第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整

1、第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整第六章第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整v第一節(jié) 電力系統(tǒng)中無功功率的平衡v第二節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓管理v第三節(jié) 電力系統(tǒng)的幾種調(diào)壓措施v第四節(jié) 電力線路導線截面的選擇第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整第一節(jié) 電力系統(tǒng)中無功功率的平衡一、無功功率負荷和無功功率損耗1、無功功率負荷 無功功率負荷是以滯后功率因數(shù)運行的用電設(shè)備（主要是異步電動機）所吸收的無功功率。一般綜合負荷的功率因數(shù)為0.6-0.9。2、電力系統(tǒng)的無功損耗 （1）變壓器的無功損耗 變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即勵磁支路損耗和繞組漏抗中損耗。其中

2、勵磁支路損耗的百分值基本上等于空載電流的百分值，約為1一2；繞組漏抗中損耗,在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓UK的百分值，約為10。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整（2）電力線路的無功損耗 電力線路的無功損耗也分兩部分，即并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗中的無功功率損耗。并聯(lián)電納中的無功損耗又稱充電損耗，與電力線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯(lián)電抗中的無功功率與負荷電流的平方成正比，呈感性。線路不長，長度不超過100km，電壓等級為220kv電力線路，線路將消耗感性無功功率；線路較長，其長度為300km左右，對220kv電力線路，線路基本上既不消耗感性無功功率也不消耗容性無功功率，呈電阻性；線路大

3、于300km，線路為電容性的。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整二、無功功率電源 電力系統(tǒng)的無功功率電源包括同步發(fā)電機、調(diào)相機、并聯(lián)電容器和靜止補償器等。 1、同步發(fā)電機調(diào)整發(fā)電機勵磁電流，可以調(diào)整調(diào)整發(fā)電機勵磁電流，可以調(diào)整發(fā)電機無功出力；發(fā)電機無功出力；發(fā)電機無功功率發(fā)電機無功功率 調(diào)整范圍為：調(diào)整范圍為：max.min.GGGQQQ第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整2、調(diào)相機 過激運行過激運行發(fā)電機輸出感性無功發(fā)電機輸出感性無功功率，為功率，為無功電源無功電源；欠激運行欠激運行發(fā)電發(fā)電機吸收感性無功功率，為機吸收感性無功功率，為無功負荷無功負荷。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡

4、和電壓調(diào)整3、并聯(lián)電容器 吸收容性無功，輸出感性無功。吸收容性無功，輸出感性無功。cCxUQ2第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整4、靜止補償器 靜止補償器由靜止補償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯(lián)組成。并聯(lián)組成。電容器電容器可發(fā)出可發(fā)出無功功率，無功功率，電抗器電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當?shù)牡恼{(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。(a)(a)可控電抗器型；可控電抗器型；(b)(b)可控硅投切電容器型可控硅投切電容器型；(c)(c)自飽和電抗器型；自飽和電

5、抗器型；第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整三、無功功率的平衡 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荷所需的無源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。 0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用； 0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補償裝置。resQresQCGGCBLLTLresLLDGCQQQQQQQQQQQ第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整第二節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓管理一、中樞點電壓管理 電力系統(tǒng)進行調(diào)壓得目的，就是要采

6、取各種措施，使用戶處的電壓偏移保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。但由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，負荷較多，如對每個用電設(shè)備電壓都進行監(jiān)視和調(diào)整，不僅不經(jīng)濟而且無必要。因此，電力系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可通過監(jiān)視、調(diào)整電壓中樞點電壓來實現(xiàn)。 電壓中樞點是指某些可以反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所母線。因為很多負荷都由這些中樞點供電，如能控制住住這些電的電壓偏移，也就控制住了系統(tǒng)中大部分負荷的電壓偏移。于是，電力系統(tǒng)電壓調(diào)整問題也就轉(zhuǎn)變?yōu)楸ＷC各中樞點的電壓偏移不超出給定范圍的問題。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整1、電壓中樞點的選擇電壓中樞點的選擇在：v區(qū)域性水、火電廠的高壓母線v樞紐變電所二次母線v有大量

7、地方負荷的發(fā)電廠母線v城市直降變電所二次母線2、中樞點的調(diào)壓方式中樞點的調(diào)壓方式分為逆調(diào)壓、順調(diào)壓和恒調(diào)壓三類。v逆調(diào)壓：在大負荷時升高電壓，小負荷時降低電壓的調(diào)壓方式。一般采用逆調(diào)壓方式，在最大負荷時可保持中樞點電壓比線路額定電壓高5，在最小負荷時保持為線路額定電壓。供電線路較長、負荷變動較大的中樞點往往要求采用這種調(diào)壓方式。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整v順調(diào)壓：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102.5；小負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5的調(diào)壓模式。對于某些供電距離較近，或者符合變動不大的變電所，可以采用這種調(diào)壓方式。v恒調(diào)壓：介于前

