1)系統(tǒng)各點(diǎn)允許的最高長(zhǎng)期運(yùn)行電壓,受接入電力設(shè)備絕緣水平和變壓器飽和的限制。例如在我國(guó),規(guī)定500kv電網(wǎng)的最高長(zhǎng)期運(yùn)行電壓為550kv,變壓器的最高運(yùn)行電壓不得超過(guò)相應(yīng)電壓分接頭額定值的105%等。
2)系統(tǒng)各點(diǎn)的最低運(yùn)行電壓,決定于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要和變壓器帶負(fù)荷電壓分接頭的調(diào)正范圍的要求,對(duì)于發(fā)電廠,還受廠用電要求的制約。
3)國(guó)外大多數(shù)電力系統(tǒng)考慮,允許的電壓波動(dòng)范圍都在額定值的±5%-±10%的范圍(正常和n-1方式)
在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率時(shí),還需要考慮如下的一些基本要素:
不使超高壓長(zhǎng)距離線路的甩負(fù)荷過(guò)電壓超過(guò)一定允許值(穩(wěn)態(tài)工頻過(guò)電壓值)
保證電網(wǎng)的送電穩(wěn)定性。這是對(duì)電網(wǎng)最低電壓水平的限制。為了在各種可能的正常運(yùn)行和規(guī)定事件后的電網(wǎng)運(yùn)行方式下,保持運(yùn)行中的所有輸電線路都有一定的穩(wěn)定裕度因而要求各樞紐變電所電壓能保持高于一定的最低水平。事故一般考慮n-1,也有的考慮嚴(yán)重些n-2。世界上發(fā)生了不止一次因電壓?jiǎn)栴}引起的系統(tǒng)大事故,這點(diǎn)會(huì)在以后電網(wǎng)大停電部分提及,電力系統(tǒng)穩(wěn)定部分也會(huì)涉及。
直流輸電的需要。直流輸電的換流裝置無(wú)論以整流器方式或逆變器方式運(yùn)行時(shí),都將從交流側(cè)吸收無(wú)功功率,這一部分無(wú)功需求相當(dāng)大,也是直流輸電系統(tǒng)需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。
解放發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)的無(wú)功功率能力,使之留作事件后的緊急補(bǔ)償需要。如并聯(lián)電容器作為正常時(shí)的無(wú)功功率補(bǔ)償,完成正常運(yùn)行時(shí)校正電壓的任務(wù),而把發(fā)電機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)無(wú)功容量空出來(lái)作為事故備用。這也是國(guó)外系統(tǒng)的一種普遍做法。
對(duì)于無(wú)功功率的事故緊急備用問(wèn)題,可以和電網(wǎng)有功功率的備用情況作比較。在有功功率的安排上,必須留有足夠的調(diào)峰容量、調(diào)頻容量、運(yùn)行備用容量以及當(dāng)發(fā)生大功率缺口時(shí)的按頻率降低自動(dòng)減負(fù)荷。電網(wǎng)的無(wú)功功率安排,客觀上也完全有同樣類似的要求,但卻一直不如有功功率那樣明確。就電網(wǎng)特性而論,兩者最大的不同在于:對(duì)于頻率,是全網(wǎng)一致,電網(wǎng)中任一點(diǎn)的有功電源和有功負(fù)荷的增減對(duì)電網(wǎng)頻率變化都起到基本同樣的影響;而對(duì)于電壓,則是區(qū)域性乃至逐點(diǎn)式的,各點(diǎn)的無(wú)功電源和無(wú)功負(fù)荷對(duì)電壓變化的影響,主要是就地的,因而必須分層分區(qū)安排和調(diào)節(jié),使無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷基本逐點(diǎn)對(duì)應(yīng)。所以當(dāng)著電網(wǎng)發(fā)生了大的無(wú)功功率缺額的時(shí)候,在現(xiàn)實(shí)生活中卻很難按照處理有功功率缺額相類似的原則去處理。所以這就導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中,發(fā)生較大事故時(shí)無(wú)功電壓調(diào)節(jié)相當(dāng)困難,導(dǎo)致電壓崩潰等嚴(yán)重后果。
對(duì)于高壓電網(wǎng),需要制訂專門(mén)的無(wú)功功率規(guī)劃,除了主要由地區(qū)電廠供應(yīng)地區(qū)負(fù)荷的小系統(tǒng)外,一般都需要在全系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備的協(xié)調(diào)配置。許多系統(tǒng)的做法,首先是按系統(tǒng)峰負(fù)荷時(shí)運(yùn)行方式,決定配置無(wú)功功率的補(bǔ)償容量;然后按系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行方式進(jìn)行校核,決定線路充電功率的吸收容量及其實(shí)現(xiàn)手段。
