第06章電力系統(tǒng)無功功率平衡與電壓調整匯總

1、六章電力系統(tǒng)無功功率平衡與電壓調整電斥是衡量電能質量的重要指標”電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率 的平衡，實現電力系統(tǒng)在正常電壓水平下的 無功功率平衡，并留有必要的備用容量， 是保證電壓質量的前提嚴系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應能滿足 系統(tǒng)負荷和網絡損耗在額定電壓卜對無功 功率的需求，否則電壓就會偏離額定值第六章電http:/lit6-1電力系統(tǒng)無功功率平衡、無功負荷和無功損耗（）無功功率負荷備種用電設備中除和對很小的白熾燈照明負荷只消耗有功功率.為 數不多的同步電動機町發(fā)出一部分無功功率外，人多數都要消耗無功功 率。因此.無論丁業(yè)或農業(yè)用戶都以滯后功率因數運行.其值約為0649。K屮.較

2、大的鮭對應于采用大容S：同步電動機的場合.畀步 機在系統(tǒng)中占冇很人的比重，其消耗的無功為Qu二QuJQ。二七廣X。Qm為勵磁無功功率a是漏抗中的損耗（二）無功功率損耗1.變壓器的無功損耗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損耗勵磁支路損耗的百分值其本上等于空伐電流6的百分值， 約為1% 2%不融負荷大小的改變而變化,稱Z為不變損耗：繞組漏抗中損耗 與所帶負荷的人小冇關,稱為可變損耗.在變壓器滿越時,基本上等于 短路電壓4的百分值，約為 2%。但對參電壓級網絡。變壓器屮的無 功功率損耗就相當可觀。變爪器的無功損厲是感性的Or辺+心FT6電力線路上的無功功率損耗也分兩部分，即并

3、聯電納和串聯電抗中的無功功率損耗。并聯電納中的這 種損耗又稱充電功率，與線路電爪的半方成止比， 容性。串聯電抗中的這種損耗與負荷電流的平方成疋比，呆感性。線路的無功總損耗-般悄況下，35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率:HOkV及以上系統(tǒng)，輕載或牢載時，成為無功電源，二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源右發(fā)電機同步調柑機靜電電容器及掙止補償器1發(fā)電機 最基本的無功電源.的可產生無功也可吸收無功 發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時.可發(fā)出無功功舉：=S* sinv=PON（PN發(fā)電機在非額定功率因數F運行時可能發(fā)出的無功功率由極限圖決疋半徑AC的圓弧-定子額定電流的限制半徑OC的側弧轉J；額定電流的限制水平線

4、DC -脈動機出力的限制nDF -當發(fā)電機超前功率因數運行即進 相運行時（發(fā)出有功吸收無功）.發(fā)電機 靜態(tài)總定件和定了端部溫升的限制馮系統(tǒng)無功電源不足而冇功備用充裕時.對以利用矗近負荷屮心的發(fā)電 機障低功率因索運行，#發(fā)無功少發(fā)從金不發(fā)仃如 系統(tǒng)無功允裕，可提筒功 率因數.在臥段運行：如無功過剩.可進相運行2.輸電線路的無功損耗傳輸功率AQ +AQ廠If呦 T（中;）發(fā)電機的P Q廠浄電電容器連接在變電所母線上。它供給的無功功率Qc值 與所在節(jié)點電壓的平方成正比，即QcW/Xc優(yōu)點：靜電電容器的裝設容雖可大可小，既可集中使川， 乂可以分散安裝。H電容器每單位容駅的投資費川較小.運 行時功率損耗

5、亦較小，維護也較方便。-缺點：電容器的無功功率調節(jié)件能比較差。發(fā)出無功與線 路電壓平方成正比，在電壓偏低最需耍無功的時候發(fā)出的無 功反而減少?！?-3.同步調相機同步調和機相當于旋轉著的、不帶機械負戲的同步電動機廠在過勵磁運彳j時，它向系統(tǒng)供給感牲無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓在欠勵磁運行時（欠勵磁放人容訛只仃過勵磁容尿的50%65%），它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負荷作川，町降低系統(tǒng)電丿尺”它能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o 功功率，進行電壓調節(jié)，因而調節(jié)件能較好缺點A 同步調相機是旋轉機械，運行維護比較父朵有功功率損耗較大,在滿負荷時約為額定容量的（1.5

