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电力系统电压与无功补偿

发布时间:2017-05-15

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发布人:未知

现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要,而且也要满足对电能质量上的要求。所谓电能质量,主要是指所提供电能的电压、频率和波形是否合格,在合格的电能下 工作,用电设备性能最好、效率最高,电压质量是电能质量的一个重要方面,同时,电压质量的高低对 电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。
1. 电压与 无功 补偿
电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端,驱动用电设备工作。
交流电力系统需要电源供给两部分能量,一部分将用于作功而被消耗掉,这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能, 我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场,用于交换能量使用的,对于外部电路它并没有作功,由电能转换为磁能,再由磁能转换为电能,周而复始,并没有消耗,这部分能量我们称为“ 无功功率”,无功是相对于有功而言,不能说无功是无用之功,没有这部分功率,就不能建立感应磁场,电动机、 变压器等设备就不能运转。在电力系统中,除了负荷无功功率外,变压器和线路的 电抗上也需要大量无功功率。
国际电工委员会给出的无功功率的定义是:电压与无功电流的乘积为无功功率。其物理意义是:电路中电感元件与电容元件活动所需要的功率交换称为无功功率。
电容和电感并联接在同一电路时,当电感吸收能量时,正好电容释放能量;电感放出能量时,电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率,可以由 电容器的无功输出得到补偿,因此我们把具有电容性的装置称为“ 无功补偿装置”。
电力系统常用的 无功补偿装置主要是电力电容器和同步调相机。
若电力负荷的视在功率为S,有功功率为P,无功功率为Q,有功功率、无功功率和视在功率之间的关系可以用一个直角 三角形来表示,以有功功率和无功功率各为直角边,以视在功率为斜边构成直角三角形,有功功率与视在功率的夹角称为 功率因数角。有功功率与视在功率的比值,我们称为功率因数,用cosf表示,cosf = P/S。它表明了电力负荷的性质。

一般说来,在超 高压电网的线路、变压器的等值电路中,电抗的数值比 电阻大得多。所以无功功率对电压损耗的影响很大,而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。因此,可以得出结论,在电力系统中,无功功率是造成电压损耗的主要因素。
从前面的 分析我们知道,当线路、变压器传输功率时,会产生电压损耗,因而影响了电网各处电压的高低。如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗,也就改变了电网各节点的电压状况。
由电压损耗表达式DU = (PR + QX)/U可知,要改变电压损耗有两种办法。
(1)改变元件的电阻;(2)改变元件的电抗,都能起到改变电压损耗的作用。
可采取的一种办法是增大 导线截面减小电阻以减小电压损耗,这种办法在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的 配电线路中比较有效。适宜负荷不断增加的农村地区采用。
而电网中用的最多的办法是减少线路中的电抗,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线路采用四分裂导线。采用分裂导线,降低线路电抗,不仅仅减少了电压损耗,而且有利于电力系统的稳定性,能提高线路的输电能力。现在已逐步采用的紧凑型结构输电线路,还可以进一步降低输电线路的电抗,不仅提高了电网的稳定性,同时,也降低了线路的电压损耗。
减小线路电抗的另一种办法是采用串联 电容补偿,就是在线路中串联一定数值的电容器,大家知道,同一电流流过串联的电感、电容时,电感电压与电容电压在相位上正好差180度.?采用串联电容补偿其主要目的也是增加线路的输电能力,提高电网的稳定性,同时,也降低了线路电压损耗。
串联电容器补偿,现在主要应用于超高压、大容量的输电线路上,山西大同到北京的500kV输电线路全长300多km,在加装了串联电容补偿后电网线损降低,电压质量改善,电网运行的稳定性得到加强,而且输电能力提高了30%以上。
为了更直观的说明改变电抗对降低电路电压损耗的作用,我们举一个简单的例子:
有一1 10KV线路,输送有功功率15MW,无功功率20M Var,线路电阻R为2W,线路电抗XL为6W(这里只是假设的数值,因线路的电抗和线路的长度、截面、材料,结构等诸多因素有关,计算比较复杂)
求:在电抗XL = 6W和经补偿后电抗XL = 2W时的压降。
解:XL = 6W时电压损耗:
DU = (PR + QXL)/U = (15×106×2 + 20×106×6)/(110×103×31/2) = 788(V)
XL = 2W时电压损耗:
DU = (PR + QXL)/U = (15×106×2 + 20×106×2)/(110×103×31/2) = 368(V)
减少电压损耗 = 788V - 368V = 420V。
降低电抗后对提高电压的作用显而易见。
除了用改变电力网参数来减少电压损耗以外,改变电压损耗的另一个重要方面是改变电网元件中传输的功率。即改变表达式中的P和Q的大小,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,常常是不可能的。因此,改变线路、变压器传输功率都是改变其无功功率,使表达式中的Q减少。由此我们引出无功功率的几个非常重要的关键的概念。

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