第二章 電力系統(tǒng)電壓偏差

1、電壓偏差的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電壓偏差超標(biāo)的危害電力系統(tǒng)電壓調(diào)整電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償無(wú)功和電壓管理一、電壓偏差的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB12325-1990 GB12325-2003 GB12325-2008 適用范圍：交流50Hz電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，供電電壓對(duì)額定電壓的偏差。 不適用于瞬態(tài)和非正常運(yùn)行情況。 供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。 供電系統(tǒng)正常運(yùn)行方式是指系統(tǒng)中所有電氣元件均按預(yù)定工礦運(yùn)行。 電壓的均方根值偏離額定值的現(xiàn)象稱(chēng)為電壓變動(dòng)，電壓偏差屬于電壓變動(dòng)范圍。 1、35kV及以上 正負(fù)偏差之和 10 2、10kV及以下 3、

2、220V單相 710 4、對(duì)供電短路容量較小，供電距離較長(zhǎng)以及對(duì)供電電壓有有特殊要求的用戶(hù)，由供用電雙方共同確定。（2008版）%7國(guó)別電壓允許偏差范圍（）照明用電動(dòng)力用電農(nóng)村用電事故后運(yùn)行方式美國(guó) 5 10各類(lèi)擴(kuò)大5前蘇聯(lián)5；-2.510；-5 5日本 6（ 10） 109；7德國(guó) 3 5 10英國(guó) 612；0加拿大10；-310；-310；-3 101、前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)是指用電設(shè)備處電壓允許偏差2、日本中央電力委員會(huì)規(guī)定：101V的允許偏差為6V，202V的允許偏差為 20V一些國(guó)家和組織對(duì)于供電電壓允許偏差的規(guī)定國(guó)別或組織電壓允許偏差國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）100V35kV為10國(guó)際發(fā)供電聯(lián)

3、盟（UNIPEDE） 低壓供電網(wǎng)為10法國(guó)電力局（EDF）中壓電網(wǎng)為7；低壓電網(wǎng)電纜供電為5；架空線(xiàn)路供電為7.5；其他為10意大利10荷蘭10瑞典無(wú)全國(guó)規(guī)定，一般為5，最大值為10瑞士無(wú)全國(guó)規(guī)定，一般為5以下奧地利無(wú)全國(guó)規(guī)定，一般為10，芬蘭無(wú)全國(guó)規(guī)定，通常城市為5，其他為10國(guó)別或組織電壓允許偏差丹麥無(wú)全國(guó)規(guī)定，實(shí)際白天10，夜間為5挪威無(wú)全國(guó)規(guī)定，通常城市為5，其他為10前南斯拉夫規(guī)定10，爭(zhēng)取達(dá)到5波蘭城市為5，其他為10捷克無(wú)全國(guó)規(guī)定，通常為5羅馬尼亞通常為5，偏僻地區(qū)大于5匈牙利5；-10希臘無(wú)全國(guó)規(guī)定，通常為7.5 系統(tǒng)無(wú)功功率不平衡是系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱(chēng)值的根本原因。 概念：無(wú)功功

4、率不平衡、無(wú)功功率過(guò)剩（不足） 特點(diǎn)：就地補(bǔ)償 不是就變電站補(bǔ)償，也不是就變壓器補(bǔ)償 討論：為何無(wú)功功率要就地補(bǔ)償？2UQXPRU 總得來(lái)說(shuō)，主要分為以下兩種： 對(duì)電氣設(shè)備的危害用電設(shè)備是按照設(shè)備的額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的，當(dāng)電壓偏離額定電壓較大時(shí)，用電設(shè)備的運(yùn)行性能就會(huì)惡化，不僅運(yùn)行效率低，很可能會(huì)由于過(guò)電壓或過(guò)電流而損壞。 對(duì)電網(wǎng)的危害 ：穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性3.1對(duì)照明設(shè)備的影響 照明常用的白熾燈、熒光燈，其發(fā)光效率、光通量和使用壽命均與電壓有關(guān)。當(dāng)電壓較額定電壓降低5時(shí)，白熾燈的光通量減少18；當(dāng)電壓降低10時(shí)，光通量減少30，使照度顯著降低；當(dāng)電壓較額定電壓升高5時(shí)，白熾燈的壽命減少30；

