05第五章供配電系統(tǒng)的無功補償和電壓調(diào)整

1、第五章 供配電系統(tǒng)的無功補償和電壓調(diào)整VAR compensation and voltage adjustment of power supply and distributionsystem5-1 供配電系統(tǒng)的電壓偏移與無功平衡Voltage deviation and VAR balance of power supply and distribution system一、電壓偏移影響influence of voltage deviation1. 電力系統(tǒng)的負荷：電動機、照明設備、電熱器具、家用電器、沖擊性負 荷（電弧爐、軋鋼機等）2. 所有的用電設備都是以額定電壓為條件制造的，最理想

2、的工作電壓是額 定電壓。3. 電壓偏移的影響：<1> 對用電設備的影響a 異步電動機（電力系統(tǒng)負荷中占較大比重，如起重機、磨煤機、 碎石機）轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比。 端電壓降低太多， 使帶額定負荷的電動機可能停止， 重載電機可 能無法起動。且?guī)ж撦d的電動機電流增大，使繞組溫升，加速絕 緣老化。 電壓過高，對絕緣不利。b 白熾燈端電壓低于額定電壓，會使發(fā)光效率和光通量下降。端電壓高于 額定電壓5%,則壽命會減少一半，但發(fā)光效率會提高。c. 電熱器具 （阻抗值不隨電壓變化的負荷）電壓變化會影響其出力；d. 精密儀器加工業(yè)如電子元件加工業(yè)，電壓大幅波動會產(chǎn)生大量不合格產(chǎn)品。綜上所述，電壓

3、偏移越小越好。但因為電力系統(tǒng)節(jié)點多，結(jié)構(gòu)復雜, 負荷分布不均又經(jīng)常變動，故保證所有節(jié)點電壓都是額定電壓是不可能 的。<2> 對電力系統(tǒng)本身電壓降低，使網(wǎng)絡中功率損耗和電能損耗加大，可能危及電力系統(tǒng)穩(wěn) 定性；電壓過高，電氣設備絕緣易受損。二、電壓偏移標準正常情況下：35Kv及以上 一 5% ;10Kv及以下_7% ;低壓照明 +5 %，- 10% ； 低壓照明與動力混合使用+5 %，- 7%事故情況下：電壓偏移允許值比正常值多 5%但電壓的正偏移不大于10%。三、負荷的電壓靜態(tài)特性 static voltage characteristic of load系統(tǒng)頻率一定時，負荷功率隨電

4、壓變化的關(guān)系一有功負荷的電壓靜態(tài)特性static voltage characteristic of active load 取決于負荷性質(zhì)及各類負荷所占的比重。1. 電動機同步電動機的有功功率與電壓無關(guān)。異步電動機的有功功率基本上電壓無關(guān)。2. 白熾燈其電阻值隨溫度而變化,p = kU。63. 阻抗不隨電壓變化的負荷如電熱、電爐、整流負荷P=二 無功負荷的電壓靜態(tài)特性static voltage characteristic of reactive load1. 異步電動機I2XQm勵磁功率Q與電壓平方成正比，電壓比較高時，因為磁飽和曲線的影響,Xm有所下降，則Q隨電壓變化曲線略高于二次曲線

5、。電壓降低時，負載不變的情況下，定子電流增大，則漏抗中損耗Q.也增 大。故：在額定電壓附近，電動機的無功隨電壓升降而增減。當電壓顯著低于額定電壓時，漏抗損耗占主要部分，隨電壓降低而升高。2. 阻抗不隨電壓變化的負荷Q =X四、無功功率平衡 reactive bala nee一、基本知識 basic knowledge1. 無功功率平衡：無功功率電源發(fā)出的無功功率=用戶所需的無功+系統(tǒng)無功損耗2. 無功功率電源：發(fā)電機、調(diào)相機、靜電電容器、靜止補償器等。3. 無功負荷：除白熾燈和純電阻性加熱設備外的其它用電設備均需要無功，其中異步電動機占很大比重。4. 無功損耗：線路和變壓器上的無功損耗。5.

