穩(wěn)態(tài)課件-第六章 電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整

第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整2主要內(nèi)容調(diào)壓必要性和目標(biāo)電壓與無功功率的關(guān)系電力系統(tǒng)無功功率的平衡電壓調(diào)整的措施3調(diào)壓必要性和目標(biāo)必要性所有的用電設(shè)備都是按運(yùn)行在額定電壓時(shí)效率為最高設(shè)計(jì)的，偏離額定電壓必然導(dǎo)致效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差；電壓降低將使發(fā)電機(jī)定子電流增大，引起定子繞組過熱損壞；由于系統(tǒng)無功短缺，電壓水平低下，某些樞紐變電所母線電壓在微小擾動(dòng)下頃刻間大幅下降，引起電壓崩潰，這是嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解的災(zāi)難性事故。4電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電廠和變電站母線電壓允許偏差值發(fā)電廠和變電站500kV及以上母線以及發(fā)電廠和500kV變電站的220kV母線正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%～+10%；事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的-5%～+10%。220kV公用變電站的220kV母線以及發(fā)電廠和變電站的110kV～35kV母線正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的-3%～+7%；事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的±10%。帶地區(qū)供電負(fù)荷的變電站和發(fā)電廠（直屬）的10kV母線正常運(yùn)行方式下的電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%～+7%。5電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)用戶受端供電電壓允許偏差值35kV及以上用戶供電電壓正、負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10％。10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7％。220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的-10%～+7%。6調(diào)壓必要性和目標(biāo)電力系統(tǒng)調(diào)壓的目的是保證系統(tǒng)中各負(fù)荷點(diǎn)的電壓在允許的偏移范圍內(nèi)。？用什么來調(diào)壓，怎么調(diào)壓7無功功率和電壓的關(guān)系一個(gè)是控制變量，一個(gè)是狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)電壓有效值的大小對(duì)無功功率分布起決定作用無功功率對(duì)電壓水平有決定性影響8節(jié)點(diǎn)電壓有效值的大小對(duì)無功功率分布起決定作用超高壓線路9無功功率對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓有效值起決定性影響超高壓線路10無功功率對(duì)電壓水平有決定性影響電力系統(tǒng)當(dāng)中，各種用電設(shè)備吸收的無功功率與所加電壓有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無功功率缺額，系統(tǒng)所接的各負(fù)荷的電壓將下降，減少其向系統(tǒng)吸收的無功功率，才能獲得無功功率的平衡。電壓的控制也就是無功控制11電力系統(tǒng)無功功率的平衡無功功率負(fù)荷未經(jīng)補(bǔ)償?shù)木C合負(fù)荷的自然功率因數(shù)為0.6~0.9，以滯后功率因數(shù)運(yùn)行，低值對(duì)應(yīng)與異步電動(dòng)機(jī)比例較高的負(fù)荷，高值對(duì)應(yīng)于采用大容量同步電動(dòng)機(jī)的場合。負(fù)荷的無功功率的峰值與有功功率的不一定同時(shí)出現(xiàn)，其峰值出現(xiàn)在工業(yè)負(fù)荷最大的時(shí)刻，一般在白天。12無功功率負(fù)荷異步電動(dòng)機(jī)在無功負(fù)荷中占的比重很大。系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定。

靜態(tài)無功功率電壓特性具有正的調(diào)節(jié)效應(yīng)13無功功率損耗變壓器的無功功率勵(lì)磁支路的功率損耗：其百分值基本上等于空載電流I0的百分值，約為1%-2%。繞組漏抗中的功率損耗：在變壓器滿載時(shí)，基本上等于短路電壓Uk的百分值，約為10%。14無功功率損耗線路上的無功功率損耗并聯(lián)電納的無功功率損耗（充電功率），與線路電壓的平方成正比，為容性；串聯(lián)電抗的無功功率，與負(fù)荷電流的平方成正比，為感性；輸送的有功功率（<，>）自然功率。15無功功率電源發(fā)電機(jī)：基本的無功功率電源，可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來改變發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率，增加勵(lì)磁電流，可以增加無功功率的輸出；反之，減少無功功率輸出。調(diào)相機(jī)：相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁運(yùn)行，提供感性無功；欠磁運(yùn)行，吸取感性無功。16無功功率電源并聯(lián)電容器：只能向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率。特點(diǎn)有：電容器所供應(yīng)的感性無功與其端電壓的平方成正比，電容器分組投切，非連續(xù)可調(diào)。靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī)：分別與電容器和調(diào)相機(jī)相對(duì)應(yīng)而又同屬“靈活交流輸電系統(tǒng)”范疇的兩種無功功率電源。

