電力系統(tǒng)電壓調整

1、西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東第二章 第八節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓調整劉軒東西安交通大學高電壓技術教研室西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東電壓調整的基本概念為什么要進行電壓調整：電壓是衡量電能質量的主要指標之一，電壓偏移超過允許值，會給電力系統(tǒng)的經濟和安全等方面帶來非常不利的影響。電壓偏移的定義：上式中， U為系統(tǒng)母線電壓；單位為kV UN為母線的額定電壓，kV保證電壓偏移在允許的范圍內，是電力系統(tǒng)運行的主要要求之一。還有什么指標？電力系統(tǒng)的要求：安全、可靠、優(yōu)質、經濟西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東我國規(guī)定的電壓偏移的范圍：35kV及以上供電電壓：5%10kV及以下三相供電電壓： 7%

2、220kV單相供電電壓：+5%-10%農村電網： 正常運行情況：+7.5%-10 事故運行情況：+10%-15%西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東電壓監(jiān)視中樞點（電壓中樞點）主要包括： 區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線 樞紐變電站的二次母線 有大量地方性負荷的發(fā)電廠母線若這些主要節(jié)點電壓滿足要求，則這些節(jié)點附近的其他節(jié)點電壓也能滿足要求電壓調整的主要方式： 1、順調壓 2、逆調壓 3、恒調壓西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東1、順調壓最大負荷運行方式時，中樞點的電壓不應低于線路額定電壓的102.5%；最小負荷運行方式時，中樞點的電壓不應高于線路額定電壓的107.5%；適用于供電線路不長，負荷變動不大

3、的中樞點西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東2、逆調壓最大負荷運行方式時，中樞點的電壓要比線路額定電壓高5%；最小負荷運行方式時，中樞點的電壓要等于線路的額定電壓；適用于供電線路較長，負荷變動較大的中樞點3、恒調壓最大和最小負荷方式時保持中樞點電壓為線路額定電壓的1.021.05倍；也稱為常調壓。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東電壓調整的基本原理k1：升壓變壓器變比k2：降壓變壓器變比R+X：歸算到高壓側的變壓器和線路的總阻抗忽略掉變壓器勵磁支路和線路的并聯支路以及網絡的功率損耗，則負荷點的電壓可表示為：電壓調整措施：1、改變發(fā)電機端電壓調壓 2、 改變變壓器的變比調壓3、改變網絡的無功分

4、布調壓 4、 改變網絡參數調壓西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東2.8.2利用發(fā)電機調壓2.7節(jié)中講過發(fā)電機可作為無功功率電源 改變發(fā)電機端電壓的電壓調節(jié)方法不用另外增加設備，在各種調壓方式中應該優(yōu)先考慮。其主要特點為： 通過改變發(fā)電的勵磁電流來實現逆調壓 是一種經濟、直接的調壓手段 實質上是調節(jié)發(fā)電機無功出力。由發(fā)電機直接供電的小系統(tǒng)調壓方法：最大負荷時，系統(tǒng)電壓損耗最大，發(fā)電機保持較高的端電壓，以提高網絡電壓最小負荷時，發(fā)電機應維持低一些的電壓，以滿足電力網絡電壓的要求存在問題：難以兼顧機端負荷和遠方負荷的要求；多級電壓系統(tǒng)中，只能作為輔助調壓措施。因此，不能完全依靠發(fā)電機進行電壓調節(jié)。

5、西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東2.8.3改變變壓器變比調壓降壓變壓器及其等值電路不考慮變壓器功率損耗時：U2N為降壓變壓器低壓側額定電壓，U1t為降壓變壓器高壓側某分接頭電壓，將變比用分接頭電壓表示，可求得變壓器高壓側分接頭電壓：此時求得的變壓器分接頭，只是某一種運行方式下的分接頭，不能滿足各種不同運行方式的要求，在實際計算中，分別取最大負荷和最小負荷兩種情況，計算出高壓側最高電壓和最低電壓，然后取平均值。先決條件：電網無功電源容量充足西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東U2max、U2min分別為最大、最小負荷時變壓器低壓側要求的電壓。存在問題： 根據此種方法確定的U1t如果不是變壓器

6、所具有的分接頭電壓，則根據U1t選擇一個最接近的實際分接頭電壓，然后校驗所選的分接頭是否能夠滿足低壓側母線電壓的要求； 若U2max和U2min均在要求范圍內，則認為該分接頭滿足調壓要求； 若U2max和U2min相差較大，可能無論選擇哪個分接頭都無法滿足調壓要求！第二種情況發(fā)生時，必須要與其他調壓方式進行配合才能達到調壓目的。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東現在回顧剛才的推導過程，掌握分接頭的選擇步驟：1、最大負荷時，分接頭電壓的計算；2、最小負荷時，分接頭電壓的計算；3、分接頭電壓平均值的計算；4、標準分接頭電壓的選擇；5、最大、最小負荷時，變壓器低壓側實際運行電壓的校驗。變壓器變比調

