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无功补偿来源与电压调节设备原理详解

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2020-12-29 10:37:31

有关无功补偿来源与电压调节设备的相关知识,包括同步发电机、输电线路、变压器、并联电容器、并联电抗器、同步调相机、静止补偿器SVC等知识。

无功补偿来源与电压调节设备

1、同步发电机:同步发电机是电力系统中最重要的无功补偿设备。往往依照不同系统条件和不同的安装位置,根据需要选择不同的发电机额定功率因数。位于负荷中心附近的发电机组,宜于有较大的送出无功功率的能力,可以供应正常负荷的部分无功功率需求外,还可以在正常时保留一部分作为事故紧急储备,非常重要。

至于送端电厂的发电机组,特别是远方电厂,由于无功功率不宜远送的规律,它发出的无功功率主要用以补偿配出线路在重负荷期间的部分无功功率损耗,实现超高压网无功功率的分层平衡。功率因数一般都较高。

例如,巴西伊泰普水电.站中,有9台765MW的机组接在交流侧,经900km,765kV交流线路到受端,机组的额定功率因数选为0.95,另9台7机通过直流线路到受端,其额定功率因数选为0.85,因为前者只需要补偿线路,后者还需要补偿换流站的无功(换流站的无功需求相当大)。

反过来说,接到超高压电网特别是位于远方的发电机组需要具有适当的进相运行能力(吸收无功),使能在系统低负荷期间,吸收配出的超高压线路的部分多余无功功率,以保持电厂送电电压不超标。这点在工程实践中往往是一个后备方案,即机组的进相运行来调整电压。我国一般现在机组都会做进相运行试验。

2、输电线路:输电线路既能产生无功功率(由于分布电容)又消耗无功功率(由于串联阻抗)。当沿线路传送某一固定有功功率,线路上的这两种无功功率适能相互平衡时,这个有功功率,叫做线路的“自然功率”。

所以有功潮流大的线路,无功消耗也大,自然产生较少无功;空载线路也最容易贡献无功,从而抬升电压。尤其是500kV层面小负荷方式下容易无功剩余。

无功补偿1

无功补偿来源2

3、变压器:变压器是消耗无功功率的设备。除空载无功损耗外,当传输功率时,又通过串联阻抗产生无功损耗。依前所述理由,通过变压器传送大量的无功功率在运行中应当是力求避免的,当变压器短路阻抗大时更当如此。通过变压器传送功率产生的电压降,可以适当选择变压器的电压抽头予以补偿。

电压器主要分为三类:供电变压器、电厂升压变、电网联络变。来自:电工技术之家

供电变压器:不但向负荷提供有功功率,也往往同时提供无功功率,而且一般短路阻抗也较大。对于直接向负荷中心供电的变压器,宜于配置带负荷调压分接头,在实现无功功率分区就地平衡的前提下,随着地区负荷的增减变化,配合地区无功补偿设备并联电容器及低压电抗器的投切,以随时保证对用户的供电电压质量,这点国网电力系统导则中有规定。

对这类变压器是否要采用随电压而自动调压分接头,国际上并无统一做法。因为变压器自动调压的作用不总是积极的,如果在系统无功功率缺倾很大的时候,也一定要保持负荷的电压水平而调整电压分接头,势必将无功功率缺额全部转嫁到主电网,从而可能引起重大系统事故。如1978年12月19日法国大停电事故,1983年12月27日的瑞典大停电事故和1987年7月23日日本东京系统大停电事故的起因,都直接与供电变压器自动调电压分接头有关。本质上原因在于这只是一种间接手段,但不能改变系统的无功需求平衡状态。

发电机升压变:这一类变压器是否配电压分接头和是否带负荷调节电压分接头,没有定论,发电机本身已经是很方便的无功调节设备,在升压变压器上配电压分接头似乎并没有什么特殊必要。当然,各个系统有各自的传统习惯和做法。