5、當(dāng)電壓升高10時(shí)，壽命減少一半。3.2 對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的影響1、轉(zhuǎn)矩)(2212221211211maxXcXRRfpUmcT)()(22211221221XcXRcRfRpUmTst例如，異步電動(dòng)機(jī)端電壓從額定電壓降至額定電壓的90，則其最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將分別降至額定轉(zhuǎn)矩的81，2、滑差和轉(zhuǎn)速12242maxUUTUKbKKbKss242222maxTUUTKKbbKKbbss例如，當(dāng)機(jī)端電壓比額定電壓降低10時(shí)，對(duì)b2，SN2的電動(dòng)機(jī)，即Ku0.9，KT1，得：s2.6，滑差增大0.6，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和功率減小了0.63、有功損耗與電機(jī)的負(fù)荷率有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷率比較高時(shí)，機(jī)端電壓下降引起電流增大，

6、在定子繞組和轉(zhuǎn)子中的損耗增大，電機(jī)總的損耗增大，反之降低。4、無(wú)功損耗異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功電壓特性在機(jī)端電壓大于某一臨界值時(shí)，無(wú)功功率也將隨電壓的升高而增大，電壓越高，負(fù)荷率越低，其變化率越大，但電壓低于臨界值時(shí)，電壓降低反而會(huì)使無(wú)功增加，原因是電機(jī)漏抗上的無(wú)功損耗占了主要部分。)(2122XXIXUQm勵(lì)磁無(wú)功損耗定子和轉(zhuǎn)子繞組漏抗上的無(wú)功損耗電壓升高，轉(zhuǎn)差減小，電流下降5、電流 電壓下降時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子電流增大。3.3 對(duì)電力變壓器的影響對(duì)空載損耗的影響對(duì)繞組損耗的影響對(duì)絕緣的影響變壓器空載損耗包括鐵心損耗和附加損耗，鐵心損耗又稱(chēng)為空載損耗，與鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，一般只占額定容量的千分之幾。

7、3.3 對(duì)電力變壓器的影響對(duì)空載損耗的影響對(duì)繞組損耗的影響對(duì)絕緣的影響在傳輸同樣功率的條件下，變壓器電壓降低，會(huì)使變壓器繞組電流增大，繞組的損耗增大，損耗大小與通過(guò)變壓器的電流的平方成正比。其損耗是空載損耗的幾幾十倍，不能忽視。3.3 對(duì)電力變壓器的影響對(duì)空載損耗的影響對(duì)繞組損耗的影響對(duì)絕緣的影響變壓器內(nèi)絕緣主要有變壓器油和絕緣紙。變壓器油分為熱老化和電老化。變壓器溫度升高會(huì)產(chǎn)生熱老化，電壓升高會(huì)加快電老化。絕緣的環(huán)境溫度越高、繞組中的電流越大，溫升越大，會(huì)使絕緣紙干燥發(fā)脆，機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)生破壞。3.4 對(duì)電力電容器的影響CCXUQ25 . 8)(NNUULL若一般使用年限為20年，長(zhǎng)期運(yùn)行在1.

8、1倍額定電壓下，使用壽命將減少到44.48，即僅為89年。3.5 對(duì)家用電器的影響 家用電器中85為單相異步電動(dòng)機(jī)，其工作原理類(lèi)似于三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓過(guò)低會(huì)影響電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電壓過(guò)高會(huì)使絕緣損壞或由于勵(lì)磁過(guò)大而過(guò)電流。3.6 對(duì)功角穩(wěn)定的影響同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定于作用在其軸上的轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)矩變化時(shí)轉(zhuǎn)速也將相應(yīng)的發(fā)生變化。正常運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)的功率與發(fā)電機(jī)的輸出功率是平衡的，因此發(fā)電機(jī)以恒定的同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行。但是，這種功率平衡是相對(duì)的、暫時(shí)的。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的負(fù)荷隨時(shí)都在變化，有時(shí)還有偶然事故的產(chǎn)生，所以平衡狀態(tài)不斷被打破。sinXEUP0ddPXEUPM當(dāng)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定的情況下，提高系統(tǒng)電壓及發(fā)

