电压调整及异常处理

1 电压调整及异常处理 2 课程内容 电压概述 1 系统电压异常的原因及危害 2 影响系统电压的因素 3 3 系统电压异常处理方法 5 电压崩溃案例分析 4 系统电压的调整 3 系统电压概述 系统电压反映的是电网的无功功率平衡 在同一电压等级的电网中 电压的高低直接反应了本级无功的平衡 影响电压的主要因素在于该电压点的无功平衡情况 当无功过剩时 电压就会升高 系统无功缺额时 电压就会降低 严重时甚至造成系统溃 电力系统电压调节的必要性 一 电压对电力用户的影响1 对用电设备的影响电力系统实际电压偏高或偏低 对运行中的用电设备都会造成不良的影响 以照明用的白炽灯为例来说明这个问题 2 对异步电动机的影响对于异步电动机而言 当电压降低时 转矩随电压的平方成比例下降 当电压降低20 时 转矩会降低到额定转矩的64 电流增加20 35 造成电动机转速降低 可能导致生产的产品报废 温度升高 电动机绕组过热 绝缘加速老化 甚至烧毁电动机 当电压过高时 将加速电气设备的绝缘老化 影响电机的使用寿命 对其它电气设备 电压变化也将使其运行性能变坏 甚至发生人身伤亡 设备损坏等事故 二 电压对电力系统的影响 电压降低 使网络中的功率损耗和能量损耗加大 电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性 在系统中无功功率不足 电压水平低下的情况下 某些枢纽变电所在母线电压发生微小扰动的情况下 顷刻之间会造成电压大幅度下降的 电压崩溃 现象 其后果是相当严重的 可能导致发电厂之间失去同步 造成整个系统瓦解的重大停电事故 电压允许偏差 最高运行电压不得超过系统额定电压的10 最低运行电压不应影响电力系统同步稳定 电压稳定 厂用电使用及下一级电压的调节 500 330 kV母线允许偏差 我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为 电压允许偏差 正常方式 发电厂及500千伏变电所的220千伏母线电压允许偏差为系统额定电压的0 10 其他变电所220千伏母线电压允许偏差为系统额定电压的 3 7 事故方式 运行电压允许偏差为系统额定电压的 5 10 220kV母线电压允许偏差 我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为 电压允许偏差 正常方式 正常方式时正常方式时 为相应额定电压的 3 7 事故方式 事故运行电压允许偏差为系统额定电压的 10 10 110 35kV母线电压允许偏差 我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为 电压允许偏差 正常方式 正常方式时 为相应额定电压的0 7 即 10 10 7kV 事故方式 事故运行电压允许偏差为系统额定电压的 10 10 即9 11kV 10kV母线电压允许偏差 我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为 电压允许偏差 35kV及以上用户 额定值的10 10kV用户 7 7 0 38kV用户 7 7 0 22kV用户 10 5 用户受端的电压允许偏差 我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为 电力系统无功功率控制与电力系统电压的关系 维持系统电压正常水平整个电力系统无功功率平衡关系可由下式表示 电力系统无功功率平衡与电压的关系 系统无功负荷 包括无功损耗 静态电压特性如图所示 要控制电力系统在额定电压运行 就要控制电力系统中无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时消耗的无功功率 结论 维持电力系统电压在允许范围之内变化是靠控制电力系统无功电源的出力实现的 14 课程内容 电压概述 1 系统电压异常的原因及危害 2 