電力系統(tǒng)分析A-6

1、第六章電力系統(tǒng)無(wú)功功率與電壓調(diào)整本章的主要內(nèi)容 介紹無(wú)功功率與系統(tǒng)電壓的關(guān)系； 了解無(wú)功電源和無(wú)功負(fù)荷的特性； 系統(tǒng)中各種調(diào)壓方式及其調(diào)壓原理； 利用發(fā)電機(jī)、變壓器及并聯(lián)、串聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行系統(tǒng)的電壓調(diào)整。 電壓是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的另一個(gè)重要指標(biāo)。由于線路和變壓器中的電壓損耗與通過它們的功率有關(guān)，而在高壓系統(tǒng)中又主要決定于通過的無(wú)功功率，因此，電壓的調(diào)整和控制與系統(tǒng)中無(wú)功功率的分布密切相關(guān)。 無(wú)功功率和電壓的控制與有功功率和頻率的控制之間的區(qū)別 在穩(wěn)態(tài)情況下，全系統(tǒng)各點(diǎn)的頻率是相同的，但各點(diǎn)的電壓則不相同 。(2) 調(diào)整電壓的手段除了各個(gè)發(fā)電機(jī)以外，還有大量的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備和帶負(fù)荷調(diào)整分接

2、頭變壓器，它們分散在整個(gè)電力系統(tǒng)中。 6.1電力系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡一、電壓偏移造成的影響和容許電壓偏移 電氣設(shè)備都是按照額定電壓來設(shè)計(jì)的。實(shí)際運(yùn)行電壓高于或低于它的額定電壓，則運(yùn)行性能和效率將有所下降，并可能影響到使用壽命甚至使設(shè)備損壞。 電壓低于額定電壓時(shí),感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來說，其轉(zhuǎn)差率將增大，從而使繞組中的電流增加，使繞組電阻中的損耗加大，引起效率降低、溫升增加并使壽命縮短。 而且，由于轉(zhuǎn)差率的增大，其轉(zhuǎn)速下降，使電動(dòng)機(jī)的輸出功率減少，從而使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量降低。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程將因電壓低而加長(zhǎng)，在電壓過低的情況下有可能在起動(dòng)過程中因溫度過高而燒毀。 對(duì)于火力發(fā)電廠來說，由電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)和給

3、水泵等廠用機(jī)械的出力將因?yàn)檗D(zhuǎn)速的降低而減少，結(jié)果使鍋爐和汽輪機(jī)的出力降低。 當(dāng)電壓過低時(shí)，電弧爐所消耗的有功功率減少，使金屬在其中的冶煉時(shí)間增加從而影響產(chǎn)量； 對(duì)于白熾燈來說其發(fā)光效率將降低；各種電子設(shè)備將不能正常工作，等等。 運(yùn)行電壓高于額定電壓所引起的主要危害是使電氣設(shè)備的絕緣性能降低，并影響到使用壽命。如果電壓過高，則可能使絕緣擊穿，從而使設(shè)備損壞。 另外，當(dāng)電壓高于額定電壓時(shí)，變壓器和電動(dòng)機(jī)鐵芯的飽和程度增大，使鐵芯損耗增加；白熾燈的壽命則因電壓過高而明顯降低，例如，當(dāng)電壓高出10%時(shí)，壽命將縮短一半。 為了避免電壓偏移造成很大的影響，各國(guó)電網(wǎng)都規(guī)定電壓偏移的容許范圍。我國(guó)在電力系統(tǒng)電

4、壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則中規(guī)定: 用戶電壓等級(jí)容許電壓偏移35kV及以上用戶5%10kV用戶7%380V電力用戶7%220V用戶-10%5%各電壓等級(jí)用戶的容許電壓偏移 對(duì)于發(fā)電廠和變電所的母線，也規(guī)定了它們的容許電壓偏移范圍。330kV和500kV母線最高不超過額定電壓的110%；發(fā)電廠和500kV變電所的220kV母線容許電壓偏移為0%10%；110kV和35kV母線的容許電壓偏移為-3%7%；10kV母線的電壓則應(yīng)使所供給的全部高壓和低壓用戶滿足上表所規(guī)定的要求。二、無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗1無(wú)功功率負(fù)荷在各種用電設(shè)備中，除了白熾燈和電熱器等電阻性負(fù)荷只取用有功功率以外，其它都需要從電網(wǎng)吸

5、收感性無(wú)功功率才能運(yùn)行，尤其是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)目前我國(guó)電力負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷為主，而工業(yè)負(fù)荷中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)占比重比較大，無(wú)功負(fù)荷特性一般以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特性代替。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)所吸收的無(wú)功功率包括兩部分。一部分是勵(lì)磁無(wú)功功率，即下圖所示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等值電路中勵(lì)磁電抗中的無(wú)功功率，它將隨著電壓的降低而減少。另一部分是定子和轉(zhuǎn)子漏抗 (圖中的X1和X2)中的無(wú)功損耗，當(dāng)電壓在額定值附近開始增加時(shí)，由于飽和程度的增加，勵(lì)磁電流增加很多，電動(dòng)機(jī)所吸收的無(wú)功功率也增加很多，電動(dòng)機(jī)所吸收的無(wú)功功率主要取決于激磁支路的無(wú)功。 當(dāng)電壓從額定值開始降低時(shí)，由于飽和程度的降低，勵(lì)磁無(wú)功功率的減少大大超出漏抗中無(wú)功功率損耗

