電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整李庚銀新教材課件

第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整第六章的思路提出問題：電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。電壓的波動超過允許范圍，對電力系統(tǒng)的影響很大。電壓為什么會經(jīng)常波動？分析問題：電壓的波動是由于系統(tǒng)中無功功率的不平衡引起的。系統(tǒng)中感性無功過剩，則電壓升高；感性無功不足，則電壓下降。解決問題：無功補(bǔ)償，無功電源的最優(yōu)分布第一節(jié)電力系統(tǒng)中無功功率的平衡一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗1.無功功率負(fù)荷2.變壓器中的無功功率損耗3.電力線路上的無功功率損耗二、無功功率電源1.發(fā)電機(jī)2.電容器和調(diào)相機(jī)3.靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī)4.并聯(lián)電抗器變壓器中的無功功率損耗勵磁支路(BT)的損耗和繞組漏抗(XT)中的損耗，都是消耗感性無功功率。一臺變壓器或一級變壓器中損耗并不大，約為額定容量的百分之幾；而多電壓級網(wǎng)絡(luò)，則損耗很可觀。五級變壓的網(wǎng)絡(luò)變壓器無功損耗所有變壓器都滿載所有變壓器都半載變壓器的勵磁支路損耗7%7%變壓器繞組漏抗中損耗50%12.5%變壓器中總損耗57%19.5%變壓器損耗/變壓器負(fù)荷57/10039/100電力線路上的無功功率損耗串聯(lián)電抗中的無功功率消耗感性無功，與負(fù)荷電流的平方成正比；并聯(lián)電納中消耗容性無功功率，或者說發(fā)出感性無功功率，也叫充電功率，與線路電壓的平方成正比；無功功率電源1.發(fā)電機(jī)：同步發(fā)電機(jī)發(fā)出感性無功有時進(jìn)相運(yùn)行吸收感性無功發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的相量圖電壓與電流的關(guān)系功角與有功，無功的關(guān)系隱極式發(fā)電機(jī)功率特性方程

長度變化—所有相量乘以UN/Xd決定隱極式發(fā)電機(jī)組運(yùn)行極限的因素定子繞組溫升約束取決于發(fā)電機(jī)的視在功率。以O(shè)點為圓心，以O(shè)B為半徑的圓弧S。原動機(jī)功率約束。即發(fā)電機(jī)的額定功率。直線BC。