影响系统电压的因素 3 3 系统电压异常处理方法 5 电压崩溃案例分析 4 系统电压的调整 15 影响系统电压的因素 1 电网发电能力不足 缺无功功率 造成电压偏低 2 电网和用户无功补偿容量不足 当电网无功缺少 容性无功补偿不足时 电压偏低 当电网中无功过剩 感性无功补偿不足时 电压偏高 3 供电距离超过合理的供电半径 4 线路导线截面选择不当 系统电压的调整 16 影响系统电压的因素 5 受冲击性负荷或不平衡负荷的影响 6 系统运行方式改变引起的功率分布和网络阻抗变化 7 在生产 生活 气象等条件引起的负荷变化时没有及时调整电压 8 还有一些人为的因素 9 调整不当影响系统电压 系统电压的调整 17 无功损耗 1 无功电源 2 系统电压的调整 18 电网无功补偿实行分层分区就地平衡的原则 电压调整的原则 湖南电网各级电压的调整和控制 由各级电力调度机构按调管范围分级负责 在电压调整上 也应该按照分层平衡和地区供电网络无功电力就地平衡的原则 系统电压的调整 19 1 各级电压电网间无功交换的指标是两个界面上各点的供电功率因素 该值需要分别根据电网结构和系统高峰负荷间与低谷期间负荷来确定 以保证无功电力平衡有所遵循 2 安排和保持基本按分区原则配置紧急无功备用容量 以保证事故后电压水平在允许范围内 无 无功平衡要注意 系统电压的调整 20 电压监测点指电网中可以反映电压水平的主要负荷供电点以及某些有代表性的发电厂 变电站 电压监测点与电压中枢点 一般电压监测点的设置原则为 1 与主网 220千伏及以上电压电网 直接相连的发电厂高压母线电压 2 各级调度 界面 处的220千伏及以上变电站的一次母线电压和二次母线电压 3 所有变电站和带地区供电负荷发电厂的10千伏母线是中压配电网的电压监测点 4 供电公司选定一批具有代表性的用户作为电压质量考核点 系统电压的调整 21 电压中枢点 电网中重要的电压支撑点称为电压中枢点 电压中枢点一定是电压监测点 而电压监测点却不一定是电压中枢点 电压监测点与电压中枢点 一般电压中枢点的选择原则为 1 区域性水 火电厂的高压母线 高压母线有多回出线 2 母线短路容量较大的220千伏变电站母线 3 有大量地方负荷的发电厂母线 系统电压的调整 22 中枢点变电站设置的数量不应少于全网220千伏及以上电压等级变电站总数的7 10 中枢点电压允许偏移范围的确定 是以网络中电压损失最大的一点 即电压最低的一点 及电压损失最小的一点 即电压最高的一点 作为依据 使中枢点电压允许偏差在规定值的 5 以内 电压监测点与电压中枢点 系统电压的调整 23 电压监测点与电压中枢点 中枢点的最高电压等于在地区负荷最小时 电压最高一点的用户电压上限加上到中枢点间的电压损失 当中枢点的电压上 下限满足这两个用户的电压要求时 其他各点的电压就基本上均能满足要求 如果中枢点是发电机的低压母线时 除了要满足上述要求外 还应满足厂用电电压与发电机的机端最高电压及能维持稳定运行的最低电压要求 系统电压的调整 24 电压允许的范围 1 电压允许的偏差 2 系统电压的调整原则及方法 25 原则 方法 1 2 分层分区就地平衡的原则 系统电压的调整原则及方法 26 顺调压 如负荷变化甚小 或用户处于允许电压偏移较大的农业电网 在最大负荷时允许中枢点电压低一些 在最小负荷时允许中枢点电压高一些 在无功调整手段不足时 可采取这种调压方式 但一般应避免采用 逆调压 逆调压是指在电源允许偏差范围内 供电电压的调整使高峰负荷时的电压值高于低谷负荷时的电压值 在最大负荷时提高中枢点电压以补偿因线路最大负荷而增大的电压损耗 在最小负荷时将中枢点电压降低一些以防止负荷点的电压过高 220kV及以下电网的电压调整 宜实行逆调压方式 恒调压 如果负荷变动较小 即将中枢点电压保持在较线路额定电压高 2 5 的数值 不必随负荷变化来调整中枢点的电压仍可保证负荷点的电压质量 这种调压方法叫恒调压或常调压 利用发电机调压是首先考虑的调压措施 当发电机母线没有负荷时 