7、壓的先決條件？電網中無功電源容量充足若該條件不滿足，只靠改變變壓器的分接頭，是無法達到調壓目的的。此時必須合理的加裝無功補償裝置。Why？該方法的實質是改變無功的分布，若無功容量不足，何來改變分布？西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東2.8.4并聯無功補償裝置調壓基本思路：在電力系統(tǒng)適當地點加裝無功補償裝置，減少線路和變壓器中輸送的無功功率，從而改變線路和變壓器的電壓損耗，達到調壓的目的。當線路末端未裝無功補償裝置，且不計電壓降落的橫分量時，等值電源母線電壓為：其中，R和X 為歸算到高壓側的總電阻和電抗，U2為未裝無功補償設備時，變壓器二次側電壓歸算到高壓側的值。西安交通大學高電壓技術教研室

8、劉軒東而當變壓器低壓母線上加裝無功補償設備之后，等值電路為：此時，等值電源母線電壓為：所需補償的無功功率為：由于補償前后，變壓器低壓側的電壓變化不大，因此第二項可以忽略補償容量：調壓的要求變壓器變比西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東并聯無功補償措施的選取并聯電容器（并補）最小負荷時，全部切除，按照最小負荷選擇變壓器變比；最大負荷時，全部投入，按照最大負荷選安裝容量；基本思路：1、按照最小負荷時，低壓側要求的電壓U2min，確定分接頭電壓（k）；2、按照最大負荷時，低壓側要求的電壓U2max，以及已經確定的k值，確定補償容量Qc西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東并聯無功補償措施的選取同步調相

9、機（并補）最小負荷時，欠激運行，作為無功負荷，吸收感性無功；最大負荷時，過激運行，作為無功電源，輸出感性無功。基本思路：1、最大負荷時調相機應選取的額定容量：2、最小負荷時調相機吸收的感性無功：3、兩式相除，得到變壓器的變比：在高壓網中，電阻遠小于電抗，無功功率所引起的電壓損耗占很大比例，因此，在高壓網中并聯無功補償設備有明顯的調壓效果，但在低壓網中，電阻較大，改變無功功率分布進行調壓的效果不大。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東2.8.5線路串聯電容補償裝置調壓適用情況和基本思路：當線路比較長，負荷變動較大，或者向沖擊負荷供電時，在線路串聯電容器，利用容性電抗來抵消線路的一部分感性電抗，使

10、得線路等值參數X變小，從而可以改變電壓損耗，達到調節(jié)電壓的目的。未串聯電容，電壓損耗：串聯電容后，電壓損耗：補償后電壓提升：電容補償裝置的容抗西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東由于串聯電容器的額定電壓最高約為12kV（電壓低），額定容量約為2040 Mvar（容量?。?，所以實際運行中采用的串聯電容補償裝置都是由許多個電容串、并聯組成的串聯電容器組。串聯電容器組的并聯支路數m，可根據線路通過的最大負荷電流Imax來確定，假設每臺電容器的額定電流為ICN：每一并聯支路串聯電容器數n，可根據最大電流通過Xc時的電壓降ImaxXc來確定，設每臺電容器的額定電壓為UCN：每一并聯支路串聯電容器數n，可

11、根據最大電流通過Xc時的電壓降ImaxXc來確定，設每臺電容器的額定電壓為UCN：基本原則：三相需要串聯電容器組總容量為：3mnQcn西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東串補的功能串補能夠自動跟蹤負荷，進行電壓調節(jié)，瞬時性能好；串補多用于負荷經常波動，功率因素不高的35kV及以下電壓的配電網中；超高壓電網中串聯電容補償主要用于提高超高壓電力網的輸送容量和穩(wěn)定性。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東串補和并補的比較并補串補減少Q流動，直接減少有功功率損耗通過提高U而減小有功功率損耗，等容量下不如并補作用強通過減少無功流動而減小電壓損耗，不如串補明顯（無功變化）由Xc上負電壓損耗抵償XL上的電壓損

12、耗，適用于電壓波動頻繁、功率因素低的場合P=（P2+Q2）R/U2U=QX/U西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東調壓方式的選擇無功電源缺乏時：電容器、靜止補償器、調相機無功電源充足：調節(jié)變壓器抽頭（變比）發(fā)電機調壓：幅度有限，對于機壓負荷最有效實際電力系統(tǒng)的電壓調整時一個復雜的綜合性問題各種調壓措施要互相配合，使全網的無功功率分布合理。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東第二章 第九節(jié) 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整劉軒東西安交通大學高電壓技術教研室西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東頻率是衡量電能質量的一個重要指標回憶一下其他的指標是什么？頻率變化帶來的危害：1、異步電動機：頻率改變，轉速改