6、5）%,容暈越小，百分值越大”小容暈的調相機每kVA容量的投資費用也較人。故同步調和機 宜大容量集中使用，容雖小J 5MVA的一般不裝設同步調相機常安裝在樞紐變電所8靜電電容器無功功率平衡的基本要求無功電源發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網絡屮的無功損耗Z和A 系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容磧 ”盡量避免通過電網元件大量的傳送無功功率， 應該分地.4.靜止補償器靜止補償器由靜電電容器與電抗器并聯組成，電容器可發(fā)岀無功功率， 電抗器可吸收無功功率，再配以適勻的調裝置.就能夠屮滑地改變輸 出（或吸收）的無功功率，電猝和電悠組成濾波電路，濾去高次諧波，以免產生電流和電壓的畸變 運

7、行維護簡咆，損兀較小，對沖擊負荷有較強的適應性可裝丁樞紐變 電所進行電爪控制，也可裝于大的沖由負荷側,如軋鋼廠做無功補償9三、無功功率平衡區(qū)分電壓級地進行無功功率平衡 般情況卜按照正常、最大和加小負荷的運行 方式計算無功衡，必要時還應校驗某些設備 檢修時或故障后運行力式卜的無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率的平衡關系(1)參考累計的運行材料確定木來的、有代衣性的預想冇功功率H負荷曲線(2)確定出現無功功率口加人負的時系統(tǒng)川無功功率熨億的分配(3)假設各無功功率電源的容忙和配疋悄況以及榮樞紐點的電壓水平(4)計算系統(tǒng)中的潮流分布(5)根據潮流分布情況,統(tǒng)計出平衡關系式中*項數虬判斯系統(tǒng)中無功功 率能否

8、平衡 如統(tǒng)計結果衣明系統(tǒng)中無功功率仃缺額， 則應變更I:列假設條件.匝做 潮流分伯計舁：而無功始終無法衡.則應考慮增坡無功電源的方案(三)無功儲備無功平衡的前捉是系統(tǒng)的電壓水平正常。和冇功樣.系統(tǒng)中也應該保 持定的無功儲備。般取最人負荷的78。嘰電力系統(tǒng)中供應的無功功率應與消耗的無功相平衡電源供W的無功之和工如述0。+浹調郴機供應 的無功2和F聯電容 蠱供應的無 功Z和養(yǎng)止補償 裝襯供應的 無功Z和11(-)定期作無功平衡計算的內容某輸電系統(tǒng)各元件參數如下：發(fā)電機：&=50MW，cos0 = O.85 t/N= 10.5kV變壓器T1和臺SN=31.5MVA,P=38.5kW.APk=

9、148kW, lo%=O.8f4=10.5. /(T=121/10.5變壓器2變比kT=110/1h其余參數同T1線路每回每公里0.165歐姆，xo=O.4O9歐姆bo=2.82X1O-6西門子試根據無功功率平衡的需耍確怎無功補償容ht o-T-l刁04j30MVAT-lHOkV例6-1輸電線路2L= /?L+jXt=|x(0.165 + j0.409) x 100 =8.25+ j20.45(Q)=-X2X2.82X106X100 = 2.82X106(S)2L2A0嚴AQBZ=-丄BJJ；=-2.82xl0-4x)102=-3.412(Mvar)輸電系統(tǒng)等值電路備上圖(二)無功補償的功率平

10、衡計算作為初步佔貳，先川負荷功率計算變壓器繞組損耗和線路損耗RlT=心 + & + 陷 T92 + &25 + 0.902 = 10.244(0)XLT= X” + X, + XT, = 24.402 + 20.45 + 20.167 = 65.019(Q)402+ WA5LT= -Qi -x(10.244 + j65.019) = 2.116 + jl3.434(Nf A)SQ=Sw+ASLT+ A501+ jAQi + j%二40 + j30 + 2 116 + j 13 343+0 077+j0 504+0077+J0.504J3412-j3 412=42.27 +j37