一般可在95 105 的范围内调压 当发电机母线有负荷时 一般采用逆调压 合理使用发电机调压后 在大多数情况下部可以减轻其他调压措施的负担 影响系统电压的因素 27 系统电压调整的具体方法 当电力系统中的无功功率供应比较充裕时 利用改变变压器的变比或分接头调压可以取得成效 普通变压器只能在退出运行后才能改变分接头 在不要求逆调压时 适当调整分接头可满足调压要求 在要求逆调压时 必须采用有载调压变压器或串联加压器 在系统中无功功率供应不足时 靠改变变压器的变比或分接头调压 可能会使系统中局部的电压升高 需要的无功功率反而增加 系统中总的无功功率更缺乏 电压质量更不能得到保证 因此 对无功功率不足的系统 应设置无功功率补偿设备进行调压 对无功功率不足的电力系统 首先应该增加无功功率电源 如采用并联电容器 调相机或静止补偿器等附加的设备 在采用这些并联补偿设备后 还可以减少网络中无功功率的流通 降低网络中有功功率和电能的损耗 作为调压措施之一的串联补偿电容器 可用于个别地区无功不平衡 电力系统无功与电压调整 串联电容补偿线路电抗并联电容补偿无功功率由于串联电容器电压降落具有负值的电压降落 起直接低偿线路电压降落的作用 比并联电容补偿借减少线路中流通的无功功率来减小线路电压降落作用显著很多 为减小同样大小电压降落 所设置的并联电容器容量仅为并联的电容器的17 25 串联电容器补偿适合于电压波动频繁的场合 而并联电容器不适用 各种调压手段的比较 1 发电机调压首先被考虑 经济 方便 简单 对于远离发电厂的作用不大 2 投退电容电抗器投资低 安装维护方便 就地补偿 3 变压器分接头调整只应用于无功功率充裕的地方 投资少 灵活 经济 4 改变系统运行方式调压条件允许 运行方式可变的情况 同时 各方面的条件满足要求 如系统供电可靠性 保护等等 电力系统无功与电压调整 母线电压超出规定值的处理规定 调整发电机 调相机的无功出力 投切变电所的电容器组或电抗器组 调整有载调压变压器分接头 调整变压器运行台数 若负荷允许时 适当改变送端电压来调整近距离受端的母线电压 调整电网的接线方式 改变潮流分布 汇报上级调度协助调整 当采取上述措施系统电压仍高于额定电压的110 时 省调值班员可采取紧急停用发电机 调相机等 发电机调压P Q曲线范围内调压 发电机调压 改变发电机励磁电流就可以调节其端电压 一般情况下端电压的调节范围为 5 优点 不需要额外投资 不仅可以发出有功功率 也能发出无功功率 调整发电机的端电压 分配无功功率以及提高发电机同步运行的稳定性 缺点 在生产实际中 受到一些因素制约 发电机母线最高电压受靠近负荷的限制 发电机母线最低电压受末端负荷的限制 受到远近负荷距离及性质差异大小的限制 适用场合 对于由多台发电机并列运行的大电网 或具有多级电压的电网 由于供电范围广 单纯调节某一台发电机的端电压 不仅不能满足所有负荷的调压要求 而且会造成系统中无功功率的重新分配 调整发电机端电压只能是一种辅助手段 发电机改变工作状态调压 发电机改调相运行调压 发电机不向电网输送有功 只向电网输送无功 发电机进相运行调压 所谓发电机进相运行 是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态 励磁电流较小 发电机处于低励磁情况下运行 优点 能够充分利用设备资源 额外投资非常少 缺点 从理论上讲 发电机是可以进相运行的 但发电机进相运行时 存在以下问题 一般要求功率因数进相0 95 静 动态稳定性降低 端部漏磁引起定子端部温度升高 厂用电电压的降低适用场合 在电网低谷负荷时 利用发电机吸收系统多余的无功 是降低电厂及附近电压较为有效的调压方法 变压器分接头调压 调整变压器分接头 即通过改变变压器的变比 即可改变副边的输出电压 是在生产实际中广泛采用的一种方便易行的调压方式 改变变压器的电压抽头是通过改变它所联结的两级电压电网间的无功功率流通关系来实现所期望的电压调节的 优点 