9、電機(jī)電動(dòng)勢(shì)就能大大提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限例如，將E、U較額定值升高10，則靜態(tài)極限要比運(yùn)行在額定電壓時(shí)提高20簡(jiǎn)單輸電系統(tǒng)無(wú)功功率與電壓的關(guān)系sincosIXUE兩邊乘以U：XUEUQ)cos(當(dāng)Q0時(shí)，在系統(tǒng)母線(xiàn)上將得到來(lái)自發(fā)電機(jī)的無(wú)功，反之發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)吸收無(wú)功，進(jìn)相運(yùn)行。若E降低時(shí)，系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限降低，對(duì)電網(wǎng)不利，因此限值發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行或高功率因數(shù)運(yùn)行。3.7 對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響 我國(guó)2001年新發(fā)布的DL7552001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則中將電壓穩(wěn)定定義為：電力系統(tǒng)受到小的或大的擾動(dòng)后，系統(tǒng)電壓能保持或恢復(fù)到容許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力。IEEE電壓穩(wěn)定小組1990年的報(bào)告認(rèn)為

10、：如果電力系統(tǒng)能夠維持電壓以確保負(fù)荷增大時(shí)，負(fù)荷消耗的功率隨著增大，就稱(chēng)系統(tǒng)是穩(wěn)定的；反之是電壓不穩(wěn)定的。 所謂電壓崩潰，是指由于電壓不穩(wěn)定所導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)大面積、大幅度的電壓下降的過(guò)程。（其衰落時(shí)可能幾秒，也可能長(zhǎng)達(dá)1020min） 電壓安全性：不僅是指一個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力；也指在出現(xiàn)任何適當(dāng)而又可信的預(yù)想事故或有害的系統(tǒng)變更后，系統(tǒng)維持電壓穩(wěn)定的能力。 電壓衰落期間，系統(tǒng)和用戶(hù)中多種自動(dòng)、手動(dòng)的控制裝置或手段都會(huì)起作用。包括發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的保護(hù)裝置、電廠(chǎng)運(yùn)行人員的控制、系統(tǒng)運(yùn)行人員的控制、配電有載調(diào)壓變壓器、控制電壓的并聯(lián)電容器組、恒溫控制負(fù)荷和手動(dòng)控制負(fù)荷。在擾動(dòng)之后，這些控制交互作用于

11、電壓、使得這個(gè)期間成為所謂的慢動(dòng)態(tài)期間。3.7對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響輸電線(xiàn)路和變壓器在輸送功率不變的條件下，流過(guò)電流大小與電網(wǎng)運(yùn)行電壓成反比。電網(wǎng)低電壓運(yùn)行時(shí)，會(huì)使線(xiàn)路和變壓器電流增大，線(xiàn)路和變壓器繞組的有功損耗與電流平方成正比，因此低電壓運(yùn)行會(huì)使有功和無(wú)功損耗大大增加，從而增大了供電成本。 電力系統(tǒng)電壓水平控制既有局域性又有全局性，即與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)有關(guān)，又與運(yùn)行控制密不可分，保證電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓在正常水平的充分必要條件是：具備充足的無(wú)功功率電源、且分布合理、同時(shí)采取必要的調(diào)壓手段。 負(fù)荷接入點(diǎn)電壓： 式中 ：歸算到高壓側(cè)線(xiàn)路電壓損失 ：高壓側(cè)線(xiàn)路標(biāo)稱(chēng)值21211)(1)(kUQXPRkUkU

12、kUUNssLUNU改變線(xiàn)路無(wú)功分布改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流改變變壓器變比改善輸電線(xiàn)路參數(shù) 增加1kW有功設(shè)備，同時(shí)應(yīng)增加0.550.65kVar無(wú)功電源（合理情況下為1：1.8）。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t：分區(qū)、分層、分變電所進(jìn)行不錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的就地平衡，并留有足夠的備用容量。 1、同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中唯一的有功電源，也是唯一的電壓資源，同時(shí)也是最基本的無(wú)功電源。 2、同步調(diào)相機(jī)、同步電動(dòng)機(jī) 3、補(bǔ)償電容器電容器這種正反饋電壓調(diào)節(jié)特性不利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。 4、電抗器 5、SVC、SVG 各無(wú)功電源的比較有功損耗對(duì)無(wú)功影響優(yōu)缺點(diǎn)同步發(fā)電機(jī)基本為零可發(fā)，少量吸無(wú)需額外投資，最

