第10無(wú)功與電壓

第十章電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡

與電壓調(diào)整電壓質(zhì)量供電電壓偏移電壓波動(dòng)閃變電網(wǎng)諧波三相不對(duì)稱程度（不平衡程度）主要內(nèi)容：

無(wú)功電源負(fù)荷-電壓機(jī)制電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡與補(bǔ)償電力系統(tǒng)中的電壓管理與調(diào)壓方法10-1無(wú)功電源負(fù)荷-電壓機(jī)制一、無(wú)功功率負(fù)荷－電壓機(jī)制

有功功率平衡是全系統(tǒng)的平衡，且全系統(tǒng)只有一個(gè)頻率；而無(wú)功功率平衡要滿足眾多的結(jié)點(diǎn)電壓的要求，除了對(duì)全系統(tǒng)需要平衡以外，地區(qū)系統(tǒng)也需要平衡。舉例說(shuō)明：對(duì)于高壓網(wǎng)，r<<x,dUP<<dUQ,故電網(wǎng)結(jié)點(diǎn)電壓的變動(dòng)主要由無(wú)功功率變動(dòng)所引起10－2電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡與補(bǔ)償一、電力系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷異步電動(dòng)機(jī)變壓器損耗----漏電抗與勵(lì)磁支路損耗輸電線路二、無(wú)功電源發(fā)電機(jī)（P-Q極限圖）發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的無(wú)功功率同步調(diào)相機(jī)---空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)

過(guò)勵(lì)磁時(shí)，向系統(tǒng)提供無(wú)功電源；欠勵(lì)磁時(shí)從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，但此時(shí)最大的容量為額定功率的50%~60%。過(guò)激運(yùn)行時(shí)向電網(wǎng)發(fā)出滯后的無(wú)功功率，欠激時(shí)從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功功率，成為無(wú)功功率用戶，有正常激磁、過(guò)激與欠激三種不同運(yùn)行狀態(tài)。同步調(diào)相機(jī)特點(diǎn)：能平滑調(diào)節(jié)無(wú)功容量；有功損耗較大；響應(yīng)速度較慢；成本高、維護(hù)困難。應(yīng)用：適用于大容量集中使用，如樞紐變電站。近來(lái)已被性能更優(yōu)異的靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）所取代。靜電電容器

補(bǔ)償容量：

QC=V2/XC

，XC=1/(2пfC)

靜電電容器特點(diǎn)：

當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，能給系統(tǒng)提供的無(wú)功容量減少，調(diào)節(jié)特性較差。容量可大可小，易于配置，配置時(shí)常采用若干電容器按一定方式聯(lián)結(jié)成組；投切時(shí)也是分組進(jìn)行。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且損耗小。

應(yīng)用：可集中使用，可分散使用，應(yīng)用廣泛靜止無(wú)功補(bǔ)償器靜止無(wú)功補(bǔ)償器（StaticVarCompensation，SVC）屬于靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的家族，是一種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。晶閘管控制的電抗器固定電容型（TCR－FC）晶閘管開(kāi)關(guān)電容器型（TSC）飽和電抗器（SR）型靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）---SR型方案1靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）---TCR-FC型方案2靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）方案3靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）的特點(diǎn)：

由靜電電容器與電抗器并聯(lián)而成，電容器可發(fā)出無(wú)功功率，電抗器可吸收無(wú)功功率，能平滑改變無(wú)功功率大小。調(diào)節(jié)性能好。無(wú)旋轉(zhuǎn)元件，易于維護(hù)。靜止無(wú)功發(fā)生器STATCOM高低壓自愈式電容器及成套裝置三、無(wú)功功率平衡1、無(wú)功平衡的基本要求：無(wú)功電源可能發(fā)出的無(wú)功功率應(yīng)大于或至少等于負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)中消耗的無(wú)功損耗之和。應(yīng)有一定的無(wú)功備用容量。QGC－QLD－QL＝Qres>02、無(wú)功補(bǔ)償及功率因數(shù)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t：分地區(qū)分電壓進(jìn)行無(wú)功平衡無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆诸悾杭醒a(bǔ)償、分散補(bǔ)償、就地補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涸黾屿o電電容器、靜止補(bǔ)償器、調(diào)相機(jī)等。全系統(tǒng)的無(wú)功平衡應(yīng)按：正常、最大、最小（水電廠的枯水期、豐水期）、甚至應(yīng)按某些設(shè)備檢修或故障運(yùn)行狀態(tài)校驗(yàn)。無(wú)功功率管理的具體措施包括：