6、據(jù)統(tǒng)計：用戶需要的無功50%s 100%用戶需要的有功。6. 由負荷無功功率電壓靜止特性可知：要維持負荷點電壓在額定值附近就 必須提供足夠的無功，否則電壓會降低。二 、 電力系統(tǒng)中的無功電源reactive power sources1、發(fā)電機 generator發(fā)電機作為無功源即可發(fā)出感性無功，又可發(fā)出容性無功 在進行無功調(diào)整時，首先應充分利用發(fā)電機的無功輸出能力2、調(diào)相機 synchronous condenser（1）是只發(fā)無功功率的同步發(fā)電機 . 過勵磁運行時，向系統(tǒng)發(fā)出感性無 功功率 ; 欠勵磁運行時，從系統(tǒng)吸收感性無功。（2）欠勵磁運行時的容量約為過勵磁運行時容量的 50。（3）帶

7、勵磁調(diào)節(jié)裝置的調(diào)相機，可根據(jù)其所在點的電壓自動平滑的改 變出力; 有強行勵磁裝置時， 系統(tǒng)故障情況下也可維持該機的出口 電壓。（4）特點：a）運行維護復雜。b）有功損耗大，滿載時達額定容量的1.5 %"3%,容量越小，損耗 占的比重越大。故容量小于5Mvar時，不宜用調(diào)相機。c）可平滑調(diào)整無功出力,系統(tǒng)故障時也可按要求輸出無功。3、靜電電容器 static capacitor（ 1）按三角形或星形接法并聯(lián)在線路上。（ 2）只能向系統(tǒng)提供感性無功,當端口電壓下降時,出力會顯著下降。（ 3）特點：1）無功輸出調(diào)節(jié)能力差,輸出無功受端口電壓限制。2）單位容量成本低,且與總?cè)萘看笮o關(guān),安裝

8、維護方便。3）有功損耗小,滿載時僅為額定容量的 0.3 %" 0.5%。4）可集中使用,也可分散就地供應無功,從而減少網(wǎng)絡電能損耗4、靜止補償器 SVC static VAR compensator可控硅控制的電抗器與電容器并聯(lián)組成的。（1）吸收或發(fā)出感性無功。（2）快速跟蹤負荷，響應速度快。（3）運行時有功損耗小，滿載時不超過額定容量的 1%。（4）可靠性高，維護工作量小。（5）不增加短路電流。（6）可控硅控制電抗器時，電網(wǎng)中產(chǎn)生高次諧波。三、電力系統(tǒng)的無功負荷和無功功率損耗reactive load and VAR losses無功負荷 reactive load除白熾燈等少數(shù)純

9、阻性用電設備外大部分用電設備都需要無功。 無功損耗 VAR losses1. 變壓器 變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即勵磁支路損耗和繞組漏抗中的損耗。其中，勵磁支路損耗的百分值基本上等于空載電流的百分值， 約為1%7 2%；繞組漏抗中損耗，在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓的百分值， 約為 10%。對于一臺變壓器或一級變壓的網(wǎng)絡而言，變壓器中的無功損耗并不大， 滿載時約為它額定容量的百分之十幾。但對多電壓級網(wǎng)絡，變壓器中的無 功損耗就相當可觀。2電力線路上的無功損耗線路上的無功損耗也分兩部分，即并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗中的無功損耗。 并聯(lián)電納中的這種損耗又稱充電功率， 與線路電壓的平方成正比， 呈

10、容性。 串聯(lián)電抗中的這種損耗與負荷電流的平方成正比，呈感性。35KV 及以下架空線的充電功率較小，總體上是消耗無功的；110KV 及以上架空線， 當輸送功率較大時， 電抗總消耗的無功大于電納中 產(chǎn)生的無功，總體上是無功負載；輸送功率較小時，為無功電源。第二節(jié) 無功功率補償Reactive power compensation一、無功補償原理 theory of reactive power compensation 可提高電力網(wǎng)功率因數(shù)。詳見圖 5-5 。二、無功補償?shù)囊饬x meaning of reactive power compensation1 提高電網(wǎng)輸送能力，減少系統(tǒng)元件容量；2

11、降低網(wǎng)絡功率損耗和電能損耗；3 改善電壓質(zhì)量。三、高壓電力網(wǎng)的無功補償reactive power compensation of high voltage power system330 500kv 分層分區(qū)就地平衡 安裝并聯(lián)電抗器補償線路充電功率；220kv 變電所 最大負荷時 一次側(cè)功率因數(shù)不低于 0.95;最小負荷時 一次側(cè)功率因數(shù)不高于 0.98. 二次側(cè)功率因數(shù)不小于 0.95-1.110kv 及以下變電所 最小負荷時，一次側(cè)功率因數(shù)不高于 0.98 。四、中低壓配電網(wǎng)無功功率補償?shù)墓芾磙k法無功功率應就地補償具體管理方法：1 提高用戶的功率因數(shù)；2 配電線路及變電所分散安裝電力電容

