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浅谈现代电力系统的安全稳定运行


□ 聂国星

  摘 要:文章讨论了现代电力系统安全稳定运行的必要条件,详述了无功功率与电压调整的关系,提出了无功功率就地平衡的几种补偿方式。
  关键词:电力系统 安全 补偿
  
  随着我国电力工业的发展,电力系统的规模日趋扩大,输电距离愈来愈远,跨省。区的大型电力网相继出现,经济效益和供电可靠性得到了提高,同时也带来了一系列复杂的技术问题,电力系统运行的稳定性问题就是其中的一个突出问题。由于电力系统向大机组、大电网、高电压远距离输电发展,世界上一些大电网相继发生多起以电压崩溃为特征的电网瓦解事故。今年以来,我国不少地区频频出现停电拉闸现象,究其原故,除电源供应紧张外,电力系统安全稳定性也是其原因之一。
  为了保证电力系统稳定运行,电力系统必须满足以下要求:(1)系统应有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量,并有必要的调节手段。在正常负荷波动和调节有功、无功潮流时, 均不应发生自发振荡。 (2)要有合理的电网结构。(3)在正常方式下,系统任意一个元件发生单一故障时,不应导致主系统发生非同步运行,不应发生频率崩溃和电压崩溃。(4)在事故后经调整的运行方式下,电力系统仍应有符合规定的静稳定储备,其他元件按规定的事故过负荷运行。(5)电力系统发生稳定破坏时,必须有预定措施,以缩小事故范围减少事故损失。然而,据国家电网公司对1970-1980十年统计全国发生电力系统稳定破坏事故达210次之多,平均每年发生19次。这其中,因电压崩溃(失去电压稳定)而造成的电力系统稳定破坏占有较大比重。因此,现代电力系统的稳定运行,对无功/电压这一课题引起了人们的广泛关注。
  
  一、无功功率与电压调整的关系
  
  电力系统在正常运行时,由于网络中电压损耗的存在,当用电负荷变化或电力系统运行方式变化时,网络中的电压损耗也将发生变化,从而网络中的电压分布不可避免地随之而发生变化,要使系统中各处的电压在允许的偏移范围内,需要采取各种调压措施。而无功功率的就地平衡是提高系统运行性能的一种比较切实可行的措施。
  电力系统的负荷是由多种类型用电设备组成,据统计,负荷中异步电动机占80%以上,其综合负荷的电压静态特性即电压负荷取用的有功功率和无功功率的关系,由负荷的电压特性得知,在额定电压附近,电压与无功功率的关系比电压与有功功率的关系密切得多,表现为无功功率对电压有较大变化率。所以,电力系统运行的电压水平与系统的无功功率关系非比寻常。
  
  二、无功功率的平衡与运行电压水平
  
  电力系统中所有无功电源发出的无功功率,是为了满足整个系统无功负荷和网络无功损耗的需要。一个稳定运行的电力系统,在任何时刻,电源发出的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和。结合电力运行的试验结果并进行分析总结得知,当电力系统无功负荷增加时,如系统的无功电源出力没有相应增加,对应的运行电压将要下降。这说明负荷增加后,系统的无功电源已不能满足在额定电压下的无功平衡的需要,因而只将降低电压水平,以取得在较低电压水平下的无功功率平衡。若要使电压恢复正常,显然必须增加电网系统的无功功率,从而达到使电网电压稳定,为保证系统电压质量,在进行规划设计和运行时,需制定无功功率的供需平衡关系,并保证系统有一定的备用容量。然而,目前大多数电力系统存在无功功率不足,直接影响到电力系统电压的稳定,故必须装设无功补偿装置。
  
  三、无功功率就地平衡的补偿方式
  
  1.电站集中补偿方式。针对输电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿,使用的补偿装置包括同步调相机,并联电力电容器,静止补偿器等,主要目的是改善输电电网的功率因素,提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗,一般连接在变电站10KV四线上。其优点是:管理容易、维护方便,但对配电网的降损起不到什么作用。
  2.低压集中补偿方式。在配电变压器380V侧进行集中补偿,通常采用微机控制的低压电容器柜,容量在几十到几百千伏不等。根据用户负荷水平的波动投入相应的电容器进行跟踪补偿,目的:提高无功的就地平衡,对配电网和配电变的降损有一定作用,有助于稳定电压。
  3.杆上补偿方式。采用10KV户外并联电容器安装有架空线路的杆塔上(或另外架杆)进行无功补偿,以提高配电网功率因素,达到降损升压的目的。
  4.用户终端分散补偿方式。随着我国城镇化速度加快,城镇低压用户用电量大增,直接对用户末端进行无功补偿,将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。
  
  四、结语
  无功功率与电压的调整关系密切,而电力系统的电压调整是一个涉及面广的复杂问题,采用何种方法为最优,需经过反复论证及经济比较才能确定,一般来说,当系统无功电源不足时,不宜采用调整变压器变比的方法来提高电压,而必须增设无功补偿容量,无功功率的就地补偿虽需增加投资,但这样不仅能提高运行电压水平,还能通过减少无功功率在网络中的传输而降低网络的有功功率损耗。
  
  聂国星::南昌华东交通大学电气工程学院。
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