6、的增加，電動(dòng)機(jī)所吸收的無(wú)功功率顯著減少。 隨著電壓的進(jìn)一步降低，勵(lì)磁無(wú)功功率的減少趨于緩和而在漏抗中無(wú)功功率損耗的增加趨于激烈，使電動(dòng)機(jī)所吸收無(wú)功功率的減少趨于緩和直至兩者之間取得平衡。如果再進(jìn)一步降低電壓，則漏抗中無(wú)功功率損耗的增加將超過勵(lì)磁無(wú)功功率的減少，從而使電動(dòng)機(jī)所吸收的總無(wú)功功率隨著電壓的降低反而增加。無(wú)功負(fù)荷隨電壓變化的特性如左圖所示。2）變壓器中的無(wú)功功率損耗 變壓器中的無(wú)功功率損耗可以分為兩部分。 一部分是勵(lì)磁無(wú)功損耗：另一部分是漏抗中的無(wú)功損耗： 從上面公式看出在額定電壓下，勵(lì)磁無(wú)功損耗占變壓器額定容量的百分?jǐn)?shù)，大約為其空載電流的百分?jǐn)?shù)，實(shí)際勵(lì)磁無(wú)功損耗則與其運(yùn)行電壓的平方成

7、正比。 在變壓器滿載情況下，漏電抗中的無(wú)功損耗所占變壓器額定容量的百分?jǐn)?shù)，大約等于短路電壓的百分?jǐn)?shù)，而實(shí)際漏電抗中的無(wú)功損耗則與所通過的視在功率之平方成正比。3）線路的無(wú)功功率損耗 在線路中，電流流過電抗后的無(wú)功功率損耗，與電流的平方成正比，而分布電容發(fā)出的感性無(wú)功功率與線路實(shí)際運(yùn)行電壓的平方成正比。 當(dāng)線路的傳輸功率等于自然功率時(shí)，電抗中消耗的無(wú)功功率正好與分布電容發(fā)出的無(wú)功功率相平衡。在傳輸功率大于自然功率的情況下，電抗消耗的無(wú)功功率大于電容發(fā)出的無(wú)功功率，即線路的無(wú)功損耗大于零。反之，無(wú)功損耗小于零。 從發(fā)電機(jī)到用戶往往要經(jīng)過多級(jí)變壓器進(jìn)行多次升壓和降壓，而每經(jīng)過一個(gè)變壓器都要產(chǎn)生無(wú)功功

8、率損耗。因此整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率損耗比有功功率損耗大得多。1）同步發(fā)電機(jī) 由第二章中介紹過的內(nèi)容已知同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中主要的無(wú)功功率源之一，它除了能發(fā)出無(wú)功功率以外，在必要時(shí)還能吸收無(wú)功功率。發(fā)電機(jī)在額定情況下能夠發(fā)出的無(wú)功功率主要決定于它的額定容量 和額定功率因數(shù) 。 同步發(fā)電機(jī)吸收無(wú)功功率時(shí)以超前功率因數(shù)運(yùn)行，即所謂的進(jìn)相運(yùn)行，其所能吸收的數(shù)量一般需要通過試驗(yàn)來決定。2無(wú)功功率電源2）同步調(diào)相機(jī) 同步調(diào)相機(jī)既可以用于發(fā)出無(wú)功功率，也可以用于吸收無(wú)功功率。即調(diào)相機(jī)能夠過激運(yùn)行也能夠欠激運(yùn)行，過激運(yùn)行能夠發(fā)出額定容量功率，在欠激運(yùn)行時(shí)所能吸收的無(wú)功功率為額定容量的60%左右。同步調(diào)相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

9、是調(diào)節(jié)比較靈活，不但可以用來控制系統(tǒng)的電壓，而且可以用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 其缺點(diǎn)是設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用高，因此，只在十分必要時(shí)才考慮采用。 3）并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器的費(fèi)用比較低廉、能量損耗小，而且可以分散安裝在用戶、變電所和配電所中進(jìn)行就近補(bǔ)償，因此是應(yīng)用最為廣泛的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。其主要缺點(diǎn)是： 發(fā)出的無(wú)功功率與電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)發(fā)出的無(wú)功顯著減少，而這時(shí)正是系統(tǒng)需要無(wú)功電源的時(shí)候，反之電壓增加時(shí)發(fā)出的無(wú)功顯著增加，而這時(shí)正是系統(tǒng)需要減少無(wú)功電源的時(shí)候 。 并聯(lián)電容器只能成組地投入和切除而不能進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。 4 并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器主要用于補(bǔ)償線路的充電功率，特別是在超高壓長(zhǎng)距離輸