17無功功率電源并聯(lián)電抗器：就感性無功功率而言，并聯(lián)電抗器顯然不是電源而是負(fù)荷，但在某些電力系統(tǒng)中的確裝有這種設(shè)備，用以吸取輕載或空載線路過剩的感性無功功率。而對(duì)高壓遠(yuǎn)距離輸電線路而言，它還有提高輸送能力，降低過電壓等作用。18無功功率電源電源的無功特性19無功功率的平衡無功功率的平衡：電源提供的無功功率=發(fā)電機(jī)+補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償設(shè)備=調(diào)相機(jī)C1+并聯(lián)電容器C2+靜止補(bǔ)償器C3

：負(fù)荷消耗的無功功率：無功功率的損耗=變壓器+線路電抗+線路電納20無功功率的平衡為了控制電壓在允許的范圍內(nèi)，必須保證有充足的無功電源，在全網(wǎng)平衡的基礎(chǔ)上，留有備用的容量。電力系統(tǒng)的無功容量是有功容量的1.5~1.7倍。無功功率平衡的原則就地平衡分層平衡21要求無功電源要充足無功電源的配置要合理采用一定的調(diào)節(jié)措施便可實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整的目標(biāo)224.電壓調(diào)整的措施中樞點(diǎn)電壓管理（電壓控制的策略）電壓中樞點(diǎn)：指某些可反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所的母線。

系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可以通過監(jiān)視、調(diào)整電壓中樞點(diǎn)的電壓而實(shí)現(xiàn)。因很多負(fù)荷都由這些中樞點(diǎn)供電，如能控制住這些點(diǎn)的電壓偏移，也就控制住了系統(tǒng)中大部分負(fù)荷的電壓偏移。

23中樞點(diǎn)電壓管理中樞點(diǎn)電壓調(diào)整：尋求滿足中樞點(diǎn)周圍各點(diǎn)負(fù)荷電壓質(zhì)量的公共部分。中樞點(diǎn)電壓調(diào)整的確定：根據(jù)各負(fù)荷的日負(fù)荷曲線和對(duì)電壓質(zhì)量的要求，進(jìn)行一系列潮流計(jì)算及電壓控制方式等分析研究，才能最后確定這些中樞點(diǎn)的允許電壓偏移上下限曲線。24中樞點(diǎn)電壓管理中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式：逆調(diào)壓

高峰負(fù)荷，升高中樞點(diǎn)電壓5%，為1.05UN低谷負(fù)荷，中樞點(diǎn)電壓為額定值，為UN

適用于由該中樞點(diǎn)供電線路較長、負(fù)荷變化范圍較大等場合。25中樞點(diǎn)電壓管理中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式：順調(diào)壓

高峰負(fù)荷，中樞點(diǎn)電壓不低于1.025UN或某值；低谷負(fù)荷，中樞點(diǎn)電壓不高于1.075UN或某值；適用于用戶對(duì)電壓要求不高或線路較短、負(fù)荷變化不大等場合。26中樞點(diǎn)電壓管理中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式：常調(diào)壓

高峰、低谷負(fù)荷，要求在任何負(fù)荷時(shí)中樞點(diǎn)電壓基本保持不變且略大于UN，例如1.025UN或1.02~1.05UN間的某一值。27電壓調(diào)整的基本原理28電壓調(diào)整的基本原理調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓適當(dāng)選擇變壓器的變比改變線路參數(shù)無功功率補(bǔ)償