在无功电源充裕的系统中 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 缺点 仅仅能够改变功率分布 不能增减无功 有载调压变压器需要装设保护装置 无载调压需要在停电状态下调节分接头 适用场合 适用于无功电源充裕的系统中 应该大力推广有载调压变压器 这是在各种运行方式下保证电网电压质量的关键手段之一 设置变压器有载调压的原则 在电网电压可能有较大变化的220千伏及以下降压变压器及联络变压器 例如接于出力变化大的电厂或接于时而为送端 时而为受端的母线等 可采用带负荷调压方式 除上款外 其他220千伏及以上变压器 一般不宜采用带负荷调压方式 据统计 变压器容量愈大 故障率愈高 提高其可靠性的主要措施之一是简化结构 其中包括取消带负荷调压 包括升压变压器 联络两个最高电压级的变压器等 一般不宜采用带负荷调压方式 对110千伏及以下的变压器 宜考虑至少有一级电压的变压器采用带负荷调压方式 串联电容 电抗补偿调压 为了提高线路输送功率 增加输电距离 必须采取补偿措施 通常在高压架空输电线路中加入串联电容 电抗补偿装置 串联电容 电抗器补偿可使系统稳定极限大幅度提高 从而提高线路的输电能力 在输电线路中加入串补装置后 不但能提高高压线路输送能力 改善系统的稳定性 而且还能改善电压质量 无功功率平衡及确定多回输电线路间负荷的最佳分配功能 优点 严格讲 串补目的并不是为了调整电压 而是为了提高高压线路输送功率 增加输电距离 但是安装串补装置后 能改善电压质量 无功功率平衡 缺点 引起次同步谐振问题 干扰继电保护的正常运行 适用场合 在高压 超高压长距离输电线路中采用 并联电容 电抗补偿调压 无功功率是影响电压质量的一个重要因素 而实现无功的分层 分区就地平衡是降低网损的重要手段 并联电容 电抗器是电网中用得最多的一种无功功率补偿设备 目前国内外电力系统中90 的无功补偿设备是并联电容 电抗器 需要特别注意的是 由于系统的负荷是随时变化的 因此电容 电抗器必须随负荷变化而实时投切 不应使无功功率倒送系统而增加损耗 在调压过程中 应优先投切电容 电抗器 再调节变压器变比 高压并联电抗器调压 中国并联抗器主要装设在四个电压等级上 35kV 66kV 330kV和500kV 按照电压等级分为高抗 低抗 高压电抗器 本身损耗小 但造价较高 低压电抗器 造价较低 操作方便 从发展趋势看 更多的将采用高压电抗器 超高压输电线路中有大量的容性充电功率 必须进行感性无功补偿 从而需要在电网中装设并联电抗器 附带优点 并联电抗器也用来限制由于突然甩负荷或接地故障引起的过电压从而危及系统的绝缘 还可以限制高压线路的过电压 与中性点小电抗配合 有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧 从而提高单相重合闸的成功率 无功静止补偿器调压 静止补偿器 SVC 是将电抗器与电容器并联使用 电容器可发出无功功率 可控电抗器可吸收无功功率 根据负荷变动情况 静止补偿器可以迅速改变输出的无功功率或保持母线电压恒定 饱和电抗器型静止补偿器可控硅控制电抗器 40 课程内容 电压概述 1 系统电压异常的原因及危害 2 影响系统电压的因素 3 3 系统电压异常处理方法 5 电压崩溃案例分析 4 系统电压的调整原则及方法 41 异常及事故电压的规定 电网电压监测点的电压异常是指监测点电压超出调度规定的电压曲线数值的 5 当延续时间超过1h时为电网一类故障 或超出规定数值的 10 切延续时间超过30min时为电网一类故障 电网电压监测点的电压事故是指监测点电压超出调度规定的电压曲线数值的 5 并且延续时间超过2h 或超出规定数值的 10 且延续时间超过1h 系统电压的调整原则及方法 42 电压异常的原因及危害 系统电压的调整原则及方法 43 过电压定义 过电压分类 1 2 电网在正常运行情况下 电气设备在额定电压范围内运行 但由于雷击 操作 事故和参数配合不当等原因 