主网联络变压器:这一类变压器的特点是容量大,如500/220/35主变。在研究这一类变压器是否应当装设带负荷调节的电压分接头时,有两个特点值得考虑,第一,无功功率补偿和调节能力的分层平衡,决定了作分连接两大主电网的联络变压器,原则上不应承担层间交换大量无功功率的任务,而单纯因有功负荷变化所造成的电压变化则较小,第二,一般地说,因为连接的是主电网,每一侧到变压器母线的短路电流水平都相当高,都将远大于变压器本身的容量,调节变压器的电压分接头已经失去了可以有效调节母线电压的作用。

1982年国际大电网会议变压器委员会提出过一份报告,特别指出了有了带负荷调节电压分接头,不仅它本身不可靠,同时还增加了变压器整体设计的复杂性。当然这也不是绝对的,也需要视具体情况而定。

4、并联电容器:并联电容器早已广泛地用于较低电压的供配电网和用户,又称低容,用于补充无功。最大特点是价格便宜而又易于安装维护。国际上,各大电力系统都是逐年不断地大且增加采用并联电容器,大多数是为了控制负荷功率因数,也有一些接到主变压器三次侧作为无功补偿调节的手段。并联电容器的性能缺陷是,它的输出功率随母线电压降低而成平方地降低,这在电压低的情况下将可能导致恶性循环。

5、并联电杭器:并联电抗器是吸收无功功率的设备。500kV线路直接接到线路上,称为高抗,之前过电压部分已经提到过它的作用(限制工频和操作过电压,避免自励磁、与中性点小电抗相配合,可以帮助超高压长距离线路在单相重合闸过程中易于消弧,从而保证单相重合闸成功);220kV线路一般装在变压器绕组三次侧,为低抗。

6、串联电容器:又称串补,用于补偿线路的部分串联阻抗,从而降低输送功率时的无功损耗,因而也是一种无功补偿设备。但串联电容更是电力系统经远距离输电时比较普遍采用的提高系统稳定和送电能力的重要手段。南网运用相当多。

串联电容器

串联电容器提升的末端电压的数值QXC/V(即调压效果)随无功负荷增大而增大、无功负荷的减小而减小,恰与调压的要求一致。这是串联电容器调压的一个显著优点。但对负荷功率因数高(cosφ>0.95)或导线截面小的线路,由于PR/V分量的比重大,串联补偿的调压效果就很小。

在高压系统中采用串联补偿,也有一些困难。

一是补偿站本身的复杂性,要求能在故障切除后即时再投入串联电容和对串联电容器本身的保护。(www.dgjs123.com)近年来开发的氧化锌非线性电阻保护系统,有助于解决这方面的困难,其次是增加了继电保护的困难,传统的距离保护用在串联补偿线路上遇到一些特殊的问题;

第三,要解决汽轮发电机组配出串联补偿线路可能产生的次同步谐振问题(这块是一个独立课题,出现过不少事故)。

7、同步调相机:同步调相机是最早采用的一种无功补偿设备,现在基本不采用。但为了适应电网稳定以及直流输电的需要,在一些情况下仍然具有它的特定作用。

8、静止补偿器SVC:静止补偿器有电力电容器和可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率,电抗器可吸收无功功率,根据调压需要,通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率,来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。

静止补偿器能快速平滑的调节无功功率,以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能作负荷且不能连续调节的缺点。但其也不适用于一个受端系统很弱的电网中,因为其容量将随母线电压下降而成平方地降低。

从本质上来说静止补偿器主要是一种反应迅速的无功功率调节手段。和同步调相机比较,虽然造价相当,但静止补偿器的调节远为快速,’这是一个突出的优点。而为了能发挥它在需要时的无功功率快速调节能力,至于因正常负荷变动引起的电压变化,过程比较缓慢,用一般的便宜得多的电容器与电抗器投切等,完全可以满足要求,没有必要选用这种高性能的设备。所以一般用于负荷冲击大的节点、电压枢纽节点、功率容易波动的联络线两侧以及事故紧急备用节点。

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