10、電線路中，往往必須安裝并聯(lián)電抗器來吸收充電功率，以限制線路空載時(shí)末端的電壓升高。5靜止無(wú)功補(bǔ)償器 靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static Var Compensator，縮寫SVC)可以用于對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行連續(xù)和快速的調(diào)節(jié)，其性能與同步調(diào)相機(jī)相同，由于它由靜止元件所組成，因此維護(hù)比較容易。靜止無(wú)功補(bǔ)償器由晶閘管調(diào)節(jié)電抗器(Thyristor Controlled Reactor，縮寫TCR)和晶閘管投切電容器(Thyristor Switching Capacitor，縮寫TSC)并聯(lián)而成，如圖所示。晶閘管調(diào)節(jié)電抗器的每一相由晶閘管T1和T2進(jìn)行反并聯(lián)后再與電抗器L串聯(lián)而成，T1和T2每半個(gè)工頻周期輪流被

11、觸發(fā)一次。通過對(duì)觸發(fā)相位的控制，可以改變晶閘管導(dǎo)通時(shí)間，從而改變流過L的電流，達(dá)到控制無(wú)功功率的目的。 晶閘管投切電容器是由反并聯(lián)的晶閘管與電容器串聯(lián)而成，這里晶閘管只控制電路的全通或全斷而不起調(diào)節(jié)作用。 對(duì)晶閘管調(diào)節(jié)電抗器和晶閘管投切電容器兩者的容量進(jìn)行合理的配合，可以使它像同步調(diào)相機(jī)那樣，從某一吸收無(wú)功功率Qa到另一發(fā)出無(wú)功功率Qi（Qa）的全部范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。實(shí)際上，只要將晶閘管調(diào)節(jié)電抗器的容量選為Qa，將晶閘管投切電容器的容量選為Qi便可。 3無(wú)功功率的平衡 要使各用戶和各母線的電壓在容許的電壓偏移范圍內(nèi)，首先必須滿足系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡，在此基礎(chǔ)上，再采取適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)整措施。 為了認(rèn)識(shí)

12、無(wú)功功率平衡與滿足電壓要求之間的關(guān)系，用單個(gè)發(fā)電機(jī)向一個(gè)綜合負(fù)荷供電的簡(jiǎn)單系統(tǒng)情況來加以說明。 設(shè)綜合負(fù)荷在額定電壓下需要的無(wú)功功率為QLN ，如果發(fā)電機(jī)的額定無(wú)功容量 QGN大于QLN，則顯然借助于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，可以改變發(fā)電機(jī)的端電壓，即對(duì)綜合負(fù)荷供電的電壓，使電壓偏移在規(guī)定的容許范圍內(nèi)。 如果發(fā)電機(jī)的額定無(wú)功容量 QGN小于QLN，而且一定要讓發(fā)電機(jī)在額定電壓下供給綜合負(fù)荷所需要的無(wú)功功率，則發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流勢(shì)必要超出它的額定值，使勵(lì)磁繞組過載 ，而這是不允許的。結(jié)果，只得降低對(duì)綜合負(fù)荷供電的電壓，使得綜合負(fù)荷按照它的靜態(tài)電壓特性減少所需要的無(wú)功功率，直到等于發(fā)電機(jī)所能發(fā)出

13、的無(wú)功功率為止，即在較低的電壓下滿足發(fā)電機(jī)與綜合負(fù)荷之間的無(wú)功功率平衡。所以說，系統(tǒng)在額定電壓下的無(wú)功功率平衡，是保證電壓質(zhì)量的先決條件。 設(shè)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的有功率為定值。由相量圖得：發(fā)電機(jī)送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率為發(fā)電機(jī)送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率為把有功、無(wú)功功率方程平方后相加，有 在一定的Eq下無(wú)功功率與電壓的關(guān)系為一條向下開口的拋物線。 當(dāng)發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì)為某一定值時(shí)，可得出QU的關(guān)系圖。圖中曲線1為發(fā)電機(jī)Q-U曲線，2為負(fù)荷的Q-U曲線，相交于a點(diǎn)，表示發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功與綜合負(fù)荷無(wú)功功率在電壓Ua處相平衡。當(dāng)系統(tǒng)綜合負(fù)荷無(wú)功功率增加為2時(shí)，若發(fā)電機(jī)沒有無(wú)功備用仍然以曲線1運(yùn)行，則兩曲線相交于a，

14、這時(shí)雖然保證兩者的無(wú)功 可見，系統(tǒng)的無(wú)功電源充足，才能滿足較高電壓下的無(wú)功功率平衡的需要。反之，系統(tǒng)無(wú)功不足則系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低。為實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無(wú)功功率平衡，必須根據(jù)要求加裝必要的無(wú)功補(bǔ)償裝置。功率平衡，但電壓己降為Ua，若要保證電壓不變，發(fā)電機(jī)應(yīng)增加空載電勢(shì)Eq，使曲線1升高為曲線1，使兩者交于b點(diǎn)，仍然在電壓Ua處達(dá)到無(wú)功平衡。例題 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)及其等值電路如圖所示。網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)如下： 發(fā)電機(jī)：225MW；10.5kV； 變壓器T-1：231.5MVA；10.5/121kV；空載損耗 ; 短路損耗 ；短路電壓 ，空載電流 。等值電路如下：變壓器T-2：220MVA；110/1