13、經(jīng)濟(jì)同步調(diào)相機(jī)同步電動(dòng)機(jī)23可發(fā)有功損耗大，基本不用電容器0.30.5可發(fā)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、投資省，但調(diào)節(jié)不連續(xù)，電抗器0.30.5可吸主要用于高電壓、長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路（充電電容）SVC1.61.8可發(fā)、可吸產(chǎn)生諧波、可靠性差；動(dòng)態(tài)性能好、調(diào)壓平滑、分相補(bǔ)償4.1.1 同步發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的外特性同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大系統(tǒng)并聯(lián)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)整的結(jié)果只是改變了發(fā)電機(jī)送入系統(tǒng)的無(wú)功功率，而完全沒(méi)有了“調(diào)壓”作用。 同步發(fā)電機(jī)之間無(wú)功負(fù)荷分配 并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間的無(wú)功負(fù)荷分配，取決于機(jī)組的外特性曲線(xiàn)。曲線(xiàn)越平坦的機(jī)組，無(wú)功電流的增量就越大。 微機(jī)型自并勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 1、三相全控整流電路晶閘管

14、、移相范圍、功率因素、各次諧波含量。 2、微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的構(gòu)成：前向通道、后向通道、相互通道、人機(jī)接口。4.1.2TSC和TCR工作原理 TCR：晶閘管相控電抗器 TSC:晶閘管投切電容器 兩者電路基本相同，都是由兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)電抗器（電容器）構(gòu)成。都屬于交交變流電路范疇，交交變流電路分為交流調(diào)壓電路，交流調(diào)功電路。TCR屬于交流調(diào)壓電路，而TSC屬于交流調(diào)功電路。單相交流調(diào)壓電路純感性負(fù)載時(shí)諧波分析晶閘管相控式電抗器主要問(wèn)題 功率因素低：若忽略電阻影響，其功率因素變化范圍是：0.707, 0.904； 產(chǎn)生3、5、7等奇次諧波電流。解決辦法：采用斬控式斬控式交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路星

15、型連接（三相四線(xiàn)）星型連接（三相三線(xiàn)） 任意一相導(dǎo)通必須和另一相構(gòu)成回路，因此電流通路中至少有2個(gè)晶閘管。 觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣。 觸發(fā)角的移相范圍0, 150支路控制三角形連接交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路諧波分析交流電力電子開(kāi)關(guān)TSC：晶閘管投切電容器組TSC的可控硅在運(yùn)行的第一周期觸發(fā)角隨意，以后就輪流在90度時(shí)觸發(fā)，形成完整的交流電流；當(dāng)不再觸發(fā)脈沖時(shí)，可控硅停止導(dǎo)通，TSC就關(guān)閉了，殘存在電容上的端電壓恰好是供電交流電壓的峰值，而無(wú)法迅速放電。所以在TSC運(yùn)行的前幾個(gè)周期， 晶閘管承受的電壓最大值為2倍的母線(xiàn)電壓峰值。 用TSC是無(wú)法進(jìn)行平穩(wěn)調(diào)壓的，所以一般都并聯(lián)一個(gè)同容

16、量的TCR，用TCR均勻地調(diào)整容性無(wú)功電流，以達(dá)到平穩(wěn)調(diào)壓的目的。開(kāi)始投入TSC1的同時(shí)，也投入TCR，的電流置于最大，總的無(wú)功電流為零。 一般TSC上串接的可控硅數(shù)目為T(mén)CR的兩倍 在系統(tǒng)中選擇一些關(guān)鍵性的母線(xiàn)作為電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，若能降電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓偏差控制在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)中其它點(diǎn)的電壓及負(fù)荷電壓就能基本滿(mǎn)足要求。這些電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)稱(chēng)為電壓中樞點(diǎn)。對(duì)電力系統(tǒng)電壓偏差的監(jiān)視與調(diào)整就是監(jiān)視與調(diào)整系統(tǒng)的電壓中樞點(diǎn)電壓，電壓中樞點(diǎn)一般選擇系統(tǒng)內(nèi)裝機(jī)容量較大的發(fā)電廠(chǎng)高壓母線(xiàn)，容量較大的變電站低壓母線(xiàn)，有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)母線(xiàn)。 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的方式有3種，逆調(diào)壓、順調(diào)壓和恒調(diào)壓 逆調(diào)壓：在系統(tǒng)負(fù)荷大時(shí)