（1）電力用戶的功率因數(shù)達(dá)到0.95以上；（2）分散安裝電容器，就地供無(wú)功功率。（3）在一次及二次變電所的低壓母線上安裝電容器，樞紐變電安裝調(diào)相機(jī)。在有無(wú)功沖擊負(fù)荷的變電所以及超高壓送電線末端宜安裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器；（4）對(duì)于水、火聯(lián)合電網(wǎng)，枯水期利用水電機(jī)組調(diào)相運(yùn)行，豐水期利用火電機(jī)組調(diào)相運(yùn)行，供出感性無(wú)功功率；（5）同步電動(dòng)機(jī)過(guò)激運(yùn)行，供出感性無(wú)功功率。功率因數(shù)：一般地，以35KV及以上直接供電的工業(yè)負(fù)荷要達(dá)到0.90，其他不低于0.85。功率因數(shù)與電價(jià)費(fèi)率：當(dāng)用戶端的功率因數(shù)低于規(guī)定的值時(shí)，電力部門(mén)要按國(guó)家規(guī)定增加對(duì)用戶的收費(fèi)，以示懲罰；反之，供電部門(mén)要減少收費(fèi)，以示鼓勵(lì)。（具體見(jiàn)費(fèi)率表）四、無(wú)功平衡與電壓水平的關(guān)系10-3電壓調(diào)整的基本概念

一、允許的電壓偏移35KV及以上供電電壓正、負(fù)偏移的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%。10KV及以下供電電壓不超過(guò)額定電壓的±7%。220V單相供電電壓不超過(guò)額定電壓的+7%、-10%。二、電壓管理和調(diào)壓方法分級(jí)管理。

發(fā)電廠和有調(diào)壓能力的變電所按調(diào)度所規(guī)定的電壓曲線調(diào)整無(wú)功功率和電壓。

地區(qū)調(diào)度所監(jiān)控地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的電壓、用戶電壓及其功率因數(shù)。實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率就地平衡。

中心調(diào)度所著重監(jiān)控主網(wǎng)的電壓水平。協(xié)調(diào)全網(wǎng)有廣泛影響的調(diào)壓措施，合理分配無(wú)功出力和調(diào)整無(wú)功潮流。

協(xié)調(diào)配合，統(tǒng)一調(diào)度與分散控制相結(jié)合三、電壓控制的目的（1）保持電網(wǎng)樞紐點(diǎn)電壓水平，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；（2）保持供電電壓的正常范圍，保證用戶的供電質(zhì)量；（3）減少網(wǎng)絡(luò)損耗；（4）在偶然事故下快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁，防止電力系統(tǒng)瓦解

四、中樞點(diǎn)電壓的管理1、中樞點(diǎn)（主要供電點(diǎn)）的概念區(qū)域性電廠的高壓母線樞紐變電站的二次母線有大量地區(qū)性負(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線2、中樞點(diǎn)允許電壓范圍的確定3、電壓調(diào)整方法：逆調(diào)壓---最大負(fù)荷時(shí)可保持中樞點(diǎn)電壓比線路額定電壓高5%，最小負(fù)荷時(shí)保持額定電壓。順調(diào)壓---大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5%，小負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓高一些，但不高于線路額定電壓的107.5%。常調(diào)壓---在任何負(fù)荷下，電壓大致保持不變，為線路額定電壓的2%~5%。三種電壓調(diào)節(jié)方式（1）逆調(diào)整——高峰負(fù)荷時(shí)升高中樞點(diǎn)母線電壓，低谷時(shí)降低中樞點(diǎn)母線電壓。適用于供電線路較長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)；（2）順調(diào)整——高峰負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)母線電壓略低，低谷時(shí)允許中樞點(diǎn)母線電壓略高。適用于供電線路不長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)不大的中樞點(diǎn)；（3）恒調(diào)整——中樞點(diǎn)母線電壓基本不變，適用于線路長(zhǎng)度、負(fù)荷變動(dòng)情況介于上述兩者之間的情況。五、電壓調(diào)整的基本原理10-4電壓調(diào)整的措施一、發(fā)電機(jī)調(diào)壓

它一般用于孤立系統(tǒng)及電壓變化較小的場(chǎng)所。大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)調(diào)壓只是一種輔助性的調(diào)壓措施。二、變壓器調(diào)壓1、降壓變壓器其中k=v1t/v2N為變壓器的變比,故有：

在大負(fù)荷、小負(fù)荷時(shí)變壓器損耗不同，致使變電站高壓母線上電壓不相同。平均電壓為：2、升壓變壓器V1t=V2N(V1+ΔVT)/V2V2為變壓器低壓側(cè)實(shí)際電壓或給定電壓，V1為高壓側(cè)所要求的電壓。方法同降壓變壓器。3、三繞組降壓變壓器