13、變2、電子設備：對頻率非常敏感3、威脅電力系統(tǒng)自身的正常安全運行因此，要求電力系統(tǒng)提供頻率合格的優(yōu)質電能產品。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東對于電力系統(tǒng)而言，保證系統(tǒng)頻率合乎標準是電力系統(tǒng)運行調整的一項基本任務目前頻率標準是什么樣的？我國規(guī)定的額定頻率為50Hz大容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為：0.2Hz中小容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為： 0.5Hz發(fā)達國家（澳大利亞）要求：50 0.1Hz隨著頻率自動控制技術的進步，我國部分地區(qū)，如華東電網已經達到了50 0.1Hz的技術水平西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東 電網 f ：發(fā)電機轉速 的體現 當發(fā)電機 與 平衡時， 和 f 不變 負荷 隨機變化

14、 隨機變化， 無法突變 f 隨機變化 結論：頻率偏移不可避免，但應及時調整，使功率平衡MPEPDPEPMP有功功率平衡和頻率的關系發(fā)電廠到電網的結構f：電網頻率；PM發(fā)電機輸入機械功率，受慣性影響，變化緩慢；PE發(fā)電機輸出電磁功率，受負荷結構、運行方式影響，瞬時變化。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東實際日負荷的組成P1：變化幅度小，變化周期較短（一般為10s以內）的負荷分量，中小設備的投入和切除引起，隨機性非常大； P2：變化幅度較大、變化周期較長（一般為10s3min）的負荷分量 ，如工業(yè)電爐、電力機車，壓延機械等沖擊性負荷；P3：變化緩慢的持續(xù)變動負荷，是日負荷曲線的基本部分，由國民經

15、濟、生產、生活和氣象變化等因素決定的。P1、P2是難以預測的，通過原動機的調速器、調頻器調節(jié)發(fā)電機的輸入功率來隨時平衡負荷的變化；P3通過歷年運行統(tǒng)計資料和負荷可能變化的趨勢進行預測。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東有功功率平衡系統(tǒng)總備用容量總和電廠自用電消耗有功電網損耗有功總和負荷消耗有功總和發(fā)電廠有功總和BCLFBCLFPPPPPPPPPP備用容量：作用：為了保證供電可靠性及電能質量合格，系統(tǒng)電源容量應大于發(fā)電負荷定義：備用容量=系統(tǒng)可用電源容量-發(fā)電負荷有功功率電源發(fā)出的功率在任何時間都應與系統(tǒng)的負荷和總網損平衡而對于裝機容量來說，還必須考慮一定數量的備用容量。西安交通大學高電壓技術

16、教研室 劉軒東(1) 負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量(2) 事故備用：發(fā)電機因事故退出運行能頂上的容量(3) 檢修備用：發(fā)電機計劃檢修(4) 國民經濟備用：滿足工農業(yè)超計劃增長備用容量的分類存在形式作用熱備用冷備用運轉中的發(fā)電設備可能產生的最大功率與實際發(fā)電量之差，隱含在系統(tǒng)運行中的機組中，即需即用從供電可靠性和電能質量來看，越多越好，但熱備用過大，大量發(fā)電機低于額定功率運行，效率低下設備完好而有待投入運行的放電設備的最大可能出力，能聽命于調度隨時啟動，可作為檢修備用、國民經濟備用和部分事故備用西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東負荷的功頻靜特性在額定功率附近，負荷的功頻靜特性可以近

17、似用一條直線表示。其斜率為：kL為負荷的功頻靜特性系數，它表示負荷吸收的有功功率隨頻率變化的大小頻率下降時，負荷吸收的有功功率自動減?。活l率上升時，負荷吸收的有功功率自動增加。負荷的這種特性有利于系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定當負荷變化時，系統(tǒng)頻率也相應的發(fā)生變化，如圖中的P1、P2西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東發(fā)電機的功頻靜特性發(fā)電機組的速度調節(jié)是由原動機附設的調速器來實現的，因此，發(fā)電機的功頻靜特性取決于原動機的調速系統(tǒng)。外界負荷增大時，發(fā)電機輸入功率小于輸出功率，轉速和頻率下降，調速器使發(fā)電機轉速和頻率上升，但受調速器本身的影響，轉速和頻率略低于負荷變化前的值外界負荷減小時，發(fā)電機輸入功率大于輸出

18、功率，轉速和頻率增加，調速器使發(fā)電機轉速和頻率下降，但略高于原來的值。因此，調速器的調節(jié)是一個有差調節(jié)的過程，功頻靜特性曲線近似為一條直線。1GPGNPGPf2fNf0GPf12用靜態(tài)調差系數來表示發(fā)電機的功頻靜特性。 f和 p是負相關的量，兩者的符號始終相反的。調差系數的倒數為發(fā)電機功頻靜特性系數，用kG表示kG可調節(jié)，負號表示f、PG變化方向相反kG的大小與機組類型、調速機構有關 25西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東發(fā)電機組的調頻原理機組裝有調速器負荷變化時，調速器能夠反映頻率f的變化一次調頻：由調速器自動調節(jié)負荷變化引起的頻率偏移二次調頻：由調頻器來調節(jié)其有功功率的輸出，使發(fā)電機組頻率靜特性曲線上下移動。西安交通大學高電壓技術教研室 劉軒東發(fā)電機組的頻率調節(jié)fPPG頻率特性P