电力系统调压措施分析报告

电力系统调压措施分析报告

电压是衡量电能质量的重要技术指标，对电力系统的安全经济运行，保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命具有重要影响。19世纪70、80年代法国、美国、瑞典、巴西、日本等国家相继发生电压崩溃性事故，这些以电压崩溃特征的电网瓦解事故每次均带来巨大的经济损失，同时也引起了社会的极大混乱。电压崩溃是由系统运行中的电压偏移未能良好的进行调整演变而成。任何电压偏移都会带来经济和安全方面的不利影响。当系统出现故障时，电压会降低，如果不及时地采用合理有效的措施对电压进行调整，就会引起电压崩溃进而电网瓦解等重大灾难性事故。因此，电压调整是保证电网安全可靠运行的重要方面之一。保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。

一、电压调整的基本原理

电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡，系统中各种无功电源的无功输出应该满足（大于或至少等于）系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值，产生电压偏移。此外为保证运行可靠性和适应无功功率的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。系统的无功电源充足，即表现系统能运行在较高的电压水平；反之，系统无功不足就反映为运行电压水平偏低，需要装设无功补偿设备。由于电力系统的供电区域幅员广阔，无功功率不适宜长距离传输，所以负荷所需的无功功率应尽量的分层分区就地平衡。由无功功率平衡原理可知进行电压调整就是从补偿无功电源和减小网络无功损耗两个方面出发。

二、电压调整的三种基本方式

电力系统结构复杂且用电设备数量极大,电力系统的运行部门对网络中各母线电压及各种用电设备的端电压进行监视和调整是不现实的也是没有必要的。因此，在电力系统中，运行人员常常选择一些有集中负荷的母线作为中枢点进行监视和控制，只需将中枢点电压控制在允许的电压偏移范围内，则系统其它各处的电压质量也能基本满足要求。一般可以选择作为电压中枢点的母线有：1）大型发电厂的高压母线。2）枢纽变电站的二次母线。3）带有大量地方负荷的发电厂母线。

以上电压中枢点的共同点是均能反映和控制整个系统网络的电压水平根据中枢点所管辖电力网中负荷的变化程度和负荷分布范围，对中枢点调压方式提出原则性要求，以确定一个大致的电压变化范围。电压中枢点调压方式有逆调压、顺调压、常调压（也称恒调压）三种类型。

1）逆调压:主要适用于线路较长,负荷变化较大的大型电力网络。在最大负荷时要提高中枢点的电压，相较于线路额定电压高5%，以抵偿线路上因负荷增大而增大的线路损耗；在最小负荷时要将中枢点的电压降低，使之与线路额定电压相等，防止因负荷低而引起电压过高。逆调压方式要求最高，实现较难，需要在中枢点配备较贵重和先进的调压设备。2）顺调压：主要适用于线路不长，负荷变化很小，线路上的电压损耗也较小的小型网络。在最大负荷时，允许电压降

低，但不得低于线路额定电压的102.5%；在最小负荷时，允许电压升高，但不高于线路额定电压的107.5%。顺调压是一种较低的调压要求，最易实现，一般通过普通变压器分接头就可实现。3）常调压：主要适用于一天24h内，负荷变化不大，线路电压损耗也较小的中型网络。此时只要将中枢点电压保持在较线路额定电压高2%-5%的数值范围内即可，不必随负荷变化来调整中枢点电压。常调压方式较逆调压方式要求较低，一般可不装设贵重的调压设备，利用普通变压器的分接头选择或装设静电电容器就可以达到要求。

以上三种调压方式均是在系统正常运行时的要求。当系统发生故障时，因电压损耗比正常时大，所以电压质量要求允许降低一些，负荷点的电压偏移允许较正常时再增大5%。

三、现代电力系统中使用的调压措施

分析在电力系统中，电源的无功功率输出在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，充足的无功功率才能保证优质的电压水平。调整负荷点的电压，可以有三类主要措施：1）调节发电机的励磁电流以改变发电机端电压；2）通过调节变压器分接头改变变比；3）改变电力网络参数和无功功率分布减小电压损耗。

1.调节发电机励磁电流改变机端电压

发电机是电网中调整运行电压的重要设备。发电机不仅是有功电源，也是无功电源。通过调节发电机的励磁电流可以调节发电机端电压，当负荷大时，电网电压损耗较高，用户端电压较低，可以增加发电机励磁电流来增大发电机电势，从整体上提高网络的电压水平，提高电压稳定性；当负荷小时，电网电压损耗降低，用户端电压过高，可以减小发电机励磁电流来降低发电机电势，进行进相运行。

