第5章 電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調整

第5章電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調整本章提示5.1電壓調整的必要性5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡5.3電力系統(tǒng)的電壓管理5.4電壓調整的措施小結編輯ppt本章提示調壓的意義及電壓的允許波動范圍；電力系統(tǒng)的無功功率平衡及無功補償裝置的作用；電壓中樞點的概念及中樞點的調壓方式；調壓的措施。編輯ppt5.1電壓調整的必要性5.1.1電壓偏移對用電設備的影響5.1.2用戶允許電壓偏移值編輯ppt5.1電壓調整的必要性

電壓是衡量電能質量的又一重要指標。

電力系統(tǒng)中的用電設備都是按照標準的額定電壓設計制造的，因此用電設備工作在額定電壓下各項性能指標發(fā)揮得最好。編輯ppt5.1.1電壓偏移對用電設備的影響

白熾燈：電壓變動的敏感性較大。

圖5.1白熾燈特性曲線

圖5.2異步電動機的電壓特性

異步電動機：電壓過低，電流顯著增大，繞組溫度升高加速絕緣老化，至可能燒毀電動機。電壓超過額定電壓過多，對絕緣不利。電子設備：電壓高降低管子壽命，電壓偏低，工作點不穩(wěn)

定，失真嚴重。編輯ppt5.1.2用戶允許電壓偏移值

一般規(guī)定節(jié)點電壓偏移不超過電力網額定電壓。220KV用戶：-10％～＋5％；10KV及以下電壓供電的用戶：；35KV及以上電壓供電的用戶：0～10％。事故狀況下，允許在上述數值根底上再增加5％，但正偏移最大不能超過+10％。編輯ppt5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡5.2.1無功功率電源5.2.2無功負荷及無功損耗5.2.3無功功率平衡編輯ppt5.2.1無功功率電源1、同步發(fā)電機

發(fā)電機運行在額定狀態(tài)下〔B點〕其容量可得到充分的利用。當系統(tǒng)中有功功率備用充足時，可使靠近負荷中心的發(fā)電機降低有功功率，多發(fā)無功功率，以提高系統(tǒng)運行的電壓水平。唯一的有功功率電源，同時也是最根本的無功功率電源。編輯ppt

過勵磁運行：它向系統(tǒng)供給感性無功，起無功電源的作用，過勵磁運行時的容量是調相機的容量；欠勵磁運行：它從系統(tǒng)吸取感性無功，起無功負荷作用，欠勵磁運行時的容量為過勵磁運行時容量的50％～65％。

同步調相機是旋轉機械，運行維護不方便。調相機的投資費用與其容量有關。2、同步調相機

同步調相機相當于空載運行的同步電動機，也就是只能發(fā)

無功功率的發(fā)電機。

編輯ppt3、靜電電容器使用時將電容器連接成假設干組，按需要成組投入或切除其單位容量的投資費用較小，運行時有功功率損耗也較小，約為額定容量的0.3％～0.5％。當節(jié)點電壓下降時，它向系統(tǒng)供給的無功功率也將下降。U1P+jQjQcPD+jQDU并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給感性無功功率。編輯ppt4、靜止補償器

靜止補償器的全稱為靜止無功補償器〔SVC)常用的有:晶閘管控制電抗器型〔TCR型〕、晶閘管開關電容器型〔TSC〕和飽和電抗器型〔SR型〕。電壓變化時，靜止補償器能快速地、平滑地調節(jié)無功功率，以滿足動態(tài)無功補償的需要。它由靜止元件組成，運行維護方便，并且有功損耗較小〔低于1％〕。靜止補償器由電容器組與可調電抗器組成，既可向系統(tǒng)供給無功功率，也可以從系統(tǒng)吸取無功功率。編輯ppt5.2.2無功負荷及無功損耗1、無功負荷各種用電設備中，除白熾燈照明負荷只消耗有功功率，少數的同步電動機可發(fā)出一局部無功功率外，大多數都要消耗無功功率。異步電動機在電力系統(tǒng)無功負荷中占的比重很大，因此，電力系統(tǒng)綜合負荷的無功電壓靜態(tài)特性主要取決于異步電動機的特性。

