电力系统的调压措施浅析

摘要：本文阐述了无功优化对电压水平的影响，给出了电力系统电压调整的几种方法，并分别对几种方法的性能以及适用范围作了简要说明。

关键词：电压调整 无功优化

0 引言

电压是电能质量的重要指标之一。电压质量对电网安全稳定运行及电力用户都有着直接影响。《江苏电力系统调度规程》规定：“发电厂及500kV变电所220kV母线正常运行电压允许偏差为系统额定电压的0～+10%，其他变电所220kV母线正常允许电压允许偏差为系统额定电压的-3%～+7%，事故允许电压允许偏差为系统额定电压的-5%～+10%。”当系统电压异常时，值班人员必须根据具体情况，通过合理的调节手段维持系统各级电压水平在合格范围内，以改善电网电压和保证用户端的受电电压。

1 电力系统电压调整方法

1.1 无功平衡与电压水平的关系

电力系统运行时，任何时刻无功电源发出的无功功率都与负荷消耗的无功功率和网络损耗的无功功率之和相等，即无论何时电网的无功功率总是处于平衡状态，问题在于无功功率平衡是在怎样的电压水平下实现的。电力系统中无功电源包括发电机及各种无功补偿设备，无功负载则主要是异步电动机，二者的无功电压特性曲线如图1所示。图中，U，为额定电压，曲线1、3为电源的无功电压静态特性，曲线2、4为负荷的无功电压静态特性。

图1 系统无功一电压平衡过程

曲线l，2的交点a为系统在额定电压下的无功平衡点。负荷增加时，无功电压特性如曲线4所示。如果此时系统的无功电源输出没有相应增加，电源的无功电压特性曲线仍为曲线1，这时曲线1与曲线4的交点b，就代表新的无功平衡点，并由此决定负荷节点的电压为Ub。显然Ub

1.2 电压调整的方法

常用的电压调整方法一般有以下几种：

（1）通过增减系统的无功功率进行调压。如发电机调压、发电机改调相机、发电机进相运行调压、调相机、并联电容器、并联电抗器调压等；此方法适用于系统缺少无功功率或者有多余的无功功率的情况。

（2）通过改变有功功率和无功功率的分布进行调压。如调压变压器、改变变压器分接头调压；此方法适用于系统无功功率基本平衡的场合，在无功容量不足时，不可能完成抬高下级电压的作用。

（3）改变网络参数进行调压。如串联电容器、投停并列运行变压器、投停空载或轻载高压线路调压。此方法适用于负荷比较轻的场合。

（4）特殊情况下采用调整用电负荷或限电的方法调整电压。此方法适用于系统极度缺少无功功率的场合，是防止系统电压崩溃的有效措施之一。

2 性能分析及适用范围

2.1发电机调压

以改变发电机励磁电流的方法来调节其端电压。目前同步发电机普遍装有自动励磁调节设备，自动调节发电机的端电压、分配无功功率以及提高发电机同步运行的稳定性。利用这种方法调压可以充分利用发电机本身具有的发出或吸收无功功率的能力，不需要附加设备，从而不需要附加投资。但在实际生产中，通过改变发电机端电压的调压措施往往只能满足电厂附近地区负荷的调压要求，对于远端负荷，还需要其他调压措施的配合才能满足电压质量要求。在省级及以上大区域电网的无功调度中，发电机是提供无功电源的主要设备。保证发电厂合理的无功出力，对于维持周边母线的电压水平起着重要作用。在电压过高时，可以让发电机保持在进相运行的状态，吸收多余的无功功率。

2.2 发电机改调相运行调压

发电机作调相运行时指发电机不向电网输送有功，只向电网输送无功。一般电力系统都有专门的调相机，以补偿系统无功的需要，也可采用水轮发电机作调相运行，如一些径流式电站或枯水期水源不足的电站，就可用作调相机。

2.3 同步调相机调压

同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带有功负荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。同步调相机能在欠励磁或过励磁的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率。同步调相机还可以根据系统无功的需要，调节励磁运行。同步调相机一般装设在枢纽变电站，但因其有功损耗大、运行维护复杂、励磁损耗大、发热严重等缺点，已逐渐退出电网运行。

2.4 变压器分接头调压

变压器分接头调压，即通过改变变压器的变比，从而改变副边的输出电压。这是在生产实际中广泛采用的一种方便可行的调压方式。

改变变压器的分接头有两种方式，一种是在停电情况下改变分接头，称为无载调压；另一种可在设备不停电的情况下改变变压器的分接头，以达到实施调节电压的目的。有载调压原则如下：

（1） 在电网电压可能有较大变化的220kV及以下降压变压器及联络变压器，可采用带负荷调压方式。

（2） 除上款外，其他220kV及以上变压器，一般不宜采用带负荷调压方式。

（3） 对110kV及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用带负荷调压方式。

调整可调变压器分接头位置可以改变变压器两侧的无功潮流分布，进而改变其两侧的电压。调压变压器本身不产生无功功率，而且还因本身励磁的需要而消耗无功功率。有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头，而且调节范围比较大，不受时间限制，容易满足用户对电压偏差的需求。当电网的无功电源不足时，调压变压器的调压效果不显著。在无功电压充裕的系统中，通过调节变压器的分接头，能够有效地调节各个节点的电压水平，为实现无功功率的分层分区基本平衡打下了坚实的基础。

2.5 并联电容器补偿调压

电容器从电力系统吸收容性的无功功率，提供感性的无功功率，因此可视为无功功率电源。电容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器组，运行灵活。

并联电容器是电网中普遍运用的一种无功功率补偿设备，其具有以下的优点：

（1）比较经济，它的一次性投资和运行费用都比较低，且安装调试简单；

（2）损耗低，效率高，现代电容器的损耗只有本身容量的0.02%左右；

（3）它是静止设备，运行维护简单，没有噪音。

（4）应用范围广，可以集中安装在中心变电站，也可以分散安装在配电系统和厂矿用户，非常适用于“分层、分区”的电网补偿。

2.6 静止补偿器调压

静止补偿器可以根据负荷的变化，自动调整所吸收的电流，使端电压维持不变，并能快速、平滑的调节无功功率的大小和方向，以满足动态无功功率补偿要求，尤其对冲击性适应性较好。静止补偿器德尔最大特点是反应快速，它不是用于正常稳态情况下的无功补偿设备，而是用于需要快速反应的调节无功的工具。因而在正常情况下，不能占用静止补偿器的无功补偿容量。

3 结语

电压控制是一个复杂的过程，整个系统每一个节点的电压都不相同，运行调节也有差别。因此，电压调整要根据系统具体情况，通过对中枢点电压的调整，综合利用，统筹兼顾，选用合适的方法，才能有较好的调压结果，从而保证系统健康运行。

参考文献

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