發(fā)電廠電氣設(shè)備及運(yùn)行第四章

1、第四章 電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：1、無功負(fù)荷和無功電源及無功功率平衡 2、電壓的調(diào)整 頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻頻率唯一集中調(diào)整只能調(diào)原動機(jī)功率調(diào)壓電壓水平各點(diǎn)不同調(diào)整分散手段多樣（有多種無功電源）由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。 分析無功功率和電壓分布之間的關(guān)系無功損耗 有功損耗;電壓降受無功功率的影響較大;無功功率的流動從UhUL第一節(jié) 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。 電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓

2、就會偏離額定值。 1無功功率負(fù)荷 一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗異步電動機(jī)圖6-1 異步電動機(jī)的簡化等值電路 jX電壓下降,轉(zhuǎn)差增大,定子電流增大. 圖6-2 異步電動機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系 受載系數(shù):實際負(fù)載和額定負(fù)載之比.在額定電壓附近，電動機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減2變壓器的無功損耗假定一臺變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓Uk%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。3輸電線路的無功損耗圖6-3 輸電線路的型等值電路 線路的無功總損耗為一般情況下，35kV及以下系統(tǒng)消

3、耗無功功率；110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器及靜止補(bǔ)償器，后三種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置。1. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可發(fā)出無功功率： 發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下運(yùn)行時可能發(fā)出的無功功率。圖6-4 發(fā)電機(jī)的P-Q極限 （1）當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，勵磁電流不再是限制條件，原動機(jī)的機(jī)械功率又成了限制條件。（3）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電

4、流和額定功率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)C）下運(yùn)行時視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的利用。2. 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。在過勵磁運(yùn)行時，它向系統(tǒng)供給感性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(yùn)行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50% 65%）)，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而調(diào)節(jié)性能較好。 靜電電容器可按三角形和星形接法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(diǎn)電壓的平方成正比，即 缺點(diǎn)：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝

5、設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。QC=U 2/XC3. 靜電電容器靜止補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。4. 靜止補(bǔ)償器三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。 Qres0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；Qres0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補(bǔ)償裝置。無功不足應(yīng)采取的措施電力

6、系統(tǒng)的無功功率平衡應(yīng)分別按正常運(yùn)行時的最大和最小負(fù)荷進(jìn)行計算。 經(jīng)過無功功率平衡計算發(fā)現(xiàn)無功功率不足時，可以采取的措施有： (1)要求各類用戶將負(fù)荷的自然功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。 (2)挖掘系統(tǒng)的無功潛力。例如將系統(tǒng)中暫時閑置的發(fā)電機(jī)改作調(diào)相機(jī)運(yùn)行；動員用戶的同步電動機(jī)過勵磁運(yùn)行等。 (3)根據(jù)無功平衡的需要，增添必要的無功補(bǔ)償容量，并按無功功率就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。小容量的、分散的無功補(bǔ)償可采用靜電容電器；大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無功補(bǔ)償則宜采用同步調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器。圖6-6 等值電路和相量圖 QGC=QLD+Q四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系 問題：在什么樣的電

7、壓水平下實現(xiàn)無功功率平衡？例:隱極機(jī)經(jīng)過一段線路向負(fù)荷供電 當(dāng)P為一定值時，得 應(yīng)該力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡。 圖6-7 無功平衡與電壓水平 例61異步電機(jī)無功發(fā)電機(jī)無功1 電壓偏移過大對電力系統(tǒng)本身以及用電設(shè)備的影響（1）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。（4）系統(tǒng)電壓崩潰電力系統(tǒng)一般規(guī)定一個電壓偏移的最大允許范圍，例如:35kV及以上供電電壓正負(fù)偏移的絕對值之和不超過10%;10kV及以下在7%以內(nèi)。 一、電壓調(diào)整的必要性第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整 圖6-8 沿線路各點(diǎn)電壓的變化 2造成電壓偏移的原因（1）設(shè)備及線路壓