看成兩個(gè)雙繞組變壓器的并聯(lián)。在求得三繞組變壓器的功率分布以后，先從高壓繞組對(duì)低壓繞組入手，選擇高壓方抽頭以滿足低壓方電壓要求。然后固定高壓方抽頭，考慮高壓繞組對(duì)中壓繞組情況；選擇中壓方抽頭滿足中壓方的電壓要求。四.借改變變壓器變比調(diào)壓（1）對(duì)于雙繞組降壓變壓器i（1）對(duì)于雙繞組降壓變壓器i普通變壓器在運(yùn)行中不能倒換接頭，只有停運(yùn)時(shí)才能調(diào)整，因此，必須在投運(yùn)前選擇好合適的接頭以滿足各種負(fù)荷要求。為使最大、最小負(fù)荷兩種情況下變電所低壓母線實(shí)際電壓偏離要求的U‘imax，U’imin大體相等，分接頭電壓應(yīng)取UtImax，UtImin的平均值。根據(jù)UtI選擇一最接近的分接頭，再按選定的分接頭校驗(yàn)低壓母線上的實(shí)際電壓能否滿足要求。（2）對(duì)于雙繞組升壓變壓器g（2）對(duì)于雙繞組升壓變壓器g有載調(diào)壓器舉例：要求10KV、35KV母線逆調(diào)壓，即（5％，0％）試選擇抽頭。變壓器抽頭為在最大負(fù)荷情況下，各繞組電壓損耗計(jì)算如下：變壓器中點(diǎn)電壓中壓母線電壓低壓母線電壓在最小負(fù)荷情況下：在最大、最小負(fù)荷下，根據(jù)低壓側(cè)逆調(diào)壓（5％，0％）的要求選擇高壓方的抽頭：選標(biāo)準(zhǔn)抽頭110-2.5％，即為107.25KV選標(biāo)準(zhǔn)抽頭110+3*2.5％，即118.25KV固定高壓方抽頭，按中壓方逆調(diào)壓要求，選擇中壓方抽頭：選標(biāo)準(zhǔn)抽頭38.5-5％，即為36.57KV選標(biāo)準(zhǔn)抽頭38.5-5％，即為36.57KV還應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)抽頭，對(duì)中、低母線電壓進(jìn)行校核3、關(guān)于無(wú)載調(diào)壓與有載調(diào)壓

無(wú)載與有載調(diào)壓的區(qū)別在于能否斷電調(diào)壓。無(wú)載調(diào)壓范圍比有載調(diào)壓的范圍要小些。有載調(diào)壓能實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓。采用帶有附加調(diào)壓器的加壓調(diào)壓變壓器（上章）也能實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓。采用變壓器調(diào)壓時(shí)應(yīng)與系統(tǒng)無(wú)功功率綜合考慮，當(dāng)無(wú)功不足時(shí)，采用變壓器升壓并不合理。改變變壓器變比調(diào)壓先決條件

電網(wǎng)的無(wú)功電源容量充裕

對(duì)負(fù)荷變化不大的變電所可適當(dāng)選擇變壓器的分接頭進(jìn)行電壓調(diào)整。對(duì)于負(fù)荷變化較大的一次及二次變電所采用負(fù)荷調(diào)整分接頭的變壓器，其切換裝置在不能適應(yīng)頻繁操作要求時(shí)，應(yīng)限制動(dòng)作的次數(shù)。3、利用無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓V2/為折算至高壓側(cè)的變電站低壓側(cè)的母線電壓。變壓器變比選擇原則：在滿足調(diào)壓的前提下使無(wú)功補(bǔ)償容量最小。采用靜電電容器---最小負(fù)荷時(shí)全部退出，最大負(fù)荷時(shí)全部投入。步驟如下：

1）根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負(fù)荷時(shí)無(wú)補(bǔ)償時(shí)確定變壓器分接頭。

2）按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量。采用同步調(diào)相機(jī)舉例：Us保持116KV，Urc維持10.5KV。試確定負(fù)荷端應(yīng)裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量（a)電容器（b）同步調(diào)相機(jī)歸算到高壓側(cè)母線（a）采用靜電電容器最小負(fù)荷時(shí)，選用額定抽頭110KV最大負(fù)荷時(shí)，電容器容量的決定與校驗(yàn)：（b）采用同步補(bǔ)償機(jī)調(diào)壓選-2.5％分頭，即107.25KV選用Qc=5.0Mvar校驗(yàn)4、線路串聯(lián)電容調(diào)壓故有：串聯(lián)電容器組（共m*n個(gè)）有：mINC≥ICmaxnVNC≥ICmax*XCQC=3mnQNC=3mnVNCINC12-4調(diào)壓措施的應(yīng)用更復(fù)雜的系統(tǒng)

在進(jìn)行集中自動(dòng)控制時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：電力系統(tǒng)內(nèi)各重要樞紐點(diǎn)的電壓偏移應(yīng)在給定的允許范圍內(nèi)在被控制的系統(tǒng)內(nèi)線路功率損耗最小。調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在允許的范圍內(nèi)。例1：發(fā)電廠裝有兩臺(tái)容量為31.5MVA、額定變比為121/10.5kV的變壓器。由變壓器輸出的最大負(fù)荷為50+j40MVA、最小負(fù)荷為25+j15MVA。要求高壓母線電壓UH維持116kV恒定不變，且發(fā)電機(jī)母線須實(shí)行逆調(diào)壓(Umax為1.05UN，及Umin為1.0UN)以滿足地方負(fù)荷電壓的要求。并聯(lián)運(yùn)行變壓器歸算至高壓側(cè)的等值阻抗為1.47+j24.4Ω。試確定變壓器的變比。解：變壓器的電壓損耗（忽略