15、1kV； ， ， ， 。線路L：2LGJ-185， ， 。負(fù)荷：地區(qū)負(fù)荷：試對(duì)此系統(tǒng)作無(wú)功功率平衡計(jì)算。解：首先計(jì)算T-2變壓器損耗 空載無(wú)功損耗 電抗上的無(wú)功損耗變壓器T-2中總無(wú)功損耗變壓器T-2中總的有功損耗線路末端充電功率通過線路傳輸功率線路電阻、電抗中的功率損耗通過變壓器T-1的功率計(jì)算變壓器T-1中的功率損耗變壓器T-1的總無(wú)功損耗變壓器T-1中的總有功損耗發(fā)電機(jī)以額定功率因數(shù)運(yùn)行，可發(fā)無(wú)功功率系統(tǒng)所需總功率為所以，要維持額定電壓下的無(wú)功功率平衡應(yīng)補(bǔ)償無(wú)功功率為當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí),無(wú)功功率在較低的電壓水平下平衡.為保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量,系統(tǒng)在規(guī)劃和運(yùn)行時(shí),都應(yīng)保證有一定的無(wú)功備用容量.(

16、一般為總無(wú)功負(fù)荷的7-10%)當(dāng)無(wú)功不足時(shí),應(yīng)增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置,且應(yīng)盡可能裝在無(wú)功負(fù)荷中心以達(dá)到就地平衡.6.2 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整電力系統(tǒng)調(diào)壓的目的是使用戶的電壓偏移保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。中樞點(diǎn)-是少數(shù)能反映系統(tǒng)電壓水平的有代替性的節(jié)點(diǎn),一般選主要發(fā)電廠或樞紐變電所母線作為中樞點(diǎn)。中樞點(diǎn)的電壓確定了,其他節(jié)點(diǎn)電壓也就確定了。一、中樞點(diǎn)電壓的管理 電力系統(tǒng)的電壓管理和監(jiān)視可以通過監(jiān)視和調(diào)整中樞點(diǎn)的電壓而實(shí)現(xiàn)。 中樞點(diǎn)： 1）大型水、火電廠的高壓母線。 2）樞紐變電所的二次母線。 3）有大量地區(qū)負(fù)荷的發(fā)電廠機(jī)壓母線。 中樞點(diǎn)的電壓上限=負(fù)荷允許的最高電壓+線路最大 負(fù)荷產(chǎn)生的電壓降落 中樞點(diǎn)的電壓

17、下限=負(fù)荷允許的最低電壓+線路最小 負(fù)荷產(chǎn)生的電壓降落以兩負(fù)荷的簡(jiǎn)單例子說明中樞點(diǎn)電壓的確定 負(fù)荷端電壓要求，線路已知 在線路參數(shù)一定時(shí)，電壓損耗 和 與負(fù)荷A和負(fù)荷B的大小有關(guān)，設(shè)負(fù)荷的變化（負(fù)荷曲線）如下：為滿足負(fù)荷A的電壓要求，中樞點(diǎn)電壓應(yīng)控制在08點(diǎn)： 824點(diǎn): 為滿足負(fù)荷B的電壓要求，中樞點(diǎn)電壓應(yīng)控制在016點(diǎn): 1624點(diǎn): 中樞點(diǎn)i電壓的允許變動(dòng)范圍如圖所示 (a)根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)A的要求 (b)根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)B的要求 只有陰影部分，才能同時(shí)滿足A、B兩點(diǎn)的電壓的偏移要求。 在有多個(gè)負(fù)荷供電的中樞點(diǎn)，可以按兩種極端情況確定： 當(dāng)負(fù)荷的電壓損耗變化太大時(shí)，中樞點(diǎn)電壓可能沒有公共部分，如：

18、A點(diǎn)，若 在816點(diǎn)之間將沒有共同部分，在1624之間調(diào)整范圍也很小。 顯然在兩個(gè)負(fù)荷最大、最小負(fù)荷功率變化大的時(shí)候可能沒有公共部分，說明管理中樞點(diǎn)電壓不能同時(shí)滿足A、B兩點(diǎn)的電壓要求。只靠管理中樞點(diǎn)電壓，不能滿足電壓要求，必須采取別的調(diào)壓措施。 根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行的要求對(duì)中樞點(diǎn)的電壓調(diào)整提出原則性要求。一般中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式分為三類：逆調(diào)壓： 適用于供電線路長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)大的場(chǎng)合，電壓要求高的場(chǎng)合。 順調(diào)壓：電壓不高于 適用于對(duì)供電線路短，負(fù)荷變化小，電壓要求不高的場(chǎng)合。恒調(diào)壓：電壓不低于二、電壓調(diào)整的措施 以一簡(jiǎn)單系統(tǒng)說明電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施 在忽略各元件的并聯(lián)支路和網(wǎng)損，所有參數(shù)歸算到高壓側(cè)。