8、降（2）負(fù)荷波動（3）運(yùn)行方式改變（4）無功不足或過剩 圖6-9 “電壓崩潰”現(xiàn)象 35kV及以上電壓供電負(fù)荷: 5%10kV及以下電壓供電負(fù)荷: 7%低壓照明負(fù)荷: +5%-10%農(nóng)村電網(wǎng): +7.5%-10%不可能控制所有的節(jié)點(diǎn)電壓，選定某些有代表性的節(jié)點(diǎn)中樞點(diǎn)3 我國規(guī)定的允許電壓偏移二、中樞點(diǎn)的電壓管理電壓中樞點(diǎn)：指那些能夠反映和控制整個系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(diǎn)（母線）。 1電壓中樞點(diǎn)的選擇（1）大型發(fā)電廠的高壓母線；（2）樞紐變電所的二次母線；（3）有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠母線。 一般可選擇下列母線作為電壓中樞點(diǎn)：圖6-10電力系統(tǒng)的電壓中樞點(diǎn) 例：中樞點(diǎn)中樞點(diǎn)2中樞點(diǎn)電壓和負(fù)荷電壓的關(guān)系

9、 圖6-11 負(fù)荷電壓與中樞點(diǎn)電壓 中樞點(diǎn)i的電壓滿足ViminVi Vimax3中樞點(diǎn)電壓調(diào)整的方式 中樞點(diǎn)電壓調(diào)整方式一般分為三類： 逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓。 (1)逆調(diào)壓最大負(fù)荷時升高電壓，但不超過線路額定電壓的105%，即1.05VN；最小負(fù)荷時降低電壓，但不低于線路的額定電壓，即1.0VN。最大負(fù)荷時降低電壓，但不低于線路額定電壓的2.5%，即1.025VN；最小負(fù)荷時升高電壓，但不超過線路額定電壓的7.5%，即1.075VN。(3) 常調(diào)壓電壓保持在較線路額定電壓高2%5%的數(shù)值，即(1.021.05)VN，不隨負(fù)荷變化來調(diào)整中樞點(diǎn)的電壓。 (2) 順調(diào)壓四、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整1電

10、壓調(diào)整的基本原理 圖6-13 電壓調(diào)整原理圖 （1）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁電流以改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓VG；（2）改變變壓器的變比k1、k2；（3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗V 變化；（4）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗 V。電壓調(diào)整的措施：2、改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓圖6-14 多級變壓供電系統(tǒng)的電壓損耗分布 根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)節(jié)勵磁電流來改變機(jī)端電壓。適合于由孤立發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)。在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)調(diào)壓一般只作為一種輔助性的調(diào)壓措施。15%35%改變變壓器的變比調(diào)壓實際上就是根據(jù)調(diào)壓要求適當(dāng)選擇分接頭。3、變壓器分接頭的選擇（1）降壓變壓器分接頭的選擇

11、圖6-18 降壓變壓器k =V1t/V2N 根據(jù)V1t.av值可選擇一個與它最接近的分接頭。然后根據(jù)所選取的分接頭校驗最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時低壓母線上的實際電壓是否滿足要求。最大運(yùn)方平均最小運(yùn)方例6-2k =V1t/V2N 圖6-19 升壓變壓器 （2）升壓變壓器分接頭的選擇選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基本相同。 例63例64有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)荷的條件下切換分接頭而且調(diào)節(jié)范圍也比較大，一般在15%以上。目前我國暫定，110kV級的調(diào)壓變壓器有7個分接頭，即VN32.5%；220kV級的有9個分接頭即VN42.0%。采用有載調(diào)壓變壓器時，可以根據(jù)最大負(fù)荷算得的V1tmax值和最小負(fù)荷算得的V1tmin 分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小次級電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢。 （3）、有載調(diào)壓變壓器例65第四節(jié) 無功功率補(bǔ)償調(diào)壓 供電點(diǎn)電壓V1和負(fù)荷功率+jQ已給定，線路電容和變壓器的勵磁功率略去不計。且不計電壓降落的橫分量。 圖6-21 簡單電力網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償一、利用并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓補(bǔ)償前補(bǔ)償后如果補(bǔ)償前后V1保持不變，則有 歸算到高壓側(cè)的變電所低壓側(cè)電壓由上式可解得 忽略第二項由此可見:補(bǔ)償容量與調(diào)壓要求和降壓變壓器的變比選擇均有關(guān)。變比k的選擇原