電力系統(tǒng)教案

1、教學內(nèi)容：了解電力系統(tǒng)無功功率和電壓之間的關系、無功功率平衡和備用容量要求的必要性、各種無功電源及其特點。了解電壓管理和電壓調(diào)整的必要性。熟練掌握電力系統(tǒng)無功補償和電壓調(diào)整措施的原理、特點和計算方法。了解無功功率最優(yōu)分布的基本原理和方法。教學重點：電力系統(tǒng)無功功率平衡；電力系統(tǒng)無功功率最優(yōu)分布；電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整。教學難點：無功功率電源的最優(yōu)分布與無功負荷最優(yōu)補償；電壓調(diào)整計算。教學方法：課堂教學為主，充分利用網(wǎng)絡課程中的多媒體素材來表示抽象概念。教學要求：掌握無功功率調(diào)整計算6.1電力系統(tǒng)中無功功率的平衡6.1.1無功功率負荷和無功功率損耗異步電動機；變壓器；電力線路6.1.2無功功率電源1

2、.同步發(fā)電機（是系統(tǒng)中唯一的有功電源，也是無功電源之一）：在發(fā)電機運行極限圖中，c點是額定運行點，有功最大只能是PGN，無功最大可大于QGN ；2.同步調(diào)相機：相當于空載運行的同步電動機，其在過勵磁運行時，它可向系統(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；在欠勵磁運行時，它能從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負荷的作用。3.靜電電容器：，其中U是節(jié)點電壓；為容抗。當節(jié)點電壓U下降時，則QC也下降，將導致無功進一步不平衡（即系統(tǒng)發(fā)出的無功進一步減?。?，致使節(jié)點電壓也進一步下降。說明電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。4.靜止無功補償器(SVC)：由電容器與電抗器并聯(lián)組成，可以靈活地調(diào)節(jié)發(fā)出或

3、吸收無功的大小。5.線路中的等效并聯(lián)電納：提供的無功與電壓平方成正比。6.1.2無功功率平衡無功功率電源發(fā)出的無功功率應與系統(tǒng)的無功負荷及網(wǎng)絡中的無功損耗相平衡，即其中為無功電源的總?cè)萘浚豢偀o功負荷；網(wǎng)絡無功損耗（主要是線路和變壓器）。復習：（1）對純電感元件，即消耗無功，由此推導出感性阻抗都消耗無功；（2）對純電容元件，即提供無功，由此推導出容性阻抗都提供無功。6.2電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整6.2.1調(diào)整電壓的必要性電力系統(tǒng)的電壓和頻率一樣也需要經(jīng)常調(diào)整。由于電壓偏移過大時，會影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設備，甚至引起系統(tǒng)性的“電壓崩潰“，造成大面積停電。l 系統(tǒng)電壓降低時，發(fā)電機的定子電

4、流將因其功率角的增大而增大。如這時電流源已達額定值，則電壓降低后，將使其超過額定值。l 當系統(tǒng)電壓降低時，各類負荷中占比重最大的異步電動機的轉(zhuǎn)差率增大，從而，電動機各繞組中的電流將增大，溫升將增加，效率將降低，壽命將縮短。l 照明負荷，尤其是白熾燈，對電壓變化的反應最靈敏。電壓過高，白熾燈的壽命將大為縮短；電壓過低，亮度和發(fā)光效率又要大幅下降。l 系統(tǒng)電壓過高將使所有電氣設備絕緣受損，而且變壓器、電動機鐵芯會飽和，鐵芯損耗增大，溫升將增加，壽命將縮短。6.2.2電壓波動和電壓管理1電壓波動l 電壓波動分為兩類：l 周期長、波動面大、主要由生產(chǎn)、生活和氣象條件變化引起的負荷變動所導致的電壓變動。

5、l 沖擊性和間歇性負荷引起的電壓波動。如往復式泵、電弧爐、卷揚機、通風設備等。電壓閃變、電壓跌落等。l 習慣上所謂的電壓調(diào)整是針對第一類的，對第二類可采取專門措施。2電壓管理2 電壓管理（1） 電壓中樞點的選擇電力系統(tǒng)調(diào)整電壓的目的，是要在各種運行方式下，能維持各用電設備的端電壓在規(guī)定的波動范圍內(nèi)，從而保證電力系統(tǒng)運行的電能質(zhì)量和經(jīng)濟性。由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，用電設備數(shù)量極大，因此電力系統(tǒng)運行部門對網(wǎng)絡各母線電壓及各用電設備的端電壓進行監(jiān)視和調(diào)整是不可能的，而且也沒有必要。在電力系統(tǒng)中常常選擇一些有代表性的點作為電壓中樞點，運行人員監(jiān)視中樞點電壓，將中樞點電壓控制調(diào)整在允許的電壓偏移范圍內(nèi)。只