11、 618(MVA)若發(fā)電機在滿足有功需求時按額定功率因數運行,其輸出功率SG= 42 27 + j42 27 x tg 42 27+j26 196|MVA)此時無功缺額達到37.618- 26.196=11.422(Mvar)根據以上對無功功率缺額的初步估算,擬在變壓器 2的低壓 側設置10Mvar補償容量，補償詢負荷功率因數為0.8,補償示 可提高到0.895. U及補償后例61累計到發(fā)電機端的輸電系統(tǒng)的總功率需求為線路和變壓器繞組損耗還會減少, 發(fā)電機將能在額定功率因數附近運行40：+ 20no-S；= 40.22623 837-0412 40 226+j20 425(MVA)40 6：+

12、 P 4”：AS. =* -0 4*ASTl=毅 片0廣：仁匕輸電系統(tǒng)要求發(fā)電機輸岀的功率為5O= 41 614 + J20 453-0 I94 + J4 336+0 077+jO 504= 41 885-*-j25.293(MVA)o一設置補償設備Q,后毎年町卩約的電能損耗費用G(a)=(a+刃心a-設譽補償設備QM需比費的費用 冃標換數足C= (A/冇dLa.廠一分別為折舊維修率和投資冋收率Kc取位容址補償設備投資，TC/kvar 0單位電能損耗價格，尤/kWh汰一全網最丈負荷損耗小時數=06-3電壓管理和借發(fā)電機、變壓器調壓 、概述(-)調整電壓的必要性電壓質量對電力系統(tǒng)的安全與經濟運行

13、，對保證用門安全 生產和產品質就以及電氣設備的安全與存命冇幣:裳的影響。匸電壓偏離額定值導致設備效率降低，經濟性能變差電壓過拓會減小照明設備使川壽命，對電氣設備絕緣造成不利 影響擊穿電壓過低使異步機的轉差率增大，電流增加,溫升增加,使用 壽命縮短對系統(tǒng)影響:電壓降低引起廠川電動機功率下降,影響發(fā)電機 出力：功率損耗增加：還町能危及電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性時升高電壓.比線路額定電壓高5%即105久就小負荷時，使中樞點電壓降至線路額定電壓(2)順調壓:適用亍小型網絡,供電線路不長,負荷變動不大加大負荷時降低電壓.不低線路額定電壓的25。即1.025(人：加小負荷時升周電壓，但不趙過線路額定電爪的7.5

14、%,即1.075t/No(3)常調壓:適用于股型網絡,負荷變動相差不多屮樞點電壓保持在比線路額定電壓髙2-5% , (1.02-L05) 292.從規(guī)劃角度管理多級變壓供電系統(tǒng)的電壓損耗分布多級變壓供電系統(tǒng)的電壓損耗分布15%-35%(-)借改變發(fā)電機端電壓調壓卜現代同步發(fā)電機在端電壓偏離額定值5的范圍內能夠以額定功率運 行.根據運行惜況調節(jié)勵碗電流來改變機端電壓適合于由孤立發(fā)電廠不經升壓直接供電的小型電力網.左大空電力系統(tǒng)中發(fā)電機調壓般只作為種輔助性的調壓措施.調壓的 閑難不僅在于電壓損耗的絕對值過大,而11更主耍的是在于不同運行方式卜 電壓損耗之差(變化幅度)太大逆調壓:發(fā)電機調壓主要處為

