電能質(zhì)量受電壓偏差與頻率偏差的影響：

1 電壓偏差與頻率偏差

電壓偏差即為實際供電電壓與額定供電電壓之間的差值。引起電壓偏差的因素有無功功率不足、無功補償過量、傳輸距離過長、電力負荷過重等，其中無功功率不足和無功過剩是造成電壓偏差的主要原因。隨著負荷增長和電力市場的開放,電壓偏差越來越受到電力部門的重視。

在穩(wěn)態(tài)條件下,各發(fā)電機同步運行,整個電力系統(tǒng)的頻率可以視為相同。頻率是一個全系統(tǒng)一致的運行參數(shù)。電力系統(tǒng)頻率偏差是指電力系統(tǒng)內(nèi)的實際頻率與標稱頻率之間的偏差。引起電力系統(tǒng)頻率偏差的主要原因是負荷的波動,主要包括變化周期在10s～3min的負荷脈動和變化十分緩慢的持續(xù)變動分量且?guī)в兄芷谝?guī)律的負荷。頻率對電力系統(tǒng)負荷的正常工作有廣泛的影響,系統(tǒng)某些負荷以及發(fā)電廠廠用電負荷對頻率的要求非常嚴格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常工作就必須嚴格控制系統(tǒng)頻率,使系統(tǒng)頻率偏差控制在允許范圍之內(nèi)。

1.1電力系統(tǒng)電壓與頻率偏差造成的影響

1.1.1電力系統(tǒng)電壓偏差的影響

用電設(shè)備是按照額定電壓進行設(shè)計、制造的。如照明常用的白熾燈、熒光燈,其發(fā)光效率、光通量和使用壽命均與電壓有關(guān)。圖1中的曲線表示白熾燈和熒光燈端電壓變化時,其光通量、發(fā)光效率和壽命的變化。白熾燈對電壓變動很敏感。從圖1中可看出,當電壓較額定電壓降低5%時,白熾燈的光通量減少18%;當電壓降低10%時,光通量減少30%,照度顯著降低。當電壓較額定電壓升高5%時,白熾燈的壽命減少30%;當電壓升高10%時,壽命減少50%,這將使白熾燈損壞的數(shù)量顯著增加。

許多家用電器(如洗衣機、電風扇、空調(diào)機、電冰箱、抽油煙機等)內(nèi)的單相異步電動機,電壓過低會影響電動機的起動,使轉(zhuǎn)速降低、電流增大,甚至造成繞組燒毀的后果;電壓過高,有可能損壞絕緣或由于勵磁過大而發(fā)生過電流。

1.1.2對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響

電力系統(tǒng)維持同步運行的能力與電網(wǎng)電壓水平有很大的關(guān)系,即：

式中　P：三相功率

E：發(fā)電機電動勢

U ：系統(tǒng)線電壓

δ：E、U之間相位角

XΣ：線路總阻抗

式( 1)稱為單機無窮大系統(tǒng)功角特性。當電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定, 即XΣ 已確定的情況下,提高系統(tǒng)電壓及發(fā)電機電動勢(發(fā)電機端電壓也相應(yīng)提高)就能大大提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限。

1.1.3對電網(wǎng)經(jīng)濟運行的影響

輸電線路和變壓器在輸送功率不變的條件下,流過電流大小與運行電壓成反比。電網(wǎng)低電壓運行,會使線路和變壓器電流增大。線路和變壓器繞組的有功損耗與電流平方成正比,因此低電壓運行會使電網(wǎng)有功功率損耗和無功功率損耗大大增加,增大了電力傳輸?shù)某杀尽?/span>

1.2電力系統(tǒng)頻率偏差的危害

1.2.1系統(tǒng)低頻率運行對負荷的影響

系統(tǒng)頻率特性隨運行工況的不同和負荷組成比例的變化而不同。不同的系統(tǒng)有不同的特性,即使同一系統(tǒng), 在不同的季節(jié)甚至不同的時段內(nèi), 特性也有不小的差別。我國各地多次的系統(tǒng)頻率特性試驗綜合結(jié)果為:在50 Hz系統(tǒng)中,頻率每變化0.1Hz,負荷功率變化0.02 %～0.06 %。

1.2.2電力系統(tǒng)高頻率運行的危害

當電力系統(tǒng)運行頻率高于額定值,但不超出正常運行允許上限時,短期內(nèi)對電力系統(tǒng)的安全不會造成威脅,但也和低頻率運行一樣,對運行設(shè)備有一定的累積損傷。從經(jīng)濟方面考慮,高頻率運行既浪費了一次能源又減低了效率。對生產(chǎn)設(shè)備運轉(zhuǎn)速度要求嚴格的用戶來說,高頻率運行降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。當電力系統(tǒng)頻率超出正常運行允許上限值時,旋轉(zhuǎn)機組將超速運行,轉(zhuǎn)子上的線圈綁線和原動機轉(zhuǎn)子上的葉片在超出正常轉(zhuǎn)速10 %以上就可能從轉(zhuǎn)子上甩出,發(fā)電機定子端部也很可能因超速過電壓的沖擊而受損,電動機轉(zhuǎn)子也會發(fā)生類似的損傷。