6、要這些中樞點的電壓質(zhì)量滿足要求，其他各點的電壓質(zhì)量基本上滿足要求。所謂電壓中樞點系指那些能反映和控制整個系統(tǒng)電壓水平的點。一般選擇下列母線作為中樞點：(1)大型發(fā)電廠的高壓母線(高壓母線上有多回出線時)；(2)樞紐變電所的二次母線；(3)有大量地方性負荷的發(fā)電廠母線。下圖所示發(fā)電廠低壓母線I和末端變電所二次母線可作為中樞點。（2）中樞點電壓和負荷電壓的關系為對中樞點電壓進行控制和調(diào)整，必須首先確定中樞點電壓的允許波動范圍。一般各負荷點都允許有一定的電壓偏移，例如，負荷點允許電壓偏移為5，再計及由負荷點到中樞點的線路上的電壓損耗，便可確定中樞點電壓的波動范圍。這就是常說的電壓的不等約束條件。對一

7、個實際運行的系統(tǒng)，網(wǎng)絡參數(shù)和負荷曲線已知后，要確定中樞點的電壓波動范圍，如下圖 所示由一個中樞點i向兩個負荷j、k供電的簡單網(wǎng)絡。設j、k兩負荷允許電壓偏移都為5，如圖4-12 (b) 所示；負荷j、k的簡化日負荷曲線如圖4-12 (c) (d) 所示；設由于這兩個負荷功率的流通，線路i-j、i-k上的電壓損耗分別如圖4-12 (e) 、(f)所示。求中樞點電壓的波動范圍。即編制中樞點電壓變化曲線。根據(jù)負荷對電壓的要求，可求出中樞點電壓的波動范圍。只滿足j負荷時，中樞點電壓應維持的電壓為：08時 ；824時 。只滿足k負荷時，中樞點電壓應維持的電壓為：016時 ；1624時 。根據(jù)這些要求可作

8、出中樞點i電壓的變動范圍如圖4-13所示。將圖4-13 (a) 、(b) 合并，就可得同時滿足負荷j、k要求的中樞點i的電壓允許變動范圍，如圖4-14 (a) 中的陰影部分。可見，同時滿足j、k兩點電壓要求時，中樞點電壓的變動范圍為：0-8時 ；8-16時 ；16-24時 。由以上可知，雖然負荷j、k允許的電壓偏移都是5，即都有10的允許變化范圍，但由于中樞點i與這些負荷之間線路上電壓損耗、的大小和變化規(guī)律都不相同，要同時滿足這兩個負荷對電壓質(zhì)量的要求，中樞點電壓的允許變化范圍大大縮小了，最小時僅有1。若同時考慮兩個負荷，兩個負荷對中樞點電壓的允許波動范圍沒有相交的陰影部分，則中樞點不能同時滿

9、足兩個負荷對電壓的要求。例如，設8-24時，增大為0.12，則816時，從曲線上找不到公共的陰影部分，中樞點i的電壓就難以同時滿足負荷j、k對電壓質(zhì)量的要求，如圖4-14 (b) 所示。一旦出現(xiàn)這種情況，僅靠控制中樞點電壓已不足以控制所有負荷點的電壓，則應考慮采取其他措施。（2） 中樞點的調(diào)壓方式當在實際運行的電力系統(tǒng)中，由于缺乏必要的數(shù)據(jù)而無法確定中樞點的電壓控制范圍時，可根據(jù)中樞點所管轄的電力系統(tǒng)中負荷分布的遠近及負荷波動的程度，對中樞點的電壓調(diào)整方式提出原則性要求，以確定一個大致的電壓波動范圍。這種電壓調(diào)整方式一般分為逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓三類。(1)逆調(diào)壓。對于大型網(wǎng)絡，如中樞點至負荷

10、點的供電線較長，且負荷變動較大，則在最大負荷時要提高中樞點的電壓，以抵償線路上因最大負荷而增大的電壓損耗；在最小負荷時則要將中樞點電壓降低一些，以防止負荷點的電壓過高，一般對這種情況的中樞點實行“逆調(diào)壓”。采用逆調(diào)壓方式的中樞點電壓，在最大負荷時較線路的額定電壓高5，即1.05；在最小負荷時等于線路的額定電壓，即1.0。(2)順調(diào)壓。對于小型網(wǎng)絡，如中樞點至負荷點的供電線路不長，負荷大小變動不大，線路上的電壓損耗也很小，在這種情況下，可對中樞點采用“順調(diào)壓”。采用順調(diào)壓方式的中樞點電壓，在最大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的+2.5，即1.025；在最小負荷時允許中樞點電壓高