圖5.5異步電動機的Q—U關系編輯ppt2、無功損耗輸電線路的無功損耗變壓器的無功損耗編輯ppt5.2.3無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功平衡表示式為

其中：系統(tǒng)中應保持一定的無功功率備用。無功功率備用容量一般可取最大無功功率負荷的5%～8%。——為系統(tǒng)中所有無功補償裝置發(fā)出的無功功率;

——為系統(tǒng)中所有負荷需要的無功功率;

——為網絡元件中的無功損耗?！獮橄到y(tǒng)中所有發(fā)電機發(fā)出的無功功率，編輯ppt例5.1求圖5.6所示簡單系統(tǒng)的無功功率平衡。圖中所示負荷為最大負荷值。

線路參數：變壓器試驗數據：圖5.6例5.1的附圖

編輯ppt編輯ppt在滿足有功平衡的前提下，發(fā)電機按額定功率因數0.85運行時可發(fā)的無功功率為與所需無功功率比較:缺33.587-26.182=7.405Mvar,可在負荷端設置7.405的無功補償電源這時負荷端功率因數由0.8提高到0.87。無功平衡：編輯ppt5.3電力系統(tǒng)的電壓管理5.3.1電壓中樞點的概念5.3.2電樞點的電壓偏移5.3.3中樞點電壓的調整方式5.3.4電壓調整的根本原理編輯ppt5.3.1電壓中樞點的概念系統(tǒng)中的負荷點通過主要的供電點供電，因此只要控制這些母線的電壓偏移在允許范圍內，各負荷點的電壓可根本上滿足要求。這些主要的供電點稱為電壓中樞點。電壓中樞點包括：〔1〕水、火電廠的高壓母線；〔2〕樞紐變電所的二次母線；〔3〕有大量地方負荷的發(fā)電機機壓母線。編輯ppt5.3.2中樞點的電壓偏移中樞點電壓曲線的編制:編輯ppt編輯ppt5.3.3中樞點電壓的調整方式

逆調壓：在最大負荷時提高中樞點電壓，但不高于額定電壓的105%，最小負荷時降低中樞點電壓，但不低于額定電壓。

適用于供電線路較長、負荷波動較大的中樞點。

順調壓：在最大負荷時允許中樞點電壓降低，但不低于額定電壓的102.5%，在最小負荷時，允許中樞點電壓升高，但不高于額定電壓的107.5%。順調壓方式適用于供電線路不長，負荷波動不大的變電所。常調壓〔恒調壓〕：任何負荷下，中樞點電壓保持根本不變，一般比網絡額定電壓高2%--5%。編輯ppt5.3.4電壓調整的根本原理調壓方法：改變發(fā)電壓端電壓；改變變壓器的變比；改變功率分布，主要是改變無功功率的分布；改變電力網絡的參數。編輯ppt5.4電壓調整的措施5.4.1改變發(fā)電機端電壓調壓5.4.2改變變壓器變比調壓5.4.3改變電力網無功功率分布調壓5.4.4改變電力網的參數調壓編輯ppt5.4.1改變發(fā)電機端電壓調壓利用發(fā)電機的自動調節(jié)勵磁裝置，調節(jié)勵磁電流，改變發(fā)電機電勢或端電壓，也稱為改變發(fā)電機勵磁調壓。適用于孤立運行電廠不經升壓直接供電的小型系統(tǒng)。簡單、經濟，且不需增加額外設備。編輯ppt5.4.2改變變壓器變比調壓改變變壓器的變比就是通過改變繞組間匝數比來實現的這種調壓措施也常叫利用變壓器分接頭調壓。分接頭設置在雙繞組變壓器的高壓繞組，三繞組變壓器的高壓繞組和中壓繞組。繞組額定電壓值對應的分接頭為主分接頭，其它分接頭

