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(shí)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(bǔ)償過量、傳輸距離過長(zhǎng)、電力負(fù)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(fù)荷增長(zhǎng)和電力市場(chǎng)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(jī)同步運(yùn)行,整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率可以視為相同。頻率是一個(gè)全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。電力系統(tǒng)頻率偏差是指電力系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際頻率與標(biāo)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(fù)荷的波動(dòng),主要包括變化周期在10s～3min的負(fù)荷脈動(dòng)和變化十分緩慢的持續(xù)變動(dòng)分量且?guī)в兄芷谝?guī)律的負(fù)荷。頻率對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷的正常工作有廣泛的影響,系統(tǒng)某些負(fù)荷以及發(fā)電廠廠用電負(fù)荷對(duì)頻率的要求非常嚴(yán)格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常工作就必須嚴(yán)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(jìn)行設(shè)計(jì)、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(shí),其光通量、發(fā)光效率和壽命的變化。白熾燈對(duì)電壓變動(dòng)很敏感。從圖1中可看出,當(dāng)電壓較額定電壓降低5%時(shí),白熾燈的光通量減少18%;當(dāng)電壓降低10%時(shí),光通量減少30%,照度顯著降低。當(dāng)電壓較額定電壓升高5%時(shí),白熾燈的壽命減少30%;當(dāng)電壓升高10%時(shí),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(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電冰箱、抽油煙機(jī)等)內(nèi)的單相異步電動(dòng)機(jī),電壓過低會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),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(lì)磁過大而發(fā)生過電流。

1.1.2對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響

電力系統(tǒng)維持同步運(yùn)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(jī)電動(dòng)勢(shì)

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(jī)無窮大系統(tǒng)功角特性。當(dāng)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(jī)電動(dòng)勢(shì)(發(fā)電機(jī)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(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)行電壓成反比。電網(wǎng)低電壓運(yùn)行,會(huì)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(yùn)行會(huì)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(yùn)行對(duì)負(fù)荷的影響

系統(tǒng)頻率特性隨運(yùn)行工況的不同和負(fù)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(shí)段內(nèi), 特性也有不小的差別。我國(guó)各地多次的系統(tǒng)頻率特性試驗(yàn)綜合結(jié)果為:在50 Hz系統(tǒng)中,頻率每變化0.1Hz,負(fù)荷功率變化0.02 %～0.06 %。

1.2.2電力系統(tǒng)高頻率運(yùn)行的危害

當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率高于額定值,但不超出正常運(yùn)行允許上限時(shí),短期內(nèi)對(duì)電力系統(tǒng)的安全不會(huì)造成威脅,但也和低頻率運(yùn)行一樣,對(duì)運(yùn)行設(shè)備有一定的累積損傷。從經(jīng)濟(jì)方面考慮,高頻率運(yùn)行既浪費(fèi)了一次能源又減低了效率。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度要求嚴(yán)格的用戶來說,高頻率運(yùn)行降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)電力系統(tǒng)頻率超出正常運(yùn)行允許上限值時(shí),旋轉(zhuǎn)機(jī)組將超速運(yùn)行,轉(zhuǎn)子上的線圈綁線和原動(dòng)機(jī)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(jī)定子端部也很可能因超速過電壓的沖擊而受損,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子也會(huì)發(fā)生類似的損傷。

1.3 治理電壓與頻率偏差超標(biāo)的對(duì)策

1.3.1治理電壓偏差超標(biāo)的對(duì)策

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

1)中樞點(diǎn)電壓管理

電力系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可以通過對(duì)中樞點(diǎn)電壓的監(jiān)視和調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。所謂中樞點(diǎn),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(fù)荷都由這些母線供電。若控制了這些中樞點(diǎn)的電壓偏差,也就控制了系統(tǒng)中大部分負(fù)荷的電壓偏差。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),為了滿足中樞點(diǎn)供電電力用戶的電壓要求,一定電壓等級(jí)的線路的供電距離和供電容量是有一定范圍的。對(duì)于中樞點(diǎn)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(gè)中樞點(diǎn)電壓的變動(dòng)范圍。

2)發(fā)電機(jī)調(diào)壓

發(fā)電機(jī)不僅是有功電源,而且也是無功電源,有些發(fā)電機(jī)還能通過進(jìn)相運(yùn)行吸收無功功率,所以可用調(diào)整發(fā)電機(jī)端電壓的方式進(jìn)行調(diào)壓。現(xiàn)在的同步發(fā)電機(jī)都裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)設(shè)備,其主要功能是自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、分配無功功率,提高發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性。按規(guī)定,發(fā)電機(jī)可以在其額定電壓的95% ～105%范圍內(nèi)保持以額定功率運(yùn)行。這是一種充分利用發(fā)電機(jī)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(gè)之間，主變的分接頭通常由上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度管理，廠用變分接頭由電廠調(diào)度進(jìn)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(dāng)充分利用這一優(yōu)勢(shì)。

4）改變電網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓

當(dāng)線路、變壓器傳輸功率時(shí),會(huì)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(diǎn)的電壓大小。由電壓損耗表達(dá)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(diǎn),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(biāo)的對(duì)策

治理電力系統(tǒng)頻率偏差超標(biāo)的主要對(duì)策是通過自動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)整發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器,調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的頻率達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn),進(jìn)而使電網(wǎng)中的頻率偏差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)組原動(dòng)機(jī)的頻率特性和負(fù)荷頻率特性的交點(diǎn)就是系統(tǒng)的原始運(yùn)行點(diǎn),如圖2 中點(diǎn)O。

設(shè)在點(diǎn)O運(yùn)行時(shí),負(fù)荷突然增加ΔPLO ,即負(fù)荷的頻率特性突然向上移動(dòng)ΔPLO ,則由于負(fù)荷突增時(shí)發(fā)電機(jī)組功率不能及時(shí)隨之變動(dòng),機(jī)組將減速,系統(tǒng)頻率將下降。在系統(tǒng)頻率下降的同時(shí),發(fā)電機(jī)組的功率將因它的調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大,負(fù)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(dòng)機(jī)的頻率特性向上增加,后者沿負(fù)荷的頻率特性向下減少,經(jīng)過一個(gè)衰減的振蕩過程,抵達(dá)一新的平衡點(diǎn),即圖2中點(diǎn)O′。

2)頻率的二次調(diào)整

當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)周期較長(zhǎng)、幅度較大時(shí),需要借助二次調(diào)整。頻率的二次調(diào)整就是手動(dòng)或自動(dòng)地操作調(diào)頻器使發(fā)電機(jī)組的頻率特性平行地上下移動(dòng),從而使負(fù)荷變動(dòng)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(jìn)行二次調(diào)整,則在負(fù)荷增大ΔPLO后,運(yùn)行點(diǎn)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(jìn)行二次調(diào)整就是在負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率下降Δf′越出允許范圍時(shí),操作調(diào)頻器,增加發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率,使頻率特性向上移動(dòng)。設(shè)發(fā)電機(jī)組增加ΔPGO,則運(yùn)行點(diǎn)又將從點(diǎn)O′轉(zhuǎn)移到點(diǎn)O″。點(diǎn)O″對(duì)應(yīng)的頻率為fO′,功率為PO″,即由于進(jìn)行了二次調(diào)整, 頻率降低由僅有一次調(diào)整時(shí)的Δf′減少為Δf″,可以供應(yīng)負(fù)荷的功率則由僅有一次調(diào)整時(shí)的PO′增加為PO″。顯然,由于進(jìn)行了二次調(diào)整,系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量得到了改善。