫切需要對系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。本文根據(jù)無功功率的平衡原理，依據(jù)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t，介紹無功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化控制原理及流程。

關(guān)鍵詞:無功功率 電壓 實時補(bǔ)償

0 引言

隨著我國電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴(kuò)張，電力負(fù)荷增長很快，電壓等級越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積在不斷擴(kuò)大。但是，由于地理環(huán)境、燃料運(yùn)輸、水資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模等諸多因素的影響，致使電源(發(fā)電廠)分布不均衡，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)良的電能質(zhì)量，就必須解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)葐栴}。

1 無功功率的平衡

欲維持電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)使電力系統(tǒng)中的無功功率保持平衡，即系統(tǒng)中的無功電源可發(fā)出的無功功率應(yīng)大于或等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。系統(tǒng)中無功功率的平衡關(guān)系式如下:

Qgc-Qld-Ql=Qr

式中 Qgc——電源發(fā)出的無功功率之和;

Qld——無功負(fù)荷之和;

Ql——網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和;

Qr——系統(tǒng)可提供的備用無功功率。

Qr>0，表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡而且有適當(dāng)?shù)膫溆?Qr<0，表示系統(tǒng)中無功功率不足，此時，為保證系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平，就應(yīng)考慮加設(shè)無功補(bǔ)償裝置。

Qgc包括全部發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率Qg和各種無功補(bǔ)償裝置提供的無功功率Qc，即

Qgc=Qg+Qc

1.1 補(bǔ)償容量不足時的無功功率平衡 進(jìn)行系統(tǒng)無功功率平衡的前提是保持系統(tǒng)的電壓水平正常，否則，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量就得不到保證。在圖1所示的系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性曲線中，在正常情況下，系統(tǒng)無功功率電源所提供的無功功率Qgcn，由無功功率平衡的條件Qgcn-Qld-Ql=0決定的電壓為Un，設(shè)此電壓對應(yīng)于系統(tǒng)正常的電壓水平。但假如系統(tǒng)無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc

1.2 系統(tǒng)無功功率電源充足時的無功功率平衡 在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，如圖2所示，系統(tǒng)無功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點a確定了負(fù)荷節(jié)點的電壓Ua。

當(dāng)負(fù)荷增加時，如曲線2所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應(yīng)增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時曲線1和曲線2的交點a'就代表了新的無功功率平衡點，并由此決定了負(fù)荷點的電壓為Ua′，顯然Ua′

2 無功補(bǔ)償原則

國家《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，無功補(bǔ)償與電壓調(diào)節(jié)應(yīng)以下列原則進(jìn)行。①總體平衡與局部平衡相結(jié)合;②電力補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合;③分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合;④降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

無功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層(按電壓等級)和分區(qū)(按地區(qū))補(bǔ)償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸。

3 無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉矮@得途徑

3.1 無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕?①提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備所需容量，減少不必要的損耗。②穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量。而在長距離輸電線路中安裝合適的無功補(bǔ)償裝置可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力。③在三相負(fù)載不平衡的場合，可對三相視在功率起到平衡作用。

3.2 提供無功功率的途徑大致有以下幾種:①同步發(fā)電機(jī):調(diào)整勵磁電流，使其在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，輸出有功功率的同時輸出無功功率; ②同步電動機(jī):與同步發(fā)電機(jī)一樣可提供無功; ③同步調(diào)相機(jī):當(dāng)同步電機(jī)空載運(yùn)行而僅向電網(wǎng)輸送無功功率時，便被稱為調(diào)相機(jī)。④靜止無功補(bǔ)償裝置:早期為飽和電抗器型的，目前較先進(jìn)的采用了自換相變流電路。⑤并聯(lián)電容器:可提供超前的無功功率以補(bǔ)償感性負(fù)荷，多裝于降壓變電所，還可就地補(bǔ)償。

在配網(wǎng)中，無論是工業(yè)負(fù)荷還是民用負(fù)荷，大多為感性，所有感性負(fù)荷都要消耗無功功率，所以往往采用電容器補(bǔ)償?shù)姆绞健Ｓ绕涫窃?00V的低壓配網(wǎng)中，由于并聯(lián)電容器簡單經(jīng)濟(jì)，再配以智能型的無功功率補(bǔ)償控制器，使得補(bǔ)償方式方便靈活，補(bǔ)償容量更趨合理。

按照上述方案實施無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)，使無功功率得到了自動實時補(bǔ)償，實現(xiàn)從離線處理到實時處理，從就地平衡到全網(wǎng)平衡，從單獨控制到集中控制，避免了人工監(jiān)視、手動投切的各種弊端，如響應(yīng)慢、誤操作、工作量大等，電壓水平的合格性和穩(wěn)定性得到了顯著提高，整個電網(wǎng)的網(wǎng)損降到了盡量低的程度。該系統(tǒng)方案在電力系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。