為附加分接頭。編輯ppt普通變壓器一般有兩個或四個附加的分接頭35±5%/6.3KV變壓器：主分接頭電壓為35KV，附加分接頭電壓分別為35〔1+5%〕=36.5KV35〔1-5%〕=33.25KV；121±2×5%/10.5kv變壓器：主分接頭電壓為121KV，附加分接頭電壓分別為121〔1+5%〕=127.05KV121〔1+2.5%〕=124.025KV，121〔1-2.5%〕=117.95KV，121〔1-5%〕=114.95KV。編輯ppt雙繞組降壓變壓器

變壓器阻抗歸算至高壓側，由變壓器變比的定義可得式中：

——變壓器高壓繞組分接頭電壓；

——變壓器高壓母線的實際電壓；

——變壓器阻抗中歸算到高壓側的電壓損耗；

——按調壓要求變壓器低壓繞組電壓；

——變壓器低壓繞組額定電壓。編輯ppt雙繞組降壓變壓器變比的選擇(見算例)

選擇校驗最大運行方式最小運行方式算術平均值編輯ppt雙繞組升壓變壓器變比的選擇〔見算例〕變比確定和降壓變壓器方法一致要求發(fā)電機端電壓均取額定電壓，按發(fā)電機允許的電壓偏移進行校驗。如果在發(fā)電機電壓母線上有地方負荷，發(fā)電機一般可采用逆調壓方式調壓。編輯ppt三繞組變壓器變比的選擇〔見算例〕三繞組變壓器高壓繞組、中壓繞組分接頭確實定按雙繞組變壓器的方法分兩步進行。首先：根據低壓母線的調壓要求，在高-低壓繞組之間進行計算，選取高壓繞組的分接頭電壓

；其次：根據中壓母線的調壓要求及選取的高壓繞組分接頭電壓

，在高-中壓繞組之間進行計算，選取中壓繞組的分接頭電壓

。確定的變比為

編輯ppt有載調壓變壓器〔帶負荷調壓變壓器〕有載調壓器可按式〔5.11〕或式〔5.14〕計算各種運行方式下變壓器的分接頭電壓。有載情況下更換分接頭，且分接頭個數較多。電壓為110KV及以下的有載調壓器，有7個分接頭電壓為220KV的有載調壓器有9個分接頭如有特殊需要，制造廠可提供更多數量分接頭編輯ppt5.4.3改變電力網無功功率分布調壓圖中，阻抗為歸算到高壓側的線路和變壓器總阻抗，忽略線路電納和變壓器的空載損耗。圖5.11電力網的無功補償變電所未裝并聯(lián)補償前，電力網首端電壓為變電所裝有容量為

的并聯(lián)補償裝置后，電力網首端電壓為假設不變，那么編輯ppt上式中等號右側第二局部較小,可略去,于是：圖5.11電力網的無功補償經過補償后變電所低壓側要求保持的實際電壓為,那么說明：高壓側電壓用大寫符號,低壓側電壓用小寫符號,補償后的參數在下標加字母〞c〞.編輯ppt1、裝設并聯(lián)電容器〔見算例〕首先：按最小負荷時沒有補償，并根據調壓要求計算變壓器分接頭電壓，選取標準分接頭，確定變比其次：按最大負荷時的調壓要求及選定的變比，計算所需的補償容量最后：根據變比和選定的并聯(lián)電容器容量，校驗實際的電壓變化。編輯ppt首先：確定變壓器的變比K最大負荷時，最大負荷時按額定容量過勵磁運行最小負荷時，按額定容量的50~60%欠勵磁運行解出K，接K值確定最接近的分接頭電壓，確定實際變比其次：確定調相機的容量將變比K代入式〔5.20〕或〔5.21〕根據產品目錄選出與此容量相近的調相機。最后：接所選容量校驗實際的電壓變化2、裝設同步調相機〔見算例〕編輯ppt5.4.4改變電力網的參數調壓改變電力網的參數，即減小線路的電阻或電抗，從而減少線路上的電壓損耗以提高末端電壓到達調壓的目的。減小電阻是通過增加線路導線截面積來實現；減小電抗是在線路上串聯(lián)電容器以容抗補償線路感抗。編輯ppt小結電壓是衡量電能質量的另