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提高电能质量的技术治理与控制方法

电能质量治理与控制是改善电能质量指标的唯一手段,是优质供用电的必 要条件,也是节能降耗的主要手段。随着电能质量技术监督的深入,《中华人民 共和国电力法》中与电能质量相关条款实施执行力度的加大,以及与电能质量 相关的治理处罚措施的颁布实施,电能质量治理与控制已越发显得重要。 电能质量污染的治理与控制主要包括电压调整、频率调节、谐波抑制、无 功补偿、闪变抑制、瞬态电压事件的控制等。表3-1是治理控制方法和电能质 量的关系。

电力系统电压调整的主要目的是采取各种调压手段和方法,在各种不同运 行方式下,使用户的电压偏差负荷国家标准。但由于电力系统结构复杂、负荷众 多,对每个用电设备电压都进行监视和调整,既不可能也无必要。电力系统电压的监视和调整可以通过对中枢点电压的监视和调整来实现。所谓中枢点是指电力 系统可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线,很多负荷都由这些母 线供电。若控制了这些中枢点的电压偏差,也就控制了系统中大部分负荷的电压 偏差。 图3-1显示了一个简单的电压损耗情况。图(a)是一个简单网络,有两个 负荷点A和B} H为中枢点。图((b)和图((c)分别是一种简化的负荷A和负 荷B的日负荷曲线,只有最大负荷和最小负荷两种状态。根据负荷曲线和线路 参数,可以计算出相应的线路HA电压损耗△Uxn和线路HB电压损耗△U。的变 化,如图(d)和图((e)所示。图((f)表示负荷A} B允许的电压偏差,这里 假设两个负荷对电压偏差要求相同。

对中枢点的电压调整,可根据电力网的不同性质,大致确定一个中枢点电 压的变动范围。其具体方式有3种:逆调压、顺调压、恒调压。 1、逆调压 如果中枢点供电至各负荷点的线路较长,各负荷的变化规律大致相同,而负荷变动比较大,则在高峰负荷时适当提高中枢点的电压以补偿线路上增大的电压 损耗;在低谷负荷时,供电线路电压损耗比较小,中枢点电压适当降低,以防止 负荷点电压过高。这种高峰负荷时电压高于低谷负荷时电压调整方式,称为逆调 压。逆调压方式是一种要求较高的调压方式,一般需要在中枢点装设特殊的调压 设备才能实现。中枢点采用逆调压方式的,在高峰负荷时一般保持电压比线路额 定电压高5%,在低谷负荷时电压下降至线路额定电压。 2、顺调压 对供电线路不长、负荷变动不大的中枢点,可以采用顺调压。顺调压方式是 指在高峰负荷时允许中枢点电压略低,低谷负荷时电压略高。顺调压一般要求高 峰负荷中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%.,低谷负荷时中枢点电压不高 于线路额定电压的107.5%0 3、恒调压 介于逆调压和顺调压之间的是恒调压。恒调压是指在任何负荷时,保持中枢 点电压基本不变,一般保持在额定电压的102}}-105。这种方式一般避免采 用,只有在无功调整手段不足时,负荷变动甚小时,或用户处于允许电压偏移较 大的农业电网时,才可采用。

发电机不仅是有功电源,也是无功电源,有些发电机还能通过进相运行吸收 无功功率,所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。现在同步发电机都装有 自动励磁调解设备,其主要功能是自动调整发电机的机端电压、分配无功功率以 及提高发电机同步运行的稳定性。按规定,发电机可以在其额定电压的95 % ^- 105%范围内保持以额定功率运行。这是一种充分利用发电机设备、不需额外投 资的调压手段。 对于由发电机直接供电的负荷,如果供电线路不长、电压损耗不大,通过发 电机调压就能满足负荷的电压要求。但如果通过多级变压供电,仅用发电机调压, 往往不能满足负荷的电压要求。而且因为发电机要照顾近处的地方负荷,电压不 能调的过高,所以远处负荷的电压调整,还要靠有载调压变压器等其他调压措施 来解决。

1、改变电网无功功率分布对电压的影响 当线路、变压器传输功率时,会产生电压损耗,因而如果能改变线路、变 压器等电网元件上的电压损耗,也就改变了电网节电的电压大小。由电压损耗 表达式△U=(PR+QX)/U可知,要改变电压损耗有两种办法。一种改变网络参 数,可用的办法是串联电容,利用串接的电容、电感上电压相位差180“的特 点,抵消部分电抗;另一种是改变电网元件中传输的功率。在满足负荷有功功 率的前提下,要改变供电线路、变压器传输的有功功率,是比较困难的,除非 负荷是由环形网供电。所以改变线路、变压器传输功率都是改变其无功功率。 2、改变电网参数 改变元件的电阻和电抗,也能起到改变电压损耗的作用。增大导线截面减 小电阻以减小电压损耗,这种方法只是在负荷功率因数较高、原有导线截面偏 小的配电线路中才比较有效。一般不宜采用。改变电网的接线方式,如切除或 投入双回线路中的一回线路,切除或投入变电站中一部分并列运行的变压器等。 采用以上方法时,要考虑不降低供电可靠性和不显著增加功率损耗等因素,所 以投切线路的办法很少采用。 电网中用的最多办法是减小线路中的电抗。在超高压输电线路中广泛采用 的分裂导线就可以明显降低线路的电抗。在我国,220kV线路一般采用二分裂, 500kV线路采用四分裂。采用分裂导线,还可以减少导线周围的电场强度,减 小电晕放电,降低线路电抗。

电压调整是个比较复杂的问题,因为整个系统每个节点的电压都不相同, 运行条件也有差别,因此,电压调整要根据系统具体情况选用合适的方法。

发电机调压是各种调压手段中首先 被考虑的。因为它不需要附加设备,而是 充分利用发电机本身具有发出或吸收无 功功率的能力,从而不需要附加投资。但 这种方法往往只能满足电厂地区负荷的 调压要求,对于通过多级电压输电的负 荷,还需要采取其他调压措施才能保证系 统电压质量。

在无功电源充裕的系统中,应该大力推广和采用有载调压变压器,这是在 各种运行方式下保证电网电压质量的关键手段之一。对一些通过多条不同电压 等级线路、多级变压器供电的负荷,其高峰负荷与低谷负荷电压损耗的差别己 经大到无法仅仅用发电机调压或无功补偿的方法来满足两种运行方式下用户电 压的要求了,其结果不是高峰负荷时电压太低,就是低谷负荷时电压过高。在 这种情况下,输电系统中的一级变压器或多级变压器,采用有载调压是保证用 户电压质量唯一可行的办法。但如果采用自动调压有载调压装置时,调压装置 将反应于变压器出口电压的降低,调整抽头位置,提高变压器的输出电压,其 结果是负荷电压的恢复和负荷吸收无功功率的增加,可能导致高压电网电压的 低落,最终造成系统稳定破坏和受端系统的电压崩溃。

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