其他約束。當(dāng)發(fā)電機(jī)以超前功率因數(shù)運(yùn)行的場合。綜合為圓弧T。

發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限總結(jié)發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限是:OA,AB,BC,虛線T無功功率電源3.靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī)屬于靈活交流輸電范疇靜止補(bǔ)償器簡稱SVC4.并聯(lián)電抗器：吸收過剩的感性無功用在高壓空載或輕載的線路能提高輸送能力，降低過電壓無功功率平衡這個平衡是在一定電壓水平下的平衡無功備用：最大無功功率負(fù)荷的7%~8%第二節(jié)電力系統(tǒng)中無功功率的最優(yōu)分布提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)，可以降低負(fù)荷從電網(wǎng)中取用的無功，減少網(wǎng)損；負(fù)荷的自然功率因數(shù)是0.6~0.9，電動機(jī)的負(fù)荷率越低，功率因數(shù)越低；將異步電動機(jī)同步化運(yùn)；無功功率電源的最優(yōu)分布研究的是：在無功電源總量是定值時，每個節(jié)點安裝多少無功電源，使全網(wǎng)的有功損耗最少？等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則無功功率負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償如何確定無功補(bǔ)償容量、補(bǔ)償設(shè)備的分布使無功補(bǔ)償獲得的收益最大？最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則二、無功功率負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償補(bǔ)償容量的確定、最優(yōu)補(bǔ)償設(shè)備的分布和最優(yōu)補(bǔ)償順序的選擇目標(biāo)：該節(jié)點進(jìn)行無功補(bǔ)償，效益最大減少的電能損耗費(fèi)設(shè)備投資節(jié)省的電能費(fèi)：設(shè)備投資：最優(yōu)網(wǎng)損微增率最優(yōu)網(wǎng)損微增率第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整一、調(diào)整電壓的必要性①對電力用戶的影響a.因為所有用電設(shè)備均按照在額定電壓下運(yùn)行而設(shè)計，故當(dāng)其端電壓偏離其額定電壓時，用電設(shè)備的性能將會受到影響，有時甚至縮短用電設(shè)備的壽命。b.因為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩（即輸出功率）與其端電壓的平方成正比，所以端電壓下降過多，引起電力用戶的電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)或不能啟動，影響電力用戶的正常工作。c.電力系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定，將會影響電熱和電子設(shè)備的使用壽命和使用效率。②對電力系統(tǒng)本身的影響a.發(fā)電機(jī)：電力系統(tǒng)電壓降低后，發(fā)電機(jī)的定子電流將因其功率因數(shù)的增大而增大，為使發(fā)電機(jī)定子繞組不致過熱，不得不降低發(fā)電機(jī)的輸出功率；b.變壓器：電力系統(tǒng)電壓降低后，變壓器的勵磁電流也增大，為使變壓器鐵芯不致過熱，不得不降低變壓器的負(fù)荷功率；c.輔機(jī)：發(fā)電廠的廠用機(jī)械大都是異步電動機(jī)，系統(tǒng)電壓降低后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差增大，轉(zhuǎn)速下降，輸出功率迅速減小，影響發(fā)電廠鍋爐、汽機(jī)的工作，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的輸出功率；d.絕緣：電力系統(tǒng)電壓過高將使所有電氣設(shè)備的絕緣受損，且變壓器、電動機(jī)等的鐵芯要飽和，損耗增大，溫升增加，壽命縮短。異步電動機(jī)的電壓特性照明負(fù)荷的電壓特性電壓崩潰現(xiàn)象電壓崩潰實例20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國家的電力系統(tǒng)相繼發(fā)生了電壓崩潰事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。1978年I2月19日法國電力系統(tǒng)發(fā)生的電壓崩潰事故，失去負(fù)荷29GW和100GWh，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2億到3億美元;1987年7月23日東京電力系統(tǒng)的電壓崩潰事故，導(dǎo)致失去8168MW的負(fù)荷，涉及2800多萬用戶，二、電壓波動和電壓管理將電壓的變化分兩類（1）電壓波動：指幅度小，周期短，如沖擊性或間歇性負(fù)荷；（2）電壓調(diào)整：針對幅度大，周期長，如生產(chǎn)、生活和氣象變化引起的。限制電壓波動的措施電容器：抵償線路的電抗，限制電壓波動；電抗器：維持母線電壓調(diào)相機(jī)：給波動的負(fù)荷提供波動的無功靜止補(bǔ)償器：可以消除電壓的波動2電壓管理電壓中樞點：指那些能夠反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所的電壓母線。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整問題實質(zhì)上就是保證電力系統(tǒng)各電壓中樞點的電壓偏移不超過允許范圍的問題電壓中樞點一般選擇為以下地點區(qū)域性水、火電廠的高壓母線；樞紐變電所的二次母線；有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠母線；城鎮(zhèn)直降變電所的二次母線。電壓中樞點的調(diào)壓方式（調(diào)壓規(guī)則）逆調(diào)壓順調(diào)壓常調(diào)壓。逆調(diào)壓（逆著電壓降落的自然規(guī)律）逆調(diào)壓是指在最大負(fù)荷時提高電壓中樞點的電壓，在最小負(fù)荷時降低中樞點的電壓的調(diào)壓方式。適用于電力線路較長、負(fù)荷變動較大且各負(fù)荷變動規(guī)律大致相同的中樞點。這種調(diào)壓方式在最大負(fù)荷時提高電壓中樞點的電壓（一般為線路額定電壓的105％），用以抵償最大負(fù)荷引起的電壓損耗增大，在最小負(fù)荷時降低中樞點的電壓（一般為線路額定電壓），用以防止負(fù)荷點電壓過高。順調(diào)壓（順著電壓降落的自然規(guī)律）所謂順調(diào)壓是指在最大負(fù)荷時允許中樞點電壓略低，在最小負(fù)荷時允許中樞點電壓略高的調(diào)壓方式。適用于電力線路不長、負(fù)荷變動不大的中樞點。這種調(diào)壓方式在最大負(fù)荷時中樞點電壓允許不低于線路額定電壓的102.5％，在最小負(fù)荷時中樞點電壓允許不高于線路額定電壓的107.5％。常調(diào)壓所謂常調(diào)壓（又稱恒調(diào)壓）是指在任何負(fù)荷下，中樞點電壓基本保持一恒定值的調(diào)壓方式，這是一種介于逆調(diào)壓和順調(diào)壓要求之間的調(diào)壓方式。適用于負(fù)荷變動甚小、線路電壓損耗也很小的的中樞點。這種調(diào)壓方式，在任何負(fù)荷下，中樞點電壓基本保持在線路額定電壓的102％～105％三、借改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓太遠(yuǎn)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓效果不好四、借改變變壓器的變比調(diào)壓變壓器的分接頭或分接開關(guān)：一般安裝在變壓器的高壓側(cè)。用變壓器調(diào)壓，就是改變分接頭的位置10.5/242×(1+2×2.5%)11/220×(1+2×2.5%)變壓器的分接頭（抽頭）各種補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)方法：并聯(lián)電容器：不能調(diào)節(jié)，只能成組投切調(diào)相機(jī)：改變勵磁電流靜止補(bǔ)償器：飽和電抗器型不可控，能限制電壓波動；晶閘管控制電抗器型改變觸發(fā)角。第四節(jié)借補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓第四節(jié)借補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓補(bǔ)償設(shè)備容量的計算電容器在最大負(fù)荷時投入，輕負(fù)荷時部分或全部退出調(diào)相機(jī)最大負(fù)荷時過激，投入1調(diào)相機(jī)最小負(fù)荷時欠激，投入-1/2調(diào)壓措施的比較發(fā)電機(jī)調(diào)壓無功功