如同有功功率平衡一样(yàng),电力(lì)系统的无功功率在每一刻(kè)也必须保持平衡。
在(zài)电力系统中,频率与有功功(gōng)率是一对(duì)统(tǒng)一体, 当有功负荷与(yǔ)有功电源出力相平衡时,频率就正常,达到额定值50Hz,而当有功负荷大(dà)于有功(gōng)出力时,频率就下降,反之,频率就会上升。电压与无功功率也和 频(pín)率与有功功率一样,是一对对立的统一(yī)体。当无功负荷与无功出力相平衡时(shí),电压就正常,达到额(é)定值,而当无功负荷大(dà)于无功出力(lì)时,电压就(jiù)下降,反之,电(diàn)压 就会上升。
但是(shì),需要说明的是(shì)电(diàn)压与无功功率之间的关系要比频率与有功(gōng)功率之间的关系复杂得多,大体上有以下几点:
①在一个并列运(yùn)行的电力系统中,任何一点的频率都是一(yī)样的,而电压与无功电力(lì)却不是这样的。
当无(wú)功功率平衡时,整个电力系统的电压从整体上看是(shì)会正常的,是可以达到额定值的,即便是如(rú)此(cǐ),也是指(zhǐ)整体上而已(yǐ),实际上有些节点处(chù)的电压并不一定合格,如 果无功不是处于平衡状态时(shí),那么情况就更复杂了,当无(wú)功出力大于无功负(fù)荷时,电压普(pǔ)遍会高一些,但也会有个别地方可能低一些,反之,也(yě)是如此。
②系统需要的无功功率远远大于发电机所能(néng)提供的无功出(chū)力,这(zhè)是由于现(xiàn)代超(chāo)高压电网(wǎng)包括各级变压器和架空线路在传送电能时需要消耗大量(liàng)的无功,称为"无功损 耗",一般来说,这些无功损耗与整个电(diàn)网中的无功负荷的大小是差不多(duō)的,我(wǒ)们以一台50MVA的110kV变压器为例来了解变压器在运行中的无功损耗情况。
变压器的参数为:Ue =110kV,Se=50MVA,Uk%=17%,变压器在传送电能时的无功损耗的计算式为:
Q = SeUk%(I/Ie)2
式中 I--变压(yā)器(qì)的负荷(hé)电流;
Ie--变压器(qì)的额定电流,与变(biàn)压器的无功损耗与变压器的负载率、变压器(qì)的额定容量及短路阻(zǔ)抗有关。
如果这台变压器满负荷运行(háng),那么它的无功损耗就(jiù)是:Q=50MVA×17%=8.5Mvar
此时变压器的无功损耗相当大,其低压侧安装(zhuāng)的并联(lián)电(diàn)容器组的容量甚至不够补偿变压器满负荷时的无功损耗。
③ 无功功率不宜远距离(lí)输送(sòng),当输(shū)送功率与传送(sòng)距离达到(dào)一定极限时,其传送功率成为不可能,这是由于超高压等级的变压器、线路电抗较大,其无(wú)功损耗Q = I2X相应也(yě)很大,所输送的无功功率(lǜ)均损耗在变压(yā)器及线路上了。另外,传送大量的无功功率时,线路电(diàn)压损失也相 当大,同(tóng)样会造成无法传送的结果。
合理的就地无功(gōng)补偿对(duì)调整系(xì)统电压、降(jiàng)低线损(sǔn)有(yǒu)十分重要的作用。
设有(yǒu)一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路全长20km,输送有功功率30MW,无功功率40Mvar,下面分别计算在功率因数cosf = 0.6和0.9时(shí)线路的功率(lǜ)损耗和应补偿的无功功率。本题只计算导线电阻的功率损耗,不考虑其它因素。
1)在 cosf = 0.6时,此时有功P = 30MW,无功Q = 40Mvar,视在功率(lǜ)S = 50MVA,电(diàn)流(liú)I = S/U = 50MVA/(110kV×31/2) = 263A,功率损耗P = I2•R = 2632×0.095×20×3 = 394kW。
2) 在(zài)cosf=0.9时,此时有功功率P=30MW,视在功率S=33.333MVA,无功功率Q= 14.528Mvar,I=S/U=33.333MVA/(110kV×31/2) =175A,功率损耗 P = I2•R = 1752×0.095×20×3 = 175kW。应补偿无功(gōng)容量 = 40-14.528 = 25.472Mvar。
补偿前后有功损(sǔn)耗相差219kW。由计算结果可知补偿无功功率25.472Mvar后(hòu)每小时可降低线损219kWh。
无功补偿对电力系统的重要性越(yuè)来越受到重视,合理地投停使用无功补偿设备,对(duì)调整电网(wǎng)电(diàn)压、提高供电质量(liàng)、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。
无功补偿装(zhuāng)置的合理使用可以给供电企业带(dài)来巨大的经济效益。对于像北京电力(lì)公司这样的大企业(yè)来说,线损每降低0.1个百分点,就可以增加上千(qiān)万元(yuán)收入。
从根本上说,要维持整个系统的电压水平,就必须有足够的无功(gōng)电源来满足系统负荷对无功功率的需求和补偿线路和变压器中的无功功率损耗。
如果系统无功电(diàn)源不足,则会使电网处(chù)于(yú)低电压水平上的无功功率平衡,即(jí)靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功(gōng)电源的不足。同样,如果由于电网缺乏调节手段或无(wú)功补(bǔ)偿元件的不合理运行使某段时间无功功率过(guò)剩,也会造成整个电网的运行电压过(guò)高。
我国(guó)电网曾在20世纪70年(nián)代由于缺乏无功功率(lǜ)补偿设备而(ér)长期处(chù)于低电压运行状态。有(yǒu)些地方想用调节变压器分接头的办法来解决本地区电(diàn)压低的问题。开始,这种办法也有一些效果,某些供电点电(diàn)压升高了(le),但这(zhè)是以降低(dī)别处电压(yā)为代价的,因为总的无功电源不(bú)足,局部地区电压升高(gāo)无(wú)功负荷增大,必然使别(bié)处无功功(gōng)率更 少、电压更低。各处普遍采(cǎi)用调节变压器分接头的结果,不仅没能提高负荷的供电电压,而是(shì)使得无功(gōng)损耗加(jiā)大(dà),整个系统低电压问题更加严重。在(zài)这种情况下(xià),首 要(yào)的问题应该是增加无功功率补偿(cháng)设备。
低压运行同时对电网安全带来巨大危害,系统稳定性差,十分脆弱,经受不起事故异常及负荷强烈变化对(duì)系(xì)统的冲击、十分容易造成(chéng)大面积(jī)的(de)停电和系统瓦解的后果,国(guó)内外均有此先例。
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