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無功功率平衡的概念

發(fā)布日期：2021-02-24　點擊：3060次

       如同有功功率平衡一樣，電力系統(tǒng)的無功功率在每一刻也必須保持平衡。
       在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對統(tǒng)一體， 當(dāng)有功負荷與有功電源出力相平衡時，頻率就正常，達到額定值50Hz，而當(dāng)有功負荷大于有功出力時，頻率就下降，反之，頻率就會上升。電壓與無功功率也和 頻率與有功功率一樣，是一對對立的統(tǒng)一體。當(dāng)無功負荷與無功出力相平衡時，電壓就正常，達到額定值，而當(dāng)無功負荷大于無功出力時，電壓就下降，反之，電壓 就會上升。
      但是，需要說明的是電壓與無功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多，大體上有以下幾點：
      ①在一個并列運行的電力系統(tǒng)中，任何一點的頻率都是一樣的，而電壓與無功電力卻不是這樣的。
      當(dāng)無功功率平衡時，整個電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會正常的，是可以達到額定值的，即便是如此，也是指整體上而已，實際上有些節(jié)點處的電壓并不一定合格，如 果無功不是處于平衡狀態(tài)時，那么情況就更復(fù)雜了，當(dāng)無功出力大于無功負荷時，電壓普遍會高一些，但也會有個別地方可能低一些，反之，也是如此。
      ②系統(tǒng)需要的無功功率遠遠大于發(fā)電機所能提供的無功出力，這是由于現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)包括各級變壓器和架空線路在傳送電能時需要消耗大量的無功，稱為"無功損 耗"，一般來說，這些無功損耗與整個電網(wǎng)中的無功負荷的大小是差不多的，我們以一臺50MVA的110kV變壓器為例來了解變壓器在運行中的無功損耗情況。
      變壓器的參數(shù)為：Ue =110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，變壓器在傳送電能時的無功損耗的計算式為：
    Q = SeUk%(I/Ie)2
    式中 I--變壓器的負荷電流；
Ie--變壓器的額定電流，與變壓器的無功損耗與變壓器的負載率、變壓器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。
      如果這臺變壓器滿負荷運行，那么它的無功損耗就是：Q=50MVA×17%=8.5Mvar
      此時變壓器的無功損耗相當(dāng)大，其低壓側(cè)安裝的并聯(lián)電容器組的容量甚至不夠補償變壓器滿負荷時的無功損耗。
      ③ 無功功率不宜遠距離輸送，當(dāng)輸送功率與傳送距離達到一定極限時，其傳送功率成為不可能，這是由于超高壓等級的變壓器、線路電抗較大，其無功損耗Q = I2X相應(yīng)也很大，所輸送的無功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外，傳送大量的無功功率時，線路電壓損失也相  當(dāng)大，同樣會造成無法傳送的結(jié)果。
      合理的就地?zé)o功補償對調(diào)整系統(tǒng)電壓、降低線損有十分重要的作用。
      設(shè)有一條110kV線路選用LG-300型導(dǎo)線(導(dǎo)線電阻0.095W/km)線路全長20km，輸送有功功率30MW，無功功率40Mvar，下面分別計算在功率因數(shù)cosf = 0.6和0.9時線路的功率損耗和應(yīng)補償?shù)臒o功功率。本題只計算導(dǎo)線電阻的功率損耗，不考慮其它因素。
       1)在 cosf = 0.6時，此時有功P = 30MW，無功Q = 40Mvar，視在功率S = 50MVA，電流I = S/U = 50MVA/(110kV×31/2) = 263A，功率損耗P = I2?R = 2632×0.095×20×3 = 394kW。
       2) 在cosf=0.9時，此時有功功率P=30MW，視在功率S=33.333MVA，無功功率Q= 14.528Mvar，I=S/U=33.333MVA/(110kV×31/2) =175A，功率損耗 P = I2?R = 1752×0.095×20×3 = 175kW。應(yīng)補償無功容量 = 40-14.528 = 25.472Mvar。
       補償前后有功損耗相差219kW。由計算結(jié)果可知補償無功功率25.472Mvar后每小時可降低線損219kWh。
       無功補償對電力系統(tǒng)的重要性越來越受到重視，合理地投停使用無功補償設(shè)備，對調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運行都有著十分重要的作用。 
       無功補償裝置的合理使用可以給供電企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。對于像北京電力公司這樣的大企業(yè)來說，線損每降低0.1個百分點，就可以增加上千萬元收入。
       從根本上說，要維持整個系統(tǒng)的電壓水平，就必須有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負荷對無功功率的需求和補償線路和變壓器中的無功功率損耗。
       如果系統(tǒng)無功電源不足，則會使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負荷吸收無功功率的減少來彌補無功電源的不足。同樣，如果由于電網(wǎng)缺乏調(diào)節(jié)手段或無功補償元件的不合理運行使某段時間無功功率過剩，也會造成整個電網(wǎng)的運行電壓過高。
       我國電網(wǎng)曾在20世紀70年代由于缺乏無功功率補償設(shè)備而長期處于低電壓運行狀態(tài)。有些地方想用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的辦法來解決本地區(qū)電壓低的問題。開始，這種辦法也有一些效果，某些供電點電壓升高了，但這是以降低別處電壓為代價的，因為總的無功電源不足，局部地區(qū)電壓升高無功負荷增大，必然使別處無功功率更 少、電壓更低。各處普遍采用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的結(jié)果，不僅沒能提高負荷的供電電壓，而是使得無功損耗加大，整個系統(tǒng)低電壓問題更加嚴重。在這種情況下，首 要的問題應(yīng)該是增加無功功率補償設(shè)備。
       低壓運行同時對電網(wǎng)安全帶來巨大危害，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，十分脆弱，經(jīng)受不起事故異常及負荷強烈變化對系統(tǒng)的沖擊、十分容易造成大面積的停電和系統(tǒng)瓦解的后果，國內(nèi)外均有此先例。