11、一些，但不高于線路額定電壓的+7.5，即1.075。(3)常調(diào)壓。對于中型網(wǎng)絡，如負荷變動較小，線路上電壓損耗也較小，這種情況只要把中樞點電壓保持在較線路電壓高25%的數(shù)值，即1.02-1.05，不必隨負荷變化來調(diào)整中樞點的電壓，仍可保證負荷點的電壓質(zhì)量，這種方式稱為“常調(diào)壓”。以上都是指系統(tǒng)正常運行時的調(diào)壓方式，當系統(tǒng)發(fā)生事故時，因電壓損耗比正常時大，故電壓質(zhì)量允許降低一些。如前所述，事故時負荷點的電壓偏移允許較正常時再增大5。6.2.3借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓現(xiàn)代大中型同步發(fā)電機大都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置，發(fā)電機端電壓調(diào)整就是借助于發(fā)電機的自動勵磁調(diào)節(jié)器，改變勵磁機電壓而實現(xiàn)的。改變發(fā)電機轉(zhuǎn)子

12、電流，就可以改變發(fā)電機定子的端電壓?，F(xiàn)在用于同步發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)裝置種類很多，但原理是相同的。如圖所示，發(fā)電機的自動勵磁調(diào)節(jié)器由量測濾波、綜合放大、移相觸發(fā)、晶閘管輸出及轉(zhuǎn)子電壓軟負反饋等環(huán)節(jié)組成。當發(fā)電機端電壓變化時，測量單元測得的信號與給定電壓相比較，得到的電壓偏差信號經(jīng)放大后，又作用于移相觸發(fā)單元，產(chǎn)生不同相位的觸發(fā)脈沖，進而改變晶閘管元件的導通角，使調(diào)節(jié)器輸出發(fā)生變化，勵磁機電壓隨之變化，從而達到調(diào)節(jié)發(fā)電機端電壓的目的。這種調(diào)壓方法，不需增加額外的設備，因此是最經(jīng)濟合理的調(diào)壓措施，應優(yōu)先考慮。但對線路較長且是多電壓級網(wǎng)絡，并有地方負荷的情況下，單靠發(fā)電機調(diào)壓就不能滿足負荷點的電壓要求。

13、下圖所示為一多電壓級網(wǎng)絡，各級網(wǎng)絡的額定電壓及最大、最小負荷時的電壓損耗均標于圖中。最大負荷時，從發(fā)電機至線路末端的總電壓損耗為35，最小負荷時，總電壓損耗為15，兩者相差20，而對發(fā)電機來說，考慮機端負荷的要求及供電至地方負荷線路上的電壓損耗，其電壓調(diào)整范圍為0-5，因此，僅靠發(fā)電機機端調(diào)壓不能滿足遠方負荷的電壓要求，還應采用其他調(diào)壓方法。6.2.4借改變變壓器變比調(diào)壓普通雙繞組變壓器的高壓繞組和三繞組變壓器的高、中壓繞組都留有幾個抽頭供調(diào)壓選擇使用。一般容量為6300kVA及以下的變壓器有三個抽頭，分別為1.05、095處引出，調(diào)壓范圍為5，其為高壓側(cè)額定電壓，在處引出的抽頭被稱為主抽頭。

14、容量為8000kVA及以上的變壓器有五個抽頭，分別為1.05、1.025、0.975、0.95處引出，調(diào)壓范圍為225。如上圖，為一降壓變壓器，最大負荷時：高壓側(cè)母線電壓； 歸算到高壓側(cè)的變壓器中的電壓損耗；低壓側(cè)的額定電壓； 低壓側(cè)要求的實際電壓；應選擇的高壓側(cè)分接頭電壓；Uimax-歸算到高壓側(cè)的低壓母線電壓最大負荷下：最小負荷下：如果變壓器為無載調(diào)壓變壓器，（分接頭不能在線調(diào)節(jié)）根據(jù)選定一個最接近的分接頭后，再按選定的分接頭校驗母線實際電壓是否滿足要求。其返回校驗過程為：（1） 求低壓母線電壓最大負荷時： 最小負荷時： （2） 求電壓偏移百分數(shù)最大負荷時： 最小負荷時：將上述結(jié)果與調(diào)壓要

15、求相比較，如果電壓偏移均在要求范圍內(nèi)，即說明所選分接頭合適。6.3電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整6.3.1補償設備容量的計算和分別為補償前和補償后低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的低壓母線電壓（忽略電壓降的橫分量）補償前： 補償后：設Ui不變，則上兩式相等可得： 忽略第二項6.3.2最小補償設備容量的確定實際上補償設備容量的計算一般和變壓器變比配合進行。設為變電所低壓側(cè)要保持的電壓，變壓器變比為k=UtJ/UNj ， （1） 選用電容器按最大負荷時全部投入，最小負荷時全部退出的運行條件考慮。即按選定變壓器分接頭后，再按選擇電容器容量。最后按選擇的電容器容量進行校驗。（2） 選調(diào)相機最大負荷時，過激運行發(fā)出額定容量的無功，最