浅析保证电能质量的几种调压方式

浅析保证电能质量的几种调压方式

随着电力技术的发展，电力系统网络的不断增大，发电厂运行人员如何运用合理的调压手段，是保证电能质量的关键。本文通过对发电厂调压方式的对比，重点对进相运行进行了论述。通过进相运行在实际运行中利弊的探讨，找出进相运行使用的过程中注意事项和范围，并对进相运行在实际应用中提出建议。

标签：浅析 电能质量 调压方式

0 引言

现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度是评价一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和电力体制改革的深化，对电能质量的要求越来越高。电能质量的指标若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电带来不同程度的危害，同时对整个电网的稳定性也造成影响。国际大电网会议36学术委员会(电力系统电磁兼容)把电能质量控制也列入电磁兼容的范畴，研究频率变化、谐波、电压闪变、电压骤降等对用户设备性能的影响。故电压是衡量电能质量的一个重要指标。简单地说，我们日常使用的白炽灯，电能质量尤其是电压质量的好坏对白炽灯的安全经济运行有直接的影响，当电压降低时，白炽灯的发光效率和光通量急剧下降；当电压升高时，白炽灯的寿命将大为缩短。对于电力系统大量使用的异步电动机而言，它的运行特性决定了对电压的变化是比较敏感的。当输出功率一定时，异步电动机的定子电流、功率因数和效率随着电压的变化而变化。当端电压下降时，定子电流增加很快，这是由于异步电动机的最大转矩与其端电压的平方成正比。随着电压的降低，电机的转矩将显著减小，导致转差增大，从而使定、转子电流都显著增大，致使电动机温度上升，甚至可以烧毁电机；反之，当电压过高时，对于电动机、变压器之类具有激磁铁芯的电气设备而言，磁密度将增大，以致饱和，从而使激磁电流与铁耗都大大增加，引起电机过热、效率降低、波形变坏，甚至可能产生高频谐振。因此，从总体上使电能质量指标越接近额定值，标志着电能质量越高。然而，电能从生产到消耗是一个整体的过程，电力系统中的发、供、用始终处于动态平衡之中，其中任何一个环节都会对电能质量产生影响。就发、供电部门而言，在保证用户、电力系统的安全、连续供电和经济运行的基础上，必须保证用户电气设备的正常用电。电力法第二十八条也规定“发供电企业应当保证供给用户的电能质量符合国家标准，对公用供电设施引起的供电质量问题，应当及时处理。”在国家标准中，对电压波动有明确的规定，要求电压等级在10千伏及以下允许波动值为2.5％；35-110千伏允许波动值为2％；220千伏及以上允许波动值为1.6％；一般照明负荷允许波动值为0.6％，这就给发、供电企业在运行中如何运用合理的调压手段，保证电能质量，提出了高标准的要求。

1 电力系统的调压方式

为了保证电压质量，满足用户的需要，电力系统中采取了多种调压方式，其中主要有以下几种：

1.1 改变变压器分接方式或采用专门的调压变压器来调压。改变变压器分接头有两种方式，一种是在停电的情况下来改变分接头。由于只有在停电的情况下才能改变电压，故在使用中受到一定的限制；另一种是有载调压变压器，此种变压器由于目前技术上存在的难度以及容量的限制，在系统中实际用于调压的还较少，在应用上受到了一定的限制。

1.2 改变电力网无功分布进行调压。这种调压方式的优点是只要合理地在电力系统中布置无功补偿电源，就既可改善电压水平，又可使线路的有功功率损耗降低。因此运用补偿装置来调压是一种较好的方法，但同时增加了电力投资和运行维护等工作。

1.3 运用同步調相机进行调压。同步调相机是专门用来调节无功功率的一种同步电机，在过激磁、欠激磁的不同情况下，它可以分别发出或吸收感性无功功率，而且只要改变它的激磁就可以平滑地调节无功功率输出。但由于它是旋转电机，故有功功率损耗较大，加之运行维护比较复杂，而逐渐被性能更为优越的静止补偿器所代替。

1.4 用静止补偿器调压。静止补偿器是已经发展了十几年的一种可控的静止无功补偿装置，其特点是利用可控硅开关来分别控制电容器组与电抗器的投切，这样，它的性能可以做到和同步调相机同样的功能，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自动装置实现快速调节，对稳定电源、提高系统的暂态稳定性以及减弱动态过程等均起着较大的作用。但是由于采用可控硅开关，来投切电抗器与电容器组，使电力系统中产生一些附加的高次谐波，这是实际使用中存在的问题之一。

1.5 改变发电机的端电压来进行调压，我们知道，改变发电机的激磁电流就可以调节它的端电压，一般情况下，发电机的端电压的调节范围为±5％，这种调压措施不需要另外增加设备，是最经济的一种调压方式，故应予以优先考虑。这种调压方式的实质就是使发电机的端电压随负荷大小而调节，当负荷大时，电力网络的电压损耗也大，这时则应调高发电机的端电压以维持网络电压；反之，当负荷小时，网络的电压损耗也小，这时则应调低发电机的端电压，甚至进相运行。

2 发电机进相运行

进相运行是发电机的一种特殊运行状态，当电网电压过高时，机组会自动吸收大网无功电流而进相运行。进相运行的原理是：如果调整发电机的励磁电流，当过激时发电机可以发出感性无功功率，而欠激磁时，发电机要吸收感性无功功率。换句话说，发电机可作为正或负的无功电源而发挥其作用，发电机从滞相运行转为进相运行，也就是从发出无功功率转为吸收无功功率，励磁电流愈小，从系统中吸收的无功功率就愈大。我们知道电压的调节是依靠无功功率的调节来实现的，就无功平衡而言，无功平衡不但与负荷的大小有关，而且与负荷的性质有关。例如白天与夜晚所遇到的问题就大不相同，白天无功负荷最大时，最关心的