1.3 治理電壓與頻率偏差超標的對策

1.3.1治理電壓偏差超標的對策

電壓偏差超標治理的主要對策是采取各種調(diào)壓手段和方法,在各種不同運行方式下,使用戶的電壓偏差符合國家標準。主要包括以下幾種電壓調(diào)整方式。

1)中樞點電壓管理

電力系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可以通過對中樞點電壓的監(jiān)視和調(diào)整來實現(xiàn)。所謂中樞點,是指電力系統(tǒng)中可以反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠和變電站的母線,很多負荷都由這些母線供電。若控制了這些中樞點的電壓偏差,也就控制了系統(tǒng)中大部分負荷的電壓偏差。根據(jù)電網(wǎng)運行經(jīng)驗,為了滿足中樞點供電電力用戶的電壓要求,一定電壓等級的線路的供電距離和供電容量是有一定范圍的。對于中樞點的電壓調(diào)整,也可根據(jù)電力網(wǎng)的不同性質(zhì),大致確定一個中樞點電壓的變動范圍。

2)發(fā)電機調(diào)壓

發(fā)電機不僅是有功電源,而且也是無功電源,有些發(fā)電機還能通過進相運行吸收無功功率,所以可用調(diào)整發(fā)電機端電壓的方式進行調(diào)壓。現(xiàn)在的同步發(fā)電機都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)設(shè)備,其主要功能是自動調(diào)整發(fā)電機的機端電壓、分配無功功率,提高發(fā)電機同步運行的穩(wěn)定性。按規(guī)定,發(fā)電機可以在其額定電壓的95% ～105%范圍內(nèi)保持以額定功率運行。這是一種充分利用發(fā)電機設(shè)備,不需額外投資的調(diào)壓手段。

3)變壓器調(diào)壓

電廠主變和廠變一般采用無載調(diào)壓，備變一般情況下采用有載調(diào)壓，分接頭數(shù)量不定3～7個之間，主變的分接頭通常由上級電網(wǎng)調(diào)度管理，廠用變分接頭由電廠調(diào)度進行管理。變壓器調(diào)壓需要兼顧高壓母線電壓和電廠自身的廠用電電壓在合格范圍內(nèi)。變壓器調(diào)壓是充分利用設(shè)備本身的調(diào)節(jié)電壓的能力，不需要額外投資，應(yīng)當充分利用這一優(yōu)勢。

4）改變電網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓

當線路、變壓器傳輸功率時,會產(chǎn)生電壓損耗。因而如果能改變線路、變壓器等電網(wǎng)元件上的電壓損耗,也就改變了電網(wǎng)各節(jié)點的電壓大小。由電壓損耗表達式ΔU = ( PR +QX ) /U 可知,要改變電壓損耗有2種辦法:一種是改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù),如串聯(lián)電容,利用串接的電容、電感上電壓相位差180°的特點,抵消部分電抗;

另一種是改變電網(wǎng)元件中傳輸?shù)墓β省?/span>

1.3.2 治理頻率偏差超標的對策

治理電力系統(tǒng)頻率偏差超標的主要對策是通過自動或手動方式調(diào)整發(fā)電機組的調(diào)頻器,調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的頻率達到一個新的平衡點,進而使電網(wǎng)中的頻率偏差符合國家標準。頻率調(diào)整一般包括一次調(diào)整和二次調(diào)整。

1)頻率的一次調(diào)整

發(fā)電機組原動機的頻率特性和負荷頻率特性的交點就是系統(tǒng)的原始運行點,如圖2 中點O。

設(shè)在點O運行時,負荷突然增加ΔPLO ,即負荷的頻率特性突然向上移動ΔPLO ,則由于負荷突增時發(fā)電機組功率不能及時隨之變動,機組將減速,系統(tǒng)頻率將下降。在系統(tǒng)頻率下降的同時,發(fā)電機組的功率將因它的調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大,負荷的功率將因它本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少。前者沿原動機的頻率特性向上增加,后者沿負荷的頻率特性向下減少,經(jīng)過一個衰減的振蕩過程,抵達一新的平衡點,即圖2中點O′。

2)頻率的二次調(diào)整

當負荷變動周期較長、幅度較大時,需要借助二次調(diào)整。頻率的二次調(diào)整就是手動或自動地操作調(diào)頻器使發(fā)電機組的頻率特性平行地上下移動,從而使負荷變動引起的頻率偏移可保持在允許范圍內(nèi)。頻率的二次調(diào)整如圖3所示。

在圖中,如不進行二次調(diào)整,則在負荷增大ΔPLO后,運行點將轉(zhuǎn)移到O′, 即頻率將下降為fO′, 功率將增加為PO′。在一次調(diào)整的基礎(chǔ)上進行二次調(diào)整就是在負荷變動引起的頻率下降Δf′越出允許范圍時,操作調(diào)頻器,增加發(fā)電機組發(fā)出的功率,使頻率特性向上移動。設(shè)發(fā)電機組增加ΔPGO,則運行點又將從點O′轉(zhuǎn)移到點O″。點O″對應(yīng)的頻率為fO′,功率為PO″,即由于進行了二次調(diào)整, 頻率降低由僅有一次調(diào)整時的Δf′減少為Δf″,可以供應(yīng)負荷的功率則由僅有一次調(diào)整時的PO′增加為PO″。顯然,由于進行了二次調(diào)整,系統(tǒng)的運行質(zhì)量得到了改善。