15、了滿足近處地方負衙的電壓質屋要求,發(fā)電 機電壓在最人負荷時提高5%.繪小負荷時保持為額定電壓,采取這種逆訓 壓方式.對丁解決多級變壓供電系統(tǒng)的調壓問題也是冇利的4%10H4%8H_2%.3%t2H3%6-KBl | lOC- llOkV |三.電力系統(tǒng)的調壓方法砒1%2%U（-）改變變壓器變比調壓、出改變變Jk器的變比可以升島或降低次級繞組的電爪改變變壓 器的變比凋壓實際上就是根據調壓要求適當選擇分接頭I變壓器的分接頭夂 雙繞組變壓、器的高壓繞組和三繞組變壓器的 禹壓繞紐及中壓繞組一般有若干個分接頭可供選 擇，通過選擇不同的分接頭，町以改變變壓益的 交比改變分接頭的方式：滬有載調壓變壓器:帶負

16、荷改變分接頭,允許變壓 器在帶負荷情況下改變其分接頭位置無載調爪變壓器，變壓器必須先退出丄作才能改 變比分接頭31無裁調壓變壓器正常的運行屮只能使用個固定的分接頭,可以取最人 負荷和披小負荷卜所農求的分接頭電壓的均值最大負荷 最小負荷平均值nimix=(HIDIX- MAmax) )N12 AAzinax tllmin = (llmin - *1 mm/umiu “HI=(tllBux十2根據如值可選擇 個9它最接近的分接頭咚K創(chuàng)人負荷和最小負荷 時低壓母線上的實杯電壓是否滿足耍求a2.雙繞組變壓器分接頭電壓的計算 降壓變壓器T1:低壓母線要求電壓/I3- “丨和K、電HMIK：AU,=（PR

17、“4QXriyi/,變壓器的變比KU%分接頭電壓sW%T3-人血4JiU“、，隨變斤器要通過的功率而變化，可以求出在不同的負 荷卜為滿足低壓側訓壓要求所應選擇的髙壓側分接頭電壓升壓變壓器T3：選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基木相同A 高壓母線要求電壓心龜：變用器的變比x可得分接頭電爪的計算公式:=（3lmax +3max）N32/32maxt31nm=（3】mm + ”3nwi“冋/給!t31=（t3lraK + “Ulmin 2”無論是升壓變爪器還是降爪變壓器，計算分接頭電壓后,選擇一個與計算值眾接近的分接頭電壓，Z后再校驗-般三繞組變壓器的高、屮壓繞紐側有分接頭町供選 擇使用

18、,低壓繞組無分接頭。具體選擇分接頭的計算方法 可分兩次套用雙繞組變壓器分接頭的選擇方法（1）首先由高、低壓兩側按低壓側的調壓要求,確定出高壓 側的分接頭（2）由高、中壓兩側按屮壓側調壓要求，確定中壓側分接頭（3）最后校驗中壓側和低壓側的調壓效果是否滿足耍求校驗時，電爪偏移小于兩個相鄰分接頭電斥差的-半, 即認為滿足要求，如8000kVA以上容錄變爪器的分接頭電 壓 5 土2X2.5%,如偏差三繞組變壓器分接頭電壓的計算1.25%（0.0125心）即可36例6-2某降爪變電所裝設一容蛀為20 M V A,側母線電爪允許偏移在報大和最小負荷時分別是額疋電爪的2.5%和7.5%.最人和最小負荷為18

19、MVA和7MVA,cos殲0.8,變壓器高壓側的電壓在任何負荷卜均維持為107.5kVo變壓 器的參數為：乞0.5, Pk=163kW,不計激磁影響。試選 擇變壓器的分接頭。例6-2 變壓器最大和最小負荷SmBX= 18x0.8 +jl8x0.6 = 14.4 +jl0.8( MVA)SIUO= 7 x 0.8 + j7 x 0.6 = 5.6 + j4.2(MVA)最大和最小負荷低爪母線要求電壓最大負倚時電爪低Ul2mx=10 x(14-2.5%) = 10.25( kV)眾小 訥討電II；為2nm = 10 x( 1+7.5%) =10.75( kV)A 由高壓側給定電壓算出歸算到高圧側的