问题是采用哪种无功分配方式可以把线路损耗降到最小；反之，当深夜的无功最小时，如何吸收过剩的无功，就成为最关键的问题。

2.1 进相运行的优点：随着电力技术的发展，大容量、高参数发电设备的投运，高电压、长距离输电线路的增加，输电线路的相间和相对地电容也相应地增加，相当于系统中增加了大量的容性负载，当系统负荷处于低谷状态运行期间，可能会出现供给的感性无功功率超过了用户和网络感性无功损耗之和，这时，在系统中的某些中枢点上的电压将会超过规定的上限值，一般情况下，可利用调相机来吸收此剩余的无功功率，使中枢点电压恢复到限额之内。但从经济运行的角度可利用发电机在系统处于低谷期间进相运行，使它们一方面吸收系统剩余的感性无功功率，同时发出有功功率，以达到系统无功功率平衡和电压调整的目的，这样做比用调相机来解决这个问题更为可取。

2.2 进相运行的限制：首先，在发电机进相运行时就其本身而言，有两个特点：其一是发电机端部的漏磁较滞相运行时大，这样会造成定子铁芯和金属结构上的温度升高，甚至会超过允许的温度限值。其二是发电机运行的稳定性较滞相运行时低，可能会在某一进相深度时达到或超出稳定极限而失步。其次，在相同的视在功率和相同的冷却条件下，发电机随着功率因数有滞相向进相转移，端部漏磁密值相应增高，引起定子端部损耗，发热也逐步趋向明显。因此，随着发电机进相程度增大要维持端部不超过允许值，其出力便要相应降低，也就是说，防止端部过热是发电机进相深度的一个限制因素。为什么进相运行时发电机端部温度会较滞相运行时上升呢?其原因在于发电机从滞相到进相时定子绕组端部磁势(或由它产生的磁通)之间的相位关系发生了变化，促使定子端部的漏磁通增加了，从而导致了发电机端部局部温度升高。

2.3 发电机进相运行时，静态稳定也是对其限制因素之一。在发电机处于进相区域运行时，保持有功功率输出不变时，改变励磁即可改变发电机的无功输出和功率因数，随着进相运行深度的增加，励磁电流的减小，其功角逐渐增大，当功角达到90°时，既达到保持发电机静态稳定的极限值，这是不允许的，它会造成发电机失去稳定。

2.4 当发电机低功率因数运行时，必将增加励磁系统的负担，为了不超越满负荷额定工况时的励磁电流，发电机输出(千瓦及千伏安)应受到限制。为了保证发电机稳定运行，保持并联电机间有一定的稳定裕度，应对发电机励磁进行控制，避免进相运行，不能把励磁电流减得过小，更要采取措施防止失磁。

3 关于发电厂进相运行的几点建议

随着电网的扩大，大功率机组的投产，高电压、长距离输变线路的投运，造成了系统无功功率的过剩，使得多段地区在低谷负荷时电压偏高，经常超过电压等级的允许上限运行，不仅直接危及电气设备和系统的安全运行，同时还增加了损耗，影响电力系统的经济运行，而只靠技术落后的调压手段已无法满足调压的要求。因此，探讨发电机组进相运行，保证电压质量，显得十分重要。目前，我国已经在100MW、200MW、300MW机组上分别进行了进相运行的试验，从试

验结果来看，基本上满足了进相运行的要求。加之近几年系统负荷波动较大、电压偏高，机组在低谷负荷时，全部高力率运行，仍然满足不了系统需要，对机组的安全运行、电网的经济运行都十分不利，故建议在低谷负荷时，安排一台机组进相运行对电网的安全、经济运行是非常有利的。它既可保证供电质量，又可减少损耗，达到安全经济运行的目的。现就进相运行提出如下建议：①电厂机组需安装功角仪、双向无功电力、电度表，在检修时应特别重视功角仪的调零，切实保证其读数正确，从而达到安全运行的目的。②发电机各测点温度巡测仪在机组投产时已使用，基本可靠，为了确保其准确性，在机组大修时，应重点安排对发电机端部温度测点进行检查。③在进相运行时，应考虑绘制静态稳定和端部温度升降限制后的运行限额曲线，并要求电气运行人员能够看懂该曲线的物理意義。④在进相运行时，将功角控制在56.2°左右，最大不超过61°，厂用电压不得低于额定电压的95％，以确保系统稳定。⑤在进相运行时，密切监视发电机端部温升情况，不得超过规程中规定的监视温度，并注意监视定子线圈温度，定子线圈冷却介质温度，若温度超过监视温度，应酌情增加无功(向滞相方向)，减少有功，直到温度降回到允许值。⑥在进相运行时，自动励磁调节装置应满足反应迅速、调节精确、调节灵敏、运行可靠等特点，并且失磁保护与低励限制，根据进相要求，调整配合。⑦必须保证失磁保护的可靠投入，若失磁保护因故退出运行，励磁电压调节器因功能障碍不能投自动位置或低励限制不能投入运行时，则发电机禁止进相运行。⑧当进相运行发电机组突然失步时，现场人员应立即增加发电机励磁，使机组恢复同步运行，若机组不能恢复同步，可进一步采取快速降低有功出力的方法，使机组恢复同步运行，若仍不能恢复同步，则应解列进相运行的发电机组。

4 结束语

综上所述，电能生产与国民经济和人民生活有着极为密切的关系，随着电网的不断增大，作为电力生产企业，我们在实际工作中要在保证安全的情况下，根据需要合理地运用进相运行进行调压，为电网提供优质的电能。