19、忽略電壓將橫分量，有： 該式說明，為調(diào)整負(fù)荷端電壓，可以采取以下措施： 1）改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 ，從而調(diào)節(jié) 。 2）改變變壓器分接頭電壓。 3）在負(fù)荷端并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，改變線路中流過的 。 4）在線路中串聯(lián)電容器 ，改變線路等值阻抗。 1 利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓 現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)在端電壓偏離額定值不超過 的范圍內(nèi)，能夠以額定功率運(yùn)行。 對(duì)于不同類型的供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓所起的作用是不同的。 由孤立發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電網(wǎng)，因線路不長(zhǎng)， 不大，對(duì)發(fā)電機(jī) 實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓，就可以滿足負(fù)荷點(diǎn)的電壓質(zhì)量要求，不必另加其它調(diào)壓設(shè)備，這是最經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)壓方式。 對(duì)于線路較長(zhǎng)，供電范圍較大，有多極變

20、壓的供電系統(tǒng)，從發(fā)電廠到最遠(yuǎn)處的負(fù)荷點(diǎn)之間， 的數(shù)值和變化幅度都比較大。如下圖所示：從發(fā)電機(jī)端到最遠(yuǎn)處負(fù)荷之間在 時(shí)，從發(fā)電機(jī)端到最遠(yuǎn)處負(fù)荷之間在 時(shí)， 與 時(shí)變化幅度達(dá) 。這是調(diào)壓的困難不僅在于電壓損耗的絕對(duì)值過大，而且更主要的是在于不同運(yùn)行方式下電壓損耗值差太大。 單靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓是不能解決問題的，需要其他的調(diào)壓方式配合。 對(duì)于有多個(gè)發(fā)電廠并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)。利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓會(huì)出現(xiàn)新的問題。 如兩個(gè)發(fā)電廠相距60公里，由 110kV線相聯(lián)。如要把一個(gè)電廠的 110kV母線電壓提高5%，大約要 該電廠多輸出25Mvar的無(wú)功功率。 一般電廠沒有這么大的無(wú)功備用。 另外在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電廠中，調(diào)整個(gè)

21、別發(fā)電廠的母線電壓，會(huì)引起系統(tǒng)中無(wú)功功率的重新分配，也有可能同無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分配發(fā)生矛盾。 因此大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)調(diào)壓一般只作為一種輔助性的調(diào)壓措施。改變變壓器變比調(diào)整電壓(1) 變壓器分接頭選擇 a 降壓變壓器分接頭選擇變壓器原副邊的電壓比等于原副邊的匝數(shù)比。 由于低壓側(cè)電流大，故導(dǎo)線粗，一般分接頭設(shè)在高壓側(cè)。改變變壓器的分接頭，改變了變壓器原副邊的匝數(shù)比，從而改變了原副邊的電壓比。 一般6300kVA及以下變壓器，高壓側(cè)有三個(gè)分接頭，每個(gè)分接頭使電壓改變5%。各分接頭的電壓分別為1.05 ， ，0.95 。 8000kVA 及以上變壓器，高壓側(cè)有五個(gè)分接頭，每當(dāng)電壓改變2.5%，各接頭的

22、電壓分別為(1+5%) ，(1+2.5%) ， ,(1-2.5%) , (1-5%) 。 改變變壓器變比調(diào)壓，實(shí)質(zhì)上是按負(fù)荷端電壓要求，選擇適當(dāng)?shù)姆纸宇^，以滿足負(fù)荷供電要求。 普通變壓器的分接頭開關(guān)沒有滅弧的能力，只能停電切換。 已知高壓側(cè)電壓 ，變壓器歸算到高壓側(cè)數(shù) ，低壓側(cè)要求電壓 。一般情況下，要考慮運(yùn)行方式的變化。按最大、最小兩種方式考慮。一般變電所是兩臺(tái)相同容量的變壓器并聯(lián)運(yùn)行 理想變壓器 變比 在不考慮變壓器的并聯(lián)之路，不考慮電壓降的橫分量，不考慮功率損耗的情況下，有：注意： 有時(shí)考慮變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，在最小負(fù)荷時(shí)，往往切掉一臺(tái)變壓器。這時(shí)，最大、最小負(fù)荷時(shí)的 和 是不一樣的。 若

23、負(fù)荷側(cè)調(diào)壓要求 ， （如逆調(diào)壓 ）則有：可得出： 在利用變壓器分接頭進(jìn)行電壓調(diào)整時(shí)，實(shí)質(zhì)是改變變壓器的原邊的匝數(shù)，達(dá)到變化電壓的目的，變壓器分接頭的確定要根據(jù)給定的最大、最小負(fù)荷，計(jì)算出變壓器低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的值，再根據(jù)要求滿足的電壓計(jì)算出分接頭電壓。歸靠相近的分接頭 ， 校驗(yàn)： 由于普通變壓器在最大，最小負(fù)荷時(shí)不能停電更換分接頭。為同時(shí)兼顧低壓側(cè)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷的調(diào)壓要求，取其分接頭電壓的平均值：b 普通升壓變壓器 選擇方法相同，只是注意功率方向不同。例題 某降壓變電所的變壓器參數(shù)（歸算到高壓側(cè)）及負(fù)荷已標(biāo)在圖中。最大負(fù)荷時(shí)，高壓側(cè)母線電壓為113kV，最小負(fù)荷時(shí)為115kV。低壓側(cè)母線