29電壓調(diào)整的措施應(yīng)用發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)電壓發(fā)電機(jī)端電壓有由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置控制，可根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來改變端電壓；發(fā)電機(jī)端電壓的調(diào)節(jié)受發(fā)電機(jī)無功功率極限的限制，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的無功功率達(dá)到其上限或下限時(shí)，發(fā)電機(jī)就不能繼續(xù)進(jìn)行調(diào)壓；由發(fā)電機(jī)直接供電的小系統(tǒng)，有可能只依靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓滿足各用戶的電壓要求。對(duì)于大系統(tǒng)，尤其是線路很長且多級(jí)電壓的電力網(wǎng)，單靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓就無法滿足系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓要求，必須與其他調(diào)壓方法相配合輔助性30改變變壓器變比調(diào)壓變壓器分為兩種：普通變壓器：分接頭開關(guān)無消弧能力，只能在停電時(shí)切換，必須事先選擇一個(gè)合適的分接頭；有載調(diào)壓變壓器：具有調(diào)壓繞組的有載調(diào)壓變壓器：能夠帶負(fù)載調(diào)節(jié)分接頭，可隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)節(jié)變壓器分接頭以滿足調(diào)壓要求；帶附加調(diào)壓器的加壓調(diào)壓變壓器。31改變變壓器變比調(diào)壓普通變壓器宜選±2×2.5%10kV配變?yōu)椤?%；有載調(diào)壓變壓器63kV及以上宜選±8×1.25～1.5%35kV宜選±3×2.5%32降壓變壓器（分接頭的選擇）33降壓變壓器（分接頭的選擇）最大負(fù)荷時(shí)高壓繞組分接頭電壓為：最小負(fù)荷時(shí)高壓繞組分接頭電壓為：普通變壓器最大、最小負(fù)荷下只能選用同一個(gè)分接頭：34例1.降壓變壓器如圖所示，最大負(fù)荷時(shí)高壓側(cè)電壓為110kV，最小負(fù)荷時(shí)為115kV。要求低壓母線上電壓不超過6～6.6kV的范圍，試選擇分接頭。