8、面兩種調(diào)壓方式之間的調(diào)壓方式是恒調(diào)壓。即在任何負荷下，中樞點電壓保持為大約恒定的數(shù)值，一般較線路額定電壓高25。二、電壓調(diào)整的基本原理 擁有較充足的無功功率電源是保證電纜系統(tǒng)有較好的運行電壓水平的必要條件，但是要使所有用戶的電壓質(zhì)量都符合要求，還必須采用各種調(diào)壓手段。 第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整原理圖 2121/ )(kVQXPRkVkVkVVNGGi （1）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓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：現(xiàn)以下

9、圖為例，說明常用的各種調(diào)壓措施所依據(jù)的基本原理：第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整第三節(jié) 電力系統(tǒng)的幾種調(diào)壓方式一、改變發(fā)電機機端電壓調(diào)壓 這種調(diào)壓手段是一種不需要耗費投資，且是最直接的調(diào)壓方法，應(yīng)首先考慮采用。發(fā)電機的電壓調(diào)整是借助于調(diào)整發(fā)電機的勵磁電壓，以改變發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流，就可以改變發(fā)電機定子端電壓。 不同類型的供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機調(diào)壓所起的作用是不同的。 對于發(fā)電機不經(jīng)升壓直接供電的小型電力系統(tǒng)，供電線路不長，線路上電壓損耗不大，借改變發(fā)電機端電壓的方法，例如實行逆調(diào)壓，就可以滿足負荷點要求的電壓質(zhì)量。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整v對由發(fā)電機經(jīng)多級變壓向負荷供電

10、的大中型電力系統(tǒng)，線路較長，供電范圍大，從發(fā)電廠到最遠處的負荷之間的電壓損耗和變化幅度都很大。這時，單靠發(fā)電機調(diào)壓是不能解決問題的。發(fā)電機調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負荷的電壓質(zhì)量要求，即發(fā)電機采用逆調(diào)壓方式。對于遠處負荷電壓變動，只能靠其它調(diào)壓方式來解決。v對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，利用發(fā)電機調(diào)壓，會出現(xiàn)新的問題。首先，當要提高發(fā)電機的電壓時，則該發(fā)電機就要多輸出無功功率，這就要求進行電壓調(diào)整的電廠的母線電壓，會引起系統(tǒng)中無功功率的重新分配，這還可能同無功功率的經(jīng)濟分配發(fā)生矛盾。所以在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機調(diào)壓一般只作為一種輔助的調(diào)壓措施。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整二、

11、改變變壓器變比調(diào)壓1、降壓變壓器分接頭的選擇降壓變壓器KVVVVQXPRVTTTT)(/ )(121式中， 是變壓器的變比，即高壓繞組分接頭電壓 和低壓繞組額定電壓 之比。將k代入上式，得高壓側(cè)分接頭電壓: 當變壓器通過不同得功率時，可以通過計算求出在不同負荷下為滿足低壓側(cè)調(diào)壓要求所應(yīng)選擇的高壓側(cè)分接頭電壓。 NtVVk21/tV1NV2NTtVVVVV2211/ )(第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整普通的雙繞組變壓器的分接頭只能在停電得情況下改變，在正常的運行中無論負荷怎樣變化只能使用一個固定的分接頭。這樣可以計算最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓然后求取它們的算術(shù)平均值，即 根

12、據(jù)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荷和最小負荷時低壓母線電壓上的實際電壓是否符合要求min22minmin1min1max22maxmax1max1)()(VVVVVVVVVVNttNtt2/ )(min1max11tttavVVV第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整當考慮負荷變化時，分別求出最大和最小負荷時的抽頭選擇，然后取其算術(shù)平均值，再進行校驗是否滿足電壓要求，基本步驟如下 ：1、根據(jù)最大和最小負荷的運行情況，求出其一次側(cè)電壓 和 ，以及通過變壓器的負荷 ， 求取變壓器的電壓損耗 。2、套用公式計算最大負荷和最小負荷時的分接頭選擇1maxu1minum

13、axmaxPjQmaxmaxPjQmaxmin,VV1maxmax1 max22maxtNVVVVV1minmin1 min22mintNVVVVV第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整4、選擇鄰近的接頭作為所選擇的接頭 3、取其算數(shù)平均值11 max1 min1()2tttVVV5、套用低壓則電壓計算公式進行驗算1maxmax2max21TNtVVVVV1minmin2min21TNtVVVVV第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整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升壓變壓器 由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側(cè)送往高壓側(cè)的，故公式中VT前的符號

14、應(yīng)相反，即應(yīng)將電壓損耗和高壓側(cè)電壓相加。因而有式中， V2為變壓器低壓側(cè)的實際電壓或給定電壓； V1為高壓側(cè)所要求的電壓。NTtVVVVV2211)(第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整3、三繞組變壓器分接頭的選擇 將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組接頭； 將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭位置。注意：功率分布4、有載調(diào)壓變壓器 有載調(diào)壓變壓器可以在帶負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%。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整 采用有載調(diào)壓變壓器時