24、電壓允許變動(dòng)范圍為1011kV。求變壓器分接頭位置。解：最大負(fù)荷時(shí)，歸算到高壓側(cè)的變壓器二次側(cè)電壓 最小負(fù)荷時(shí)，歸算到高壓側(cè)疊變壓器二次側(cè)電壓 如果要求最大負(fù)荷時(shí)二次側(cè)母線電壓不得低于10kV，則分接頭電壓應(yīng)為 最小負(fù)荷時(shí)二次側(cè)母線電壓不得高于11kV，則分接頭電壓應(yīng)為 取平均值：校驗(yàn)：最大負(fù)荷時(shí)二次側(cè)實(shí)際電壓為最小負(fù)荷時(shí)二次側(cè)實(shí)際電壓為均未超出要求范圍，故所選分接頭是合適的。選擇最接近分接頭電壓c 三繞組變壓器 分接頭在中壓、高壓側(cè)，變壓器參數(shù)歸算到高壓側(cè)。等值電路：(1) 先根據(jù)低壓側(cè)的電壓要求，選出高壓側(cè)的分接頭。 計(jì)算 ， 注意高壓側(cè)流過的功率是 (不考慮功率損耗時(shí))。先求出 ,則分別

25、求出 和 。校驗(yàn)： 取其分接頭電壓的平均值：(2) 根據(jù)中壓側(cè)的調(diào)壓要求選出中壓側(cè)的分接頭電壓，計(jì)算 ， ：校驗(yàn)：（2） 有載調(diào)壓變壓器 可以帶負(fù)荷切換分接頭，調(diào)節(jié)范圍比較大，一般在15%以上。我國(guó)暫定：110kV級(jí)的調(diào)壓變壓器有7個(gè)分接頭， ；220kV級(jí)有9個(gè)分接頭， 。 根據(jù)計(jì)算分別選擇各自合適的分接頭，能縮小負(fù)荷電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢(shì)。 原理接線圖： 有兩個(gè)可動(dòng)觸頭，改變分接頭時(shí)，先移一個(gè)可動(dòng)觸頭到相鄰分接頭上，再將另一個(gè)移到該分接頭上，逐步地移動(dòng)，直到選定分接頭上為止。為防止在可動(dòng)觸頭切換過程中產(chǎn)生電弧，在可動(dòng)觸頭 ， 前接入接觸器 和 。它們放在單獨(dú)的油箱里，切換時(shí)

26、先斷開 ，將 切換到另一個(gè)分接頭上，再接通 。切換 時(shí)，先斷 。移動(dòng) 后，合 ，使 ， 均接到另一個(gè)分接頭上。在切換過程，當(dāng)兩個(gè)觸頭在不同的分接頭上時(shí)，切換裝置中的電抗器DK來限制兩個(gè)分接頭上的短路電流的。 對(duì)110kV及以上電壓級(jí)的變壓器，一般將調(diào)壓繞組放在變壓器中性點(diǎn)側(cè)。因?yàn)樽儔浩鞯闹行渣c(diǎn)接地，中性點(diǎn)側(cè)電壓很低，調(diào)節(jié)裝置的絕緣比較容易解決。（3） 加壓調(diào)壓變壓器 加壓調(diào)壓變壓器主要用于改變環(huán)形網(wǎng)中的功率分布及網(wǎng)絡(luò)電壓。 加壓調(diào)壓變壓器有電源 變壓器和串聯(lián)變壓器組 成。串聯(lián)變壓器的次級(jí) 繞組串聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)中，作為加壓繞組，相當(dāng)于在線路上串連了附加電勢(shì)。改變附加電勢(shì)的大小和相位就可以改變線路上電壓

27、的大小和相位。a 縱向調(diào)壓變壓器。 如將串聯(lián)變壓器反接，可以降低電壓。縱向變壓器只產(chǎn)生縱向電勢(shì)，只改變線路電壓的大小，不改變線路電壓的相位，它的作用同具有調(diào)壓繞組的調(diào)壓變壓器的一樣。b 橫向調(diào)壓變壓器 加壓繞組產(chǎn)生的附加電勢(shì)的方向與線路的相位有90的相位差，故稱為橫向電勢(shì)。 它能改變線路電壓的相位，幾乎不改變電壓的大小。 c 混合型調(diào)壓變壓器 既有縱向串聯(lián)加壓變壓器，又有橫向串聯(lián)加壓器。 加壓調(diào)壓變壓器和主變壓器配合使用，相當(dāng)于有載調(diào)壓變壓器。對(duì)輻射型網(wǎng)，作為調(diào)壓設(shè)備，對(duì)于環(huán)形網(wǎng)除起調(diào)壓作用外，還可以改變網(wǎng)絡(luò)中的功率分布。 附加電勢(shì)將在環(huán)網(wǎng)中產(chǎn)生循環(huán)功率 注意：調(diào)整變壓器分接頭調(diào)整電壓，本質(zhì)是