12、器；3 對大容量軋鋼設備等沖擊性的動態(tài)無功負荷，裝設靜止無功補償 設備或采用可控硅開關(guān)自動快速投切電容器組。五、配電網(wǎng)無功補償?shù)呐渲迷瓌t“就地補償、分級分區(qū)平衡”1 總體平衡和局部平衡相結(jié)合 盡量避免不同分區(qū)之間無功的遠距離輸送和交換。2 電業(yè)部門補償和用戶補償相結(jié)合3 分散補償和集中補償相結(jié)合，以分散為主 集中補償是指在變電所集中裝設容量較大的補償設備； 分散補償是指在配電網(wǎng)的分散區(qū)，如配電線路、變壓器和用電設備，分散進行無功補償4 .降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主第二節(jié) 供配電系統(tǒng)電壓調(diào)整Voltage adjustme nt of power supply and distributi o

13、n system一、中樞點電壓管理 voltage management of load-center bus1、電壓調(diào)整的目的：使用戶的電壓偏移在規(guī)定的范圍內(nèi)。2、中樞點電壓管理：選幾個可代表系統(tǒng)電壓水平的發(fā)電廠或變電所母線 作為電壓中樞點，因大多數(shù)負荷都在中樞點供電，故如能控制住中樞點的 電壓偏移，也就控制住了大部分負荷的電壓偏移。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整問題轉(zhuǎn)化為控制各中樞點電壓的電壓偏移不超 出范圍的問題。例：如圖所示W(wǎng)lVi根據(jù)Sm對電壓要求,A點|（中樞點）的電壓應維持為:s 0 B 1624o 31624(111根據(jù)S對電壓要求,A點（中樞點）的電壓應維持為：3Un+3U綜合以上要求一

14、中樞點允許電壓為:_ * 佰應708 時：(0.99 1.06)Un8ng0 8浮16時:1皿!r)U016 24 時：（1.05 1.13 ） UN由此可見：為同時滿足兩點負荷對電壓偏移的要求，中樞點電壓的允 許變動范圍大為縮小，有時甚至僅有1%若兩條線路上的電壓損耗的大小和變化規(guī)律相差更懸殊，完全有可能 在某些時段內(nèi)，無論中樞點電壓取何值都不能同時滿足兩個負荷對電壓質(zhì) 量的要求，此時就需要在負荷點處增設必要的調(diào)壓措施。3. 電力系統(tǒng)正常運行時的調(diào)壓方法1）逆調(diào)壓：高峰負荷時升高中樞點電壓（至105%jQ,低谷負荷時降低中樞點電壓（至UQ。適用于供電線路較長，負荷變動較大的中樞 點。調(diào)壓設備

15、：調(diào)相機、靜電電容器、有載調(diào)壓變壓器。2）順調(diào)壓：高峰負荷時允許中樞點電壓降低（但不低于102.5%Un ）,低谷負荷時允許中樞點電壓升高（但不允許高于107.5%Un）。適用于供電線路不長，負荷變動不大的中樞點。不用裝特殊的調(diào)壓設備。3）常調(diào)壓：任何情況下都保證中樞點電壓基本不變。如（102%-105% Un。通過合理選擇變壓器變比和并聯(lián)電容器來調(diào)壓。故障時允許電壓偏移較正常時大 5%二、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施 voltage adjustme nt methods以圖3-1只例，略去線路、變壓器的對地導"不計網(wǎng)損）F；帛則負荷點的納支路，m3 is筋用電力殺統(tǒng)Uf =(Ua kiPR

16、 QXUn1k2則調(diào)整用戶端電壓Uf可采取以下措施:1）調(diào)整勵磁以改變發(fā)電機端電壓 Ua ；2）改變變壓器分接頭位置；3）改變電力網(wǎng)無功功率分布；4）改變輸電線路的參數(shù)。< 一 > 禾 I用發(fā)電機進行調(diào)壓 voltage adjustme nt using gen erator1. 在各種調(diào)壓手段中，應首先考慮利用發(fā)電機進行調(diào)壓。2 .利用發(fā)電機進行逆調(diào)壓，可使最遠端負荷點電壓變動范圍縮小5%3. 如果供電線路不長，電壓損耗不大，僅用發(fā)電機逆調(diào)壓就可滿足要求; 但若經(jīng)多級變壓向遠處負荷供電，僅依靠發(fā)電機調(diào)壓不能滿足負荷對電 壓質(zhì)量的要求。<二 > 改變變壓器變比調(diào)壓vo