15、，可以根據(jù)最大負荷算得的V1tmax值和最小負荷算得的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。 有載調(diào)壓變壓器接線圖第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整三、改變網(wǎng)絡(luò)中無功功率分布調(diào)壓 當電力系統(tǒng)中無功電源不足時，就不能單靠改變變壓器變比調(diào)壓。而需要在適當?shù)攸c對所缺無功進行補償，這樣也就改變了電力網(wǎng)中無功功率的分布。 按調(diào)壓要求選擇無功補償設(shè)備容量2PRQXVV2()ePRQQXVx122PRQXVVV1、并聯(lián)無功補償調(diào)壓的基本原理2、按調(diào)壓要選擇補償量的基本原理 第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整第二項很小 122()cccPR

16、QQ XVVV2222()cccPRQQXPRQXVVVV22222()()ccccVPR QXPR QXQVVxxV222()cccVQxVx2222()ccck VVQVxk2222()cck VVVx于是有第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整選擇補償容量的基本原則：在滿足各種運行方式下的調(diào)壓要求下，與其它調(diào)壓方式配合，使補償容量最小。有補償?shù)淖儔浩鬟x擇的基本原則：在滿足調(diào)壓的要求下，使補償容量最小。（1）選用并聯(lián)電容器 通常在大負荷時降壓變電所電壓偏低，小負荷時電壓偏高。電容器只能發(fā)出感性無功功率以提高電壓，但電壓過高時卻不能吸收感性無功功率來使電壓降低。為了充分利用補償容量，在最大

17、負荷時電容器應(yīng)全部投入，在最小負荷時全部退出。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整 根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負荷時沒有補償這樣變 壓器變比 1minmin122()tNrVVVVV 按最大負荷時的調(diào)壓要求選擇補償容量 22 max2max2 max()cccVVQVkxk 校驗實際電壓是否滿足要求第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整（2）選用同期調(diào)相機 調(diào)相機的特點是既能過勵磁運行，又能欠勵磁運行。如果調(diào)相機在最大負荷時按額定容量過勵磁運行，在最小負荷按（0.50.65）額定容量欠勵磁運行，那么，調(diào)相機的容量將得到最充分的利用。同步調(diào)相機容量選擇:最大負荷時調(diào)相機發(fā)出全部容性無功 ，最小負

18、荷時吸收 感性無功（ ）。cNQcNQ0.50.0522 max22 max()cmacccVVQVkxk22 min2min2 min()cccVVQVkxk第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整2 min2 min2min2 max2 max2max()()ccccVkVVVkVV 2 max 2max2 min 2min222 max2 minccccrVVVkVV 按以上公式選擇k和 CNQ可得兩式相除： 第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整第四節(jié) 電力線路導線截面的選擇 電力線路導線的投資在電力線路總投資中所占的比重較大，在一般35110Kv架空電力線路中，導線投資約占30%左

19、右。正確地選擇電力線路的導線截面，對電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，提高電能的質(zhì)量至關(guān)重要。一、按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面 根據(jù)經(jīng)濟條件選擇導線截面，要考慮兩方面問題：從降低功率損耗及電能損耗的條件出發(fā)，則導線截面越大越有利；從減少投資和節(jié)約有色金屬出發(fā)，則導線截面越小越好。而電力線路投資和電能損耗都影響年運行費。綜合考慮了各方面的因素，定出符合總的經(jīng)濟利益的導線截面稱為經(jīng)濟截面，對應(yīng)于經(jīng)濟截面的電流稱為經(jīng)濟電源密度。第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整1、電力網(wǎng)的年運行費電力網(wǎng)的年運行費包括四個部分：（1）設(shè)備的折舊費：電力網(wǎng)中各種設(shè)備在運行期間將逐漸陳舊、老化，更新設(shè)備所需的費用叫做折舊費。（2）設(shè)備

20、的小修費和維護管理費：為保證電力網(wǎng)中設(shè)備的技術(shù)質(zhì)量，設(shè)備必須進行經(jīng)常性的小修和運行中的維護和管理，這方面所需要的費用稱為小修費和維護管理費。（3）電能損耗費：電力網(wǎng)的電能損耗費是以電力網(wǎng)一年的網(wǎng)損電能乘以計算電價而決定的。2、經(jīng)濟電流密度 經(jīng)濟電流密度對應(yīng)于不同的 而有不同的值。maxT第六章 電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整3、按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面首先必須確定電力線路輸送的最大負荷。然后根據(jù)負荷的性質(zhì)，得知最大負荷利用小時數(shù) ，由表可查出所用導線材料的經(jīng)濟電流密度 。最后計算導線截面為maxT)(cos32maxmaxmmJUPJISjNjjJ二、按機械強度的要求選擇導線最小容許截面 為了保證電力線路在運行中安全，