無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì),一般需要研究?jī)纱箢愊到y(tǒng)結(jié)構(gòu)情況下的三種運(yùn)行方式。兩大類系統(tǒng)結(jié)構(gòu):正常和n-1;三種運(yùn)行方式:大負(fù)荷,小負(fù)荷,潮流倒送方式。
系統(tǒng)無(wú)功設(shè)計(jì)時(shí),還有一些細(xì)節(jié)問(wèn)題:
500kv雙回線在運(yùn)行中突然斷開(kāi)一回,其后果是原來(lái)由斷開(kāi)那回線傳輸?shù)挠泄β蕦⒘⒓崔D(zhuǎn)移到保留在運(yùn)行中的一回線上來(lái)。由于保留在運(yùn)行中的那回線的電流突然增大,線路的無(wú)功損耗將成平方地增大。同時(shí)還失去了原來(lái)一回線的充電功率,這個(gè)缺額不小而且必須由兩側(cè)系統(tǒng)立即提供補(bǔ)償。瑞典1983年12月17日的大停電事故就是由于主輸電線路跳閘,受端無(wú)功補(bǔ)償能力不足引發(fā)的。
在運(yùn)行的電網(wǎng)中,為了解決這類問(wèn)題,可以采取連切部分送端機(jī)組,或在條件合適的情況下連切部分受端負(fù)荷,以減少通過(guò)保留運(yùn)行線路中的傳輸電力,以保持事件后系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但是這種后備措施,應(yīng)當(dāng)留給生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng),以應(yīng)付實(shí)際可能出現(xiàn)的比設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)選取的更為嚴(yán)重的情況下的事件。
高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行中高壓線路突然因故斷開(kāi)。例如500kv與220kv線路或220kv與110kv線路并行運(yùn)行。在我國(guó),這種情況都發(fā)生在新出現(xiàn)高一級(jí)電壓電網(wǎng)的初期,在這樣的并聯(lián)環(huán)網(wǎng)上傳輸有功功率,大部分將通過(guò)高壓網(wǎng)一邊的線路。如果傳輸?shù)挠泄β瘦^大,當(dāng)環(huán)網(wǎng)中高壓線路因故障斷開(kāi)后,通過(guò)并聯(lián)低壓線路傳送的電力,將立即增大到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的自然功率,其后果,或者立即引起同步運(yùn)行穩(wěn)定性破壞,或者受端系統(tǒng)電壓崩潰,或者因超過(guò)線路的熱容量功率而燒斷線路。這些事故,在我國(guó)的運(yùn)行電網(wǎng)中,都分別不止一次的發(fā)生過(guò),是嚴(yán)重的事故后運(yùn)行情況。所以這種高低壓電磁環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)必須避免。
是否要利用500kv線路的充電功率。一般來(lái)說(shuō)不會(huì)利用,在輕負(fù)荷情況下,無(wú)論采用高壓并聯(lián)電抗器或是采用低壓并聯(lián)電抗器,總需要恰當(dāng)?shù)赜枰匝a(bǔ)償。對(duì)比電網(wǎng)出現(xiàn)低電壓的情況,對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)說(shuō)來(lái),如果沒(méi)有設(shè)備條件,電網(wǎng)出現(xiàn)高電壓會(huì)成為一種不可控的嚴(yán)重現(xiàn)象。長(zhǎng)期不可控的高電壓,會(huì)給電力設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)很大的威脅。
線路高壓電抗器的補(bǔ)償容量,可以考慮選擇為線路充電容量的70%左右,長(zhǎng)線路可在線路兩端各設(shè)一組,中短線路可只在線路一側(cè)裝設(shè)。這樣,當(dāng)線路傳送功率為自然功率的55%左右,線路本身的無(wú)功功率適相平衡,而當(dāng)偏離此值時(shí),兩側(cè)系統(tǒng)只需提供不大的無(wú)功補(bǔ)償功率。