17、ltage adjustment via changing transformer' s tap1.雙繞組變壓器的高壓側(cè)和三繞組變壓器的高、中壓側(cè)往往有若干個分 接頭可供選擇。其中對應于Un的分接頭成為主接頭。6000KV A以下的變壓器有三個分接頭，Un二5%8000KV- A以上的變壓器有五個分接頭，Un _2 2.5%2 如圖所示：，.1T為升壓變壓器，T為F+旳1) 現(xiàn)以Tj為例說明降壓變壓器分接頭的選擇方法已知：最大負荷時高壓側(cè)母線電壓為Ujimax，變壓器Tj的電壓損失為Tj的高壓側(cè)分接頭電壓Ujt max.-：U jt max，低壓側(cè)母線要求的電壓為Uj2max。求：最大

18、負荷時應選擇的分析：U j 2 maxU j2maxK j max其中：Ujzmax為最大負荷時，歸算至高壓側(cè)的低壓母線電壓;Kjmax為最大負荷時Tj應選的變比。j2 max=u jimax-U jt maxKjmax竺，Uj2N為Tj低壓側(cè)的額定電壓。U j2 N則聯(lián)立上式，可得:U jt max(U jimax -u jt. max ) ，U j2NU j 2. max同理：可得最小負荷時變壓器Tj應選擇的高壓側(cè)分接頭電壓Ujt.minU jt min 二(Uji.min =U jt.min ) ' U j2 NU j2.min若為無載調(diào)壓，則變壓器分接頭應取：u jtU jt

19、.max u jt .min2) 根據(jù)計算得出的Ujt選擇與之最接近的分接頭，然后校驗所選的分接頭能否使Tj的低壓側(cè)母線電壓滿足調(diào)壓要求。i 2.min3）升壓變壓器分接頭選擇U it. max(U i1maxU it.max )U i2NU i 2. maxUit. min(Uil.min- U it.min ) U i2NUit. maxit. minU it2以上為無載調(diào)壓；若為有載調(diào)壓，則可分別選擇最大、最小負荷時應 選擇的分接頭，不必取平均。三 改變電力網(wǎng)中的無功功率分布進行調(diào)壓voltage regulation with reactive power distribution1.

20、 ：u 二 PR QXU電壓損耗是造成電壓偏移的主要原因，當線路參數(shù)一定時，決定電壓 損失的因素有兩個：P和Q。1） 因為有功源只有發(fā)電機，且發(fā)電機、有功負荷不宜改動，故不可 能通過改變有功分布來調(diào)壓。2）因為無功源除發(fā)電機外，還有調(diào)相機、電容器等，這些無功補償 裝置的安裝位置可動，故可通過改變無功分布來調(diào)壓。3）并非所有場合都可用改變無功分布的方法來調(diào)壓，只有當系統(tǒng)參 數(shù)中RX時，才可用。2. 改變電力網(wǎng)無功分布的具體做法：在輸電線路末端靠近負荷處裝設并聯(lián)電容器或調(diào)相機。令：補償前后Ug不變廠篤di例：如圖所示分析:未裝無功補償設備時:Ug =Ua PRga QXgA， Ua -折算至高壓側(cè)

21、的低壓電壓U A故:Qc出 X GAprga qx ga(Uac -Ua)(備GA_U ACPRgaQXgaUa裝無功補償設備后：Ug 二Uac(QQc)XgaU Ac則.U ' + PRGA +QXgA _ U ' + PRGA +(Q - Qc )XgaU AU Ac補償后低壓側(cè)實際電壓為Uac，貝心ACXga近似的：Qc =UAC (Uac U)X GA由上式可見，若要確定Qc ,則應先確定變壓器變比K,而K的確定與補償設備的類型有關(guān) 用靜電電容器，最小負荷時電容器全部退出，最大負荷時全部投入 用調(diào)相機時最小負荷時吸收2Qcn 或( 50%s 60%) Qcn ,最大負荷

22、時發(fā) 出 Qcn。則:1)用靜電電容器:最小負荷確定K:U t .minU AC.minU ANU AC.minU t.minK 二U an最大負荷確定Qc :U AC.max 彳(U AC.XgamaxU A. max 2)KK2)用調(diào)相機:U AC. maxQCn X -Xga(U AC.max U A.max)-(0.50.6)QcnUAC.min (U AC.min -UA.min)X GA則:(0 50 6) - U AC . min ( U AC .mi _ U A. min )U AC. max ( U AC .max 一 U a .max)U AC . mi n(UAC.mi nK UA.mi n)iU AC . max ( U AC. max K _ U A. max )用上式求