28、通過改變變壓器的匝數(shù)改變了變壓器參數(shù)，從而引起無(wú)功功率的重新分配，并沒有改變系統(tǒng)無(wú)功電源的總量。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率充足時(shí)，這種調(diào)壓方式有效。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí)，這種調(diào)壓方式有效；當(dāng)系統(tǒng)無(wú)供不足時(shí)，靠調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，只能滿足局部電壓要求，不能改變整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平，要從根本上改變系統(tǒng)的電壓?jiǎn)栴}，要補(bǔ)償無(wú)功功率裝置。3 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置 當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率不足時(shí)，只有并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置才能從根本上解決調(diào)壓的問題。以簡(jiǎn)單系統(tǒng)為例說明如何根據(jù)電壓的要求加裝無(wú)功補(bǔ)償容量。忽略并聯(lián)支路，不計(jì)電壓降的橫分量，忽略功率損耗。在加裝并聯(lián)補(bǔ)償裝置前：加裝補(bǔ)償裝置后，有：若補(bǔ)償前后保持 不變，則有：由上式可以解出： 等式右

29、側(cè)值主要取決于第一項(xiàng)，第二項(xiàng)因 與 相差不大，值小。上式近似表示為： 可見 的值與變比 k 有關(guān)，在選擇補(bǔ)償容量時(shí)，總是希望在滿足調(diào)壓要求的條件下容量愈小愈好，這樣可以有好的經(jīng)濟(jì)性。換言之，即變比的選擇原則是在滿足調(diào)壓要求的基礎(chǔ)上，使無(wú)功補(bǔ)償裝置容量最小。由于電容器和調(diào)相機(jī)的補(bǔ)償原理不同，需分開討論： a 電容器 為了盡量減少Q(mào)c,節(jié)約投資 當(dāng)最大負(fù)荷時(shí)，電容器投入運(yùn)行； 當(dāng)最小負(fù)荷時(shí)，電容器退出，完全由變比的調(diào)節(jié)來滿足調(diào)壓要求。 因此，電容器在 時(shí)，全部投入，在 時(shí)全部切除。在使用普通變壓器時(shí)，如果能選擇適當(dāng)?shù)姆纸宇^，使最大負(fù)荷時(shí)補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于 ，最小負(fù)荷時(shí) ，這樣的 將是最小的。 設(shè)最

30、大負(fù)荷時(shí)， ，有： 最小負(fù)荷時(shí) ，有 以上公式即為按最小負(fù)荷的電壓，要求選出的分接頭電壓，即：按最小負(fù)荷的電壓要求，確定變壓器的變比。 無(wú)電容補(bǔ)償：(2) 按最大負(fù)荷的調(diào)壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量(3) 選擇 ，并進(jìn)行校驗(yàn) 以上方法保證了，所選的 是在滿足電壓要求下容量最小的。b 調(diào)相機(jī)： 特點(diǎn)：過激, 發(fā)出感性無(wú)功 欠激 吸收感性無(wú)功 (1) 根據(jù)調(diào)相機(jī)在過激和欠激運(yùn)行時(shí)均能滿足調(diào)相機(jī)達(dá)到額定容量來確定變壓器變比。兩式相除，得： 對(duì)計(jì)算公式中的電抗X作如下說明： 在以上的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中， ，當(dāng)系統(tǒng)較復(fù)雜時(shí)， 則不那么簡(jiǎn)單，從以上的計(jì)算可知， 是計(jì)算電源和變壓器低壓側(cè)間的電壓損耗時(shí)被引入的。因此反映電壓損

31、耗的所有元件的電抗均應(yīng)計(jì)入。 是變電所負(fù)荷所流經(jīng)的各元件的等值電抗。 在計(jì)算節(jié)點(diǎn)5的無(wú)功補(bǔ)償時(shí)， 的值是節(jié)點(diǎn)5的負(fù)荷所流經(jīng)的各元件的電抗總合，即： 計(jì)算節(jié)點(diǎn)6的無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)，如圖：節(jié)點(diǎn)3：節(jié)點(diǎn)4：例題 某簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)如圖所示，降壓變電所低壓母線電壓要求保持為10.5kV，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備采用靜電電容器或調(diào)相機(jī)，試計(jì)算兩種方案的補(bǔ)償容量（不考慮功率損耗）。解：未進(jìn)行補(bǔ)償且最大負(fù)荷時(shí)，變電所低壓側(cè)母線歸算到高壓側(cè)的電壓為：最小負(fù)荷時(shí)，變電所低壓母線電壓歸算到高壓側(cè)的電壓1 采用靜電電容補(bǔ)償按最小負(fù)荷的電壓要求，選擇變壓器的分接頭電壓選取主接頭110kV。按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求確定 校驗(yàn)： 在最大負(fù)荷