电网中某些元件或部分电压升高 甚至远超过额定值 这种现象称为过电压 电压异常处理 44 一 调整无功电源 1 降低发电机无功出力 必要时让发电机进相运行 2 切除并联电容器 投入并联电抗器 2 当电压异常升高时可以采取的措施 电压异常处理 45 1 当电压异常降低时应督促电力用户投入用户侧无功补偿装置 当电网确无调压条件时 可以采取拉路限电等极端措施 2 当电压异常升高时应督促电力用户将无功补偿装置退出运行 3 当系统电压异常升高时而电网确无调整手段 而电网方式允许时可以采取短时牺牲供电可靠性而断开某些线路等极端措施 46 课程内容 电压概述 1 系统电压异常的原因及危害 2 影响系统电压的因素 3 3 系统电压异常处理方法 5 电压崩溃案例分析 4 电压异常处理 47 电压崩溃的定义 由电力系统各种干扰引发的局部电网电压持续降低甚至最终到最终到零电压的现象称为电压崩溃 1 系统的电压稳定性首先与事故前系统运行方式密切相关 紧密的电气联系和充足的无功储备有助于保持电压稳定 不合理的运行方式会埋下电压失稳的隐患 2 系统电压稳定性和负荷水平以及负荷特性密切相关 在一些特殊方式下重负荷可能使诸如发电机 有载调压变压器等调压设备的调压能力达到其限值 不利的负荷电压特性会加剧电压失稳 3 电压失稳往往和功角失稳交替发生 并且两者会产生推波助澜的作用 4 事故过程中 各种保护及安全自动装置符合其动作策略的正确动作行为也可能会对电压稳定产生消极作用 二 导致电压崩溃的原因 防止电压崩溃的措施 48 电压异常处理 电压监视控制点电压偏差超出电力调度规定的电压曲线值的 5 时间不允许超过1小时 或偏差超出 10 时间不允许超过30分钟 当电压监视控制点电压降低到电力调度规定的电压曲线值的95 以下时 可采取的措施 1 开出备用机组 2 通知县调采取措施 3 发电厂和变电站立即动用发电机 调相机的事故过负荷能力 4 按限电序位表限电 电压异常处理 当系统局部电压降低 使发电机或调相机过负荷时 有关发电厂或变电站的值班人员应联系有关调度采取措施 包括降低有功 增加无功及限制低电压地区负荷等 以消除发电机或调相机的过负荷 系统电压低到严重威胁发电厂厂用电安全时 发电厂值班人员可自行按现场规程规定执行保厂用电措施 装有低电压解列装置的厂 站 当电压低至低电压解列装置动作值 而装置未动作时 值班人员应不待调度指令 手动拉开低电压解列装置所接跳的断路器 当电压监视控制点电压升高到电力调度规定的电压曲线值的105 以上时 各厂 站应尽量降低无功出力 并使部分发电机组进相运行 必要时值班调度员可改变系统运行方式 由于对空载长导线进行零起升压使发电机产生自励磁 应立即降低发电机转速 消除自励磁 发生铁磁谐振时通常会出现电压互感器响声异常 母线电压1相或2相升高 电压互感器开口三角形电压升高等现象 应立即采取改变一次结线方式 切断谐振回路电源等措施破坏谐振条件 51 课程内容 电压概述 1 系统电压异常的原因及危害 2 影响系统电压的因素 3 3 系统电压异常处理方法 5 电压崩溃案例分析 4 国际典型电压失稳事件 一 1982年8月4日 比利时 长过程 4 5分 崩溃 纯粹 过程 一台70万机组因常规试验 从电网脱离 45秒后自动控制装置减少了另二台机组的无功出力 3 4分钟后 由发电机最大MVAR保护起动切除其它三台机 一主电厂的电压下降到82 4分30秒后 阻抗继电器动作切除另二台发电机 引起电压崩溃 国际典型电压失稳事件 二 1983年12月27日 瑞典 长过程 55秒 崩溃 纯粹 过程 在斯德哥尔摩西部 某变电站内短时 并切除失败 导致损失整个变电站和二条400kV线路 8秒后 一条220kV线路因过负荷而切除 LTC动作使系统北至南的线路上电压更低 电流增大 50秒后 另一条400kV线路切除 南部分裂成多岛 电压崩溃 损失负荷1140万kW 国际典型电压失稳事件 三 1987年1月12日 法国 长过程 6 7分 崩溃 纯粹 过