17、，適當(dāng)提高電壓中樞點(diǎn)電壓，適用于出線(xiàn)線(xiàn)路較長(zhǎng)，負(fù)荷變化規(guī)律大致相同且負(fù)荷波動(dòng)較大的中樞點(diǎn)。 順調(diào)壓：在負(fù)荷較大（小）時(shí)，允許電壓中樞點(diǎn)電壓稍偏低（高）點(diǎn)。適用于出線(xiàn)線(xiàn)路不長(zhǎng)，負(fù)荷變化不大的中樞點(diǎn)。 常調(diào)壓：不管負(fù)荷如何變動(dòng)，中樞點(diǎn)的電壓保持不變（102105）。使用范圍介于逆調(diào)壓和順調(diào)壓之間。 發(fā)電機(jī)調(diào)壓 改變變壓器變比（從理論上有缺陷） 前提：是系統(tǒng)的無(wú)功功率充足，這種方式只是改變了電力系統(tǒng)無(wú)功功率分布。 改變線(xiàn)路參數(shù)調(diào)壓 采用分裂導(dǎo)線(xiàn)：可以顯著降低線(xiàn)路電抗采用串聯(lián)補(bǔ)償（在750kV有應(yīng)用） 串聯(lián)電容器補(bǔ)償 在超高壓輸電線(xiàn)路中，串聯(lián)電容器補(bǔ)償線(xiàn)路電抗的主要目的是提高線(xiàn)路的輸電能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定

18、性，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家得到普遍采用。電機(jī)的自激（大容量異步電機(jī)、同步電機(jī)）變壓器的鐵磁諧振（變壓器）低于工頻的次同步振蕩SSR（發(fā)電機(jī)）各種調(diào)壓方法的比較和應(yīng)用 發(fā)電機(jī)調(diào)壓：首先被考慮，缺點(diǎn)：此方法只能滿(mǎn)足電廠(chǎng)地區(qū)負(fù)荷的調(diào)壓要求，對(duì)于通過(guò)多級(jí)電壓輸電的負(fù)荷無(wú)法滿(mǎn)足要求。 在系統(tǒng)無(wú)功功率不足時(shí)，首先增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，而不能依靠調(diào)變壓器分接頭的方法 在無(wú)功功率充足的系統(tǒng)中，應(yīng)大力推廣采用有載調(diào)壓變壓器 在我國(guó)電網(wǎng)有條件地、逐步地推廣和普及有載調(diào)壓變壓器，是保證電網(wǎng)電壓質(zhì)量的重要手段。4.3 無(wú)功電壓的自動(dòng)控制 從功能上分為3個(gè)不通的等級(jí)，即一次、二次和三次控制，有時(shí)也分別稱(chēng)為局部的、區(qū)域的和整個(gè)

19、系統(tǒng)的（國(guó)家）控制。 一次控制 二次控制 三次控制當(dāng)由于負(fù)荷的波動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兒团既皇鹿试斐傻目焖匐S機(jī)電壓變化時(shí)，先由交流發(fā)電機(jī)本身的一次電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分的吸收；在發(fā)生高振幅電壓波動(dòng)時(shí)，變壓器上的帶負(fù)荷抽頭切換裝置開(kāi)始工作，并聯(lián)電容器自動(dòng)投切。特點(diǎn)：分散、自動(dòng)、目的是維持節(jié)點(diǎn)電壓在一定范圍無(wú)功電壓的自動(dòng)控制 從功能上分為3個(gè)不通的等級(jí)，即一次、二次和三次控制，有時(shí)也分別稱(chēng)為局部的、區(qū)域的和整個(gè)系統(tǒng)的（國(guó)家）控制。 一次控制 二次控制 三次控制控制節(jié)點(diǎn)上的電壓波動(dòng)代表整個(gè)控制區(qū)域內(nèi)的電壓波動(dòng)，調(diào)整控制節(jié)點(diǎn)電壓的過(guò)程稱(chēng)為二次電壓控制。其任務(wù)是協(xié)調(diào)、控制一個(gè)地區(qū)的無(wú)功電源，使其作用達(dá)到最優(yōu)化。響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)35min。無(wú)功電壓的自動(dòng)控制 從功能上分為3個(gè)不通的等級(jí)，即一次、二次和三次控制