20、低壓母線電壓為最大負荷時.14.4x493 +10.8 x 63 5U；沁廠旳喚=107.5-八八.5.6x4.93+4.2x63.5W-20MVAlia/likV電壓為110/11kV的變壓器,變壓器低壓解變爪器x 104.93(0)163x】0：20000：37最小負荷時心=匕-出山=107.5- -解得心=99.9kV,U爲=104.6kV38幾!K：1 12例6-2A 分接頭電壓最大賁荷吋分接頭電壓般人負荷対低兒母線電兒 Sz = “:曲 9Xio7 25=1O25(kV)嚴小1Wc補償后2久+-川PR+QX “ FR+(Q-Q)X如果補償前后E保持不變+=%+vJ可解得PR + QX

21、 PR + QX+ -2：;匕）240忽略第二項 變壓器的變比為K.補償后低壓母線電壓為2c補償容竝9調壓耍求和降壓變壓器的變比選擇均仃關。變比K的選擇原則：TL在滿足調壓的要求卜， 使無功補償容量為垃小， 無功補 償設備的性能不同，選擇變比的條件也不相同二、最小補償容量的確定補償容賈9調爪要求和降爪變爪器的變比選擇均冇關。這 就要求衣確定補償容量之前,先確定變壓器的變比,而變比的 確定又與選擇的補償設備種類有關1.并聯電容器按最小負荷時，電容器全部退出運行時的調壓要求確定變壓器變比選擇變爪器分接頭電爪與SH相接近.選定后得補償MXUH3D-nmiUg/UN2按最大負荷時2.同步調相機/首先確

22、定變比K(丄、彊丿仙調相機容量為：2 =芒竺最小負荷時調相機容彊應為-*2=今計5心-緯竺”可解出：尺_喰+刃嚴“帕2“MX+ 2cmin保持105kV,試確定補償設備釆用電容器時的設備容量。解：()變電所低壓側母線0算到烏壓側的電壓 因為苜翊電壓已知.宜采用首嵋功率汁算網絡電壓損耗確上實際變比”確定補償容址1506-“ST 2 STOkV降壓變電所低壓母線要求常調壓,Zr= 26 +j 130(0)豐20 jl5MV/102c maxUJ二U廠冬仝上鳥仝二118-也二26二21?、130二89 37(kV)33t/廠110%胡-生3“】8”竺型330“05.6曲)iu、no42級火負荷時遼口

23、 =J5- 無功補償容蚩取電容器容量12MvarSi/*。詡卜20矽26+74x00* g | qno乩=務=罟=10525(kV)心=沽罟=10561(刊滿足要求U2cmax1301x IO2= 12.62(Mvar)例63Ti S】8kVTOkVT-2U：20 jlSMVA10 J7.5MVAI2. = 264 j 130(。廠 + s(三)驗算最大負荷時受端低壓側的實際電壓4=竺零也x(26+jl30)：=0.88+j44(MVA)SlM=SllM+ 成細=20+j(15-+0&+j4420.88+j7.MVA)U、-118kVHOkVS20+jlSMVAS3M-noT2爐未加串

24、聯電容前5牙串聯容抗乂匚示才 糾十“X-址）c5興補償前片電壓損耗Z差就是線路末端電壓町捉髙的數值廠QXJE嚴樓據線路木端電壓需耍提高的數值（AU-UC）,就對 求得需姿補償的電容器的容抗值X_耳（皿-現） Q串聯電容器容量的計算 如果每臺電容器的額定電流為 INCINC，額定電壓為 UNCUNC,額定容量為 QNC=UNCINCQNC=UNCINC，貝 U U 可根據通過的最大負荷電流 IcmaxIcmax 和所需 的容抗值 XCXC 分別計算電容器串、并聯的臺數 n n，m m 以及三相電容器的總容量QCQC。mlNOmlNO ICmaxICmax nUNOnUNO ICmaxXCICmaxXC QCQC = = 3mnQNC3mnQNC = = 3mnUNC3mnUNC INCINC 串聯電容器組 三相總共需要的電容器臺數為 3mn3mn。三相電容器組的容 量為 3mnQNC3mnQNC 4646并聯電容與串聯電容補償的比較 從調壓的角度看，并聯電容補償和串聯電容 補償的作用都在