适用环境：1）由孤立发电厂不经升压直接供电的小型电力网，因供电线路不长，线路上电压损耗不大，发电机调压是最方便且最经济的调压方式，不需要额外投资调压手段。2）对于线路较长、供电范围较大、有多级变压的供电系统，发电机调压只能满足发电厂近处地方负荷的电压质量要求，发电机端电压在最高负荷时提高5%，最小负荷时保持与额定电压相等。

存在问题：在有若干发电厂并列运行的电力系统中，调节个别发电厂的母线电压，会引起系统中无功功率的重新分配，这可能同无功功率的经济分配产生矛盾。所以在大型电力系统中，发电机调压只作为辅助调压措施。

2.调节变压器分接头

通过调整变压器分接头档位可以调节变压器二次侧的电压，可以改善局部地区电压。主要有无载调压和有载调压两种方式。1）无载调压：即不带负荷调压。这种调压方式一定要在变压器断开电源后进行操作，及时调整变压器的分接头来调整二次侧电压，不能改变电压损耗的数值和负荷变化是次级电压的变化幅度。此种调压方式只能适用于季节性停电的变电站和配电所。2）有载调压：利用有载调压变压器载负荷条件下切换分接头的调压方法，根据不同的负荷大小来选择合适分接头，可缩小电压变化幅度并改变电压变化趋势。其调节范围比较大，一般在15%以上，能够在电力网电压变化和负荷变化时，不停电快速的调节分接头满足调压要求，保证了二次侧供电可靠性。OLTC价格较高运行维护复杂，一般在枢纽变电站。两电力网间联络变电站和负荷变化大或调压要求高的的变电所中配备。

存在问题：实际运行中，由于负荷峰谷差较大，需要频繁的调整分接头，这时不仅会引起电压的波动，也会影响设备的寿命。变压器调压的前提条件是系统无功充足，当系统无功不足时，当某一地区电压由于变压器分接头改变而升高后，该地区所需的无功功率也增大了，这就可能扩大系统的无功缺额。从而导致整个系统的电压水平更加下降，严重的还会导致电压崩溃，这是变压器的负调压作用。这种情况下应该装设无功功率补偿设备。

3.改变电力网络参数和无功功率分布减小电压损耗

3.1并联同步调相机

同步调相机相当于空在运行的同步电动机。在过励磁运行时，可向系统提供感性无功功率，提高系统电压，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，可以吸收系统的感性无功，降低系统电压，起无功负荷的作用。装有自动励磁调节装置的同步调相机能根据装设地点的电压数值平滑的改变运行状态，吸收或输出无功功率，进行电压调节。同步调相机有很高的过载能力，在系统故障时，可以强行励磁调整系统电压，提高系统稳定性。

适用环境：在我国，常装设在枢纽变电站，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。在国外，很少采用同步调相机，而改用静止补偿器。

存在问题：维护比较复杂，有功功率损耗较大，载满负荷时约为额定容量的1.5%、5%，容量越小百分值越大，故小容量的调相机每kVA容量投资费用大。同步调相机一般大容量集中使用，容量小于5。kVA一般不装设。

3.2并联电抗器

并联电抗器是接在高压输电线路上的大容量电感线圈，其作用是补偿高压输电线路的电容和吸收无功功率，防止由于线路轻载而引起线路过电压。在超高压线路上一般均要装设并联电抗器。

3.3并联静电电容器

静电电容器可以吸收系统的容性无功功率，换言之，就是可以向电力系统提供感性无功功率，充当无功电源。供给的无功功率QC值与所在节点的电压平方成正比，即：QC=V2/XC

（XC=1/。C为静电电容器的容抗）

适用环境：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散装设来供应无功功率，降低损耗。电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量大小无关，维护比较方便，一般在变电所中均有装设，在运行中，将电容器连接成若干组，根据负荷变化，分组投入和切除。

存在问题：1）补偿容量受节点电压影响，当系统发生故障或由于其他原因引起电压下降时，电容器无功输出的减小将导致电压继续下降，无功调节性能较差；2）由于静电电容器在运行时是分组投切，补偿容量调节不连续；3）负荷增长是通过并联电容补偿的增加来满足电压约束，当增加到一定程度时，系统会出现病态。

3.4串联电容器

线路串联补偿电容器的实质是以容性电抗补偿线路的感抗，改变线路参数X，使电压损耗中的QX/V分量减少。线路串联电容器，既可以用于提高末端电压，改善电压质量；也用于加强线路两端电气联系，缩小两端的相角差，提高网络的功率传输能力进而提高静稳定极限，提高了系统运行的稳定性。