当运行电压偏离额定值较大时,技术经济指标就会恶化。电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。
由于电压偏移过大时,会影响工农业生产产品的质量和产量,损坏设备,甚至引起系统性的“电压崩溃”,造成大面积停电。分别说明如下:
白炽灯对电压变动的敏感性较大。如图1所示,电压偏低时,其光通量、发电效率都降低,发光不足,影响人们的视力,电压偏高时,虽然光通量、发光效率增高,但灯泡寿命缩短。
系统中大量使用异步电动机,其电磁转矩与端电压平方成正比,当电压过低时,正常运转的电动机可能会停转,带重载的电动机则可能无法启动。异步电动机的电压特性如图2所示,电压过低将导致电动机电流显著增大,使电动机绕组的温度升高,加速绝缘老化,严重时甚至可能烧毁电动机。如果电压超过额定电压过多时,对电动机绝缘也是不利的。 图5-5 白炽灯特性曲线 图5-6 异步电动机的电压特性 系统电压降低时,发电机的定子电流将因其功率角的增大而增大。如电流己达额定值,则电压降低后,将使其超过额定值。为使发电机定子绕组不致过热,不得不减少发电机所发功率。相似地,系统电压降低后,也不得不减少变压器的负荷。发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机,其机械转矩与转速的高次方成正比,电压降低滑差增大,转速降低,输出功率迅速减少,将影响汽轮、锅炉的工作,严重情况下将造成安全问题。
电炉的有功功率是与电压的平方成正比的,炼钢厂中的电炉将因电压过低面影响冶炼时间,从而影响产量。
系统电压过高将使所有电气设备绝缘受损。而且,变压器、电动机等的铁芯要饱和,铁芯损耗增大,温升将增加,寿命将缩短。
变压器的运行电压偏低,若负载功率不变,致使输出电流增加,使绕组过热。电压偏高,励磁电流增大,铁芯损失增加,温升增高,严重情况下引起高次谐波共振。
由于局部地区无功不足,运行电压严重低下,一些枢纽变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑,以至失压,即所谓电压崩溃,则更是一种将导致系统瓦解的灾难性事故。
不仅电压偏移过大会影响工农业生产,电压的微小波动也会造成不良后果。例如,由于电压波动引起的灯光闪烁将使人疲劳。国外对此问题已研究多年,图所示就是最近公布的人类视觉对电压波动的可感范围。由图可见,对2~l8Hz的波动,人体非常敏感。相信这一问题在我国也将提上议事日程。
另外,广泛使用的电子设备,对电压质量要求更高,电压偏高将严重降低管子的寿命,电压偏低,工作点不稳定,失真严重,甚至不能工作。一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压±5%。其中,220KV用户:-10%~+5%;10KV及以下电压供电的用户:±7%;35KV及以上电压供电的用户:0~10%。事故状况下,允许在上述数值基础上再增加5%,但正偏移最大不能超过+10%。
在系统稳态运行过程中,由于系统中的每一个元器件都可能会产生电压降络,所以各节点电压不相同,不可能同时将所有节点电压都保持为额定电压值,沿线路各节点电压变化如图1所示,若将节点4维持为额定电压UN,则节点1的电压过高,反之,若将节点1的电压维持为额定值,则节点4电压会过低。另外,任意节点的电压也会由于负荷的时刻变化而波动,因此,要保证电力系统的正常工作,必须满足整个系统各节点的电压要求,必要时需进行电压调整。电压调整就是在正常运行状态下,随着负荷的变动及运行方式的变化,使各节点的电压偏移值在允许范围内。图3 沿线路各点电压的变化 U4=UN,U1点电压太高,U1=UN,U4点电压太低
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