32、時(shí)補(bǔ)償裝置全部投入，低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的電壓為 低壓母線實(shí)際電壓為 最小負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備全部退出工作，低壓母線實(shí)際電壓為 最大負(fù)荷時(shí)的電壓偏移為最小負(fù)荷時(shí)的電壓偏移為滿足調(diào)壓要求。2 選用調(diào)相機(jī)補(bǔ)償 首先，選定變壓器的變比。設(shè)欠激運(yùn)行時(shí)調(diào)相機(jī)容量為 ，代入下式，可得 解之得 高壓側(cè)分接頭電壓為 選取分接頭電壓為107.25kV（ ）。按最大負(fù)荷求根據(jù)調(diào)相機(jī)的產(chǎn)品型號(hào)，選用7.5Mvar的調(diào)相機(jī)。校驗(yàn)： 在最大負(fù)荷時(shí)，調(diào)相機(jī)輸出7.5Mvar的無(wú)功功率，降壓變壓器低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)電壓為： 低壓母線實(shí)際電壓為： 最小負(fù)荷時(shí)，調(diào)相機(jī)欠激運(yùn)行吸取 無(wú)功功率。變壓器低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)電壓為低壓母線實(shí)際

33、電壓最大負(fù)荷時(shí)電壓偏移為最小負(fù)荷時(shí)電壓偏移為 滿足調(diào)壓要求。4 借串聯(lián)電容器調(diào)壓 對(duì)系統(tǒng)中的沖擊性負(fù)荷和負(fù)荷波動(dòng)比較大的場(chǎng)合，常采用在線路中串聯(lián)電容器的方法調(diào)壓。 未加串聯(lián)補(bǔ)償以前： 加串聯(lián)補(bǔ)償后： 顯然兩個(gè)電壓損耗的差，就是末端電壓提高的值。 根據(jù)線路末端電壓要求提出的數(shù)值 ，即可求出需要串聯(lián)的電容器的容抗值 。 設(shè)每個(gè)電容器的額定電流為 ，額定電壓為 額定容量為 。 根據(jù)線路中的最大負(fù)荷電流 和 確定應(yīng)并聯(lián)的個(gè)數(shù)m。每一串上串聯(lián)的電容器個(gè)數(shù)為n：電容器的總?cè)萘浚?電容器的安裝地點(diǎn)與負(fù)荷和電源的分布有關(guān)。安裝地點(diǎn)選擇的原則是，使沿線電壓盡可能均勻，而且各負(fù)荷點(diǎn)電壓都在允許的范圍之內(nèi)。 在單電

34、源線路上，當(dāng)負(fù)荷集中在線路末端，電容器應(yīng)串聯(lián)在線路末端，以免始端電壓過高或通過電容器的短路電流過大。 沿線路有若干負(fù)荷時(shí)，可將串聯(lián)電容器串聯(lián)在線路總的電壓損耗的1/2處。 串聯(lián)電容器組是根據(jù)最大工作電流 選擇的，當(dāng)電力網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，通過串聯(lián)電容器組的短路電流比 大得多，可能發(fā)生嚴(yán)重的過電壓，因此必須采取保護(hù)措施。 串聯(lián)電容器的補(bǔ)償性能通常用補(bǔ)償度表示， 為欠補(bǔ)償。 為全補(bǔ)償，線路中只有電阻壓降。 為過補(bǔ)償，配電網(wǎng)以調(diào)壓為目的 的串補(bǔ)，補(bǔ)償后一般在14之間。例題 有一條額定電壓為35kV的電力線路。采用串聯(lián)電容補(bǔ)償以前，線路末端電壓 ，補(bǔ)償后末端電壓應(yīng)為 。已知線路阻抗 ，線路首端電壓 ，首端功率 。試求串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的實(shí)際容量。 解：串聯(lián)電容補(bǔ)償后，線路末端電壓提高值：得串聯(lián)的電容器容抗為 線路通過的最大電流選用額定電壓為 ,容量 的串聯(lián)電容器。每個(gè)電容器的額定電流為每個(gè)電容器的容抗為需要并聯(lián)的串?dāng)?shù) 選m5需要串聯(lián)的個(gè)數(shù) 選n7總的補(bǔ)償容量實(shí)際補(bǔ)償?shù)娜菘怪禐檠a(bǔ)償后的線路末端電壓為電壓偏移為 滿足調(diào)壓要求。三 各種調(diào)壓措施的比較及應(yīng)用范圍 1 發(fā)電機(jī)調(diào)壓因不增加費(fèi)用，調(diào)節(jié)方便，在可能的情況下，優(yōu)先利用。一般采用逆調(diào)壓。 2 變壓器分接頭 變壓器分接頭調(diào)壓的本質(zhì)是改變了變壓器的匝數(shù)，引起電壓的變化，進(jìn)而引起全網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率的分布變化。 當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率不足時(shí)，只憑