ZT=2.44+j40ΩU131.5MVA110±2×2.5%/6.6kVU235解：由分接頭范圍±2×2.5%可知為一普通變壓器1）首先求一次側(cè)的功率

2）根據(jù)一次側(cè)的電壓和功率求電壓損耗363）計(jì)算分接頭電壓，取最大負(fù)荷時(shí)的

U2max=6.0kV，最小負(fù)荷時(shí)的U2min=6.6kV則選最接近的分接頭為

110+2.5%×110=112.75（kV）374）校驗(yàn)實(shí)際電壓

符合低壓母線的要求

6～6.6

kV

38升壓變壓器（分接頭的選擇）39升壓變壓器（分接頭的選擇）最大負(fù)荷時(shí)高壓繞組分接頭電壓為：最小負(fù)荷時(shí)高壓繞組分接頭電壓為：普通變壓器最大、最小負(fù)荷下只能選用同一個(gè)分接頭：40三繞組變壓器分接頭選定：高壓繞組分接頭中壓繞組分接頭步驟：根據(jù)電壓母線的要求選定高壓繞組分接頭由選定高壓繞組分接頭和中壓母線的要求選定中壓繞組分接頭41作業(yè)1試選擇電壓為110±2×2.5%/11kV、容量為20MVA的降壓變壓器的分接頭，使變壓器低壓母線電壓偏移不超過額定電壓的2.5%~7.5%。已知變電所電壓母線的最大負(fù)荷為18MW、cosφ=0.8，最小負(fù)荷時(shí)為7MW、cosφ=0.7，已知變電所高壓母線維持107.5kV恒定，變壓器的短路電壓為10.5%，短路損耗為163kW。42并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓合理配置無功功率補(bǔ)償設(shè)備的目的：改變電力網(wǎng)的無功潮流分布減少網(wǎng)絡(luò)中有功功率損耗和電壓損耗改善用戶處的電壓質(zhì)量應(yīng)用無功功率補(bǔ)償設(shè)備調(diào)節(jié)電壓的主要方式：靜電電容器同步調(diào)相機(jī)靜止補(bǔ)償器43補(bǔ)償設(shè)備容量的計(jì)算設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備Ui保持不變44補(bǔ)償設(shè)備容量的計(jì)算簡化45（1）選用電容器變壓器的分接頭應(yīng)按最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出運(yùn)行的條件考慮。選定后，將其代入，再按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求確定應(yīng)設(shè)置的電容器容量?？沙浞掷秒娙萜鞯娜萘?，使在滿足調(diào)壓要求前提下，使用的電容器最少。46（1）選用電容器47（1）選用電容器—方程組算法最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出運(yùn)行。最大負(fù)荷時(shí)電容器全部投入運(yùn)行。48（2）選用調(diào)相機(jī)設(shè)調(diào)相機(jī)欠激運(yùn)行時(shí)的容量為過激運(yùn)行時(shí)的容量的二分之一；在最大負(fù)荷時(shí)按過激容量運(yùn)行；在最小負(fù)荷時(shí)按欠激容量運(yùn)行；求出變比后選擇分接頭，按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求就可確定應(yīng)選用的調(diào)相機(jī)容量。49（2）選用調(diào)相機(jī)50（2）選用調(diào)相機(jī)—方程組解法在最大負(fù)荷時(shí)按過激容量運(yùn)行；在最小負(fù)荷時(shí)按欠激容量運(yùn)行；51例3.發(fā)電機(jī)維持端電壓UG=10.5kV不變，T1變比k1已選定，現(xiàn)用戶要求實(shí)現(xiàn)恒調(diào)壓，使U2=10.5kV。L-jQC~T1T2GD10.5/121kVk2

:110+j120Ω-jQC52解：（1）求功率分布53（2）求電壓分布54（3）確定T2的變比（采用電容器進(jìn)行補(bǔ)償）選最接近的分接頭為110+2×2.5%，其對(duì)應(yīng)的變比為110×（1+2×2.5%）/11=10.5

（4）求電容器的補(bǔ)償容量

取QC=11Mvar

55（5）電壓校驗(yàn)最大負(fù)荷時(shí)，有最小負(fù)荷時(shí)，有基本符合要求56（6）確定T2的變比（采用同步調(diào)相機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償）設(shè)α=0.65，有規(guī)格化，取最近的分接頭為110+2.5%，其變比為110×1.025/11=10.25。57（7）求同步調(diào)相機(jī)的補(bǔ)償容量

查手冊選TT-66-11型同步調(diào)相機(jī)，容量為QN=6Mvar。58（8）校驗(yàn)電壓最大負(fù)荷時(shí)

最小負(fù)荷時(shí)59（9）若選擇同步調(diào)相機(jī)的容量為15MVar

最大負(fù)荷時(shí)

最小負(fù)荷時(shí)60串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓：在主電路中以減少線路電抗，從而提高線路末端電壓為目的。61串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓補(bǔ)償補(bǔ)償度62電容器串并聯(lián)個(gè)數(shù)的選擇對(duì)于額定電壓為UNC、額定容量為QNC的電容器，有

m≥Imax/INC

n≥Imax

XC/UNC注意：m、n

應(yīng)取偏大的整數(shù)。校驗(yàn)實(shí)際的補(bǔ)償容量n個(gè)m串63串聯(lián)電容器組裝設(shè)地點(diǎn)的選擇使負(fù)荷點(diǎn)電壓在允許范圍內(nèi)；沿輸電線電壓盡可能均勻；故障時(shí)流過電容器的短路電流限制。64各種調(diào)壓方法的特點(diǎn)發(fā)電機(jī)調(diào)壓簡單靈活，無需投資，應(yīng)充分利用輔助調(diào)壓手段65各種調(diào)壓方法的特點(diǎn)變壓器調(diào)壓利用改變節(jié)點(diǎn)電壓的高低來改變無功功率的流向和分布不能發(fā)出或吸收無功功率，只能做細(xì)微調(diào)節(jié)，