電力系統(tǒng)無功平衡與電壓調(diào)整

§6電力系統(tǒng)的電壓與無功功率6.1概述6.2無功功率平衡6.3電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整6.1概述一、電壓偏移的影響對生產(chǎn)、生活的影響－－影響用電設(shè)備的運行性能，亦即技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)：影響照明和電熱設(shè)備的效率或壽命；異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩即功率/出力，與其端電壓的平方成正比；影響電動機的絕緣（發(fā)熱老化或燒毀）；影響電子設(shè)備的穩(wěn)定工作以及壽命。概述對電力系統(tǒng)的影響：低壓運行降低系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；負荷功率一定的情況下，低壓會使機組、變壓器、線路過流，進而過熱；影響汽輪機、鍋爐的正常工作；過高電壓危害設(shè)備絕緣。概述對額定電壓為UN的各級電網(wǎng)，國家允許一定的電壓偏移，即允許電壓有一定波動。

正常情況下：

事故情況下：可在上述基礎(chǔ)上再加5%，但正的最大偏移不能超過10%。綜合無功負荷的電壓靜態(tài)特性----用電設(shè)備實際取用的無功功率隨系統(tǒng)電壓變化的關(guān)系。實際運行情況表明：無功負荷對電壓的變動更敏感(相對有功負荷而言)。系統(tǒng)所能提供的無功功率越少，負荷運行的電壓水平將越低。概述二、無功功率與系統(tǒng)電壓的關(guān)系概述要維持負荷點一定的電壓水平，須向負荷提供其所需的無功；換言之，無功平衡決定系統(tǒng)的運行電壓水平;若系統(tǒng)中無功電源相對無功負荷不足，負荷的端電壓會被迫降低（“犧牲電壓水平”），以求達到新的無功平衡;∴須具備足夠的無功電源，才能在允許電壓偏移范圍內(nèi)保持無功平衡，維持所要求的電壓水平。6.2無功功率平衡一、無功負荷除白熾燈和電阻加熱設(shè)備外的其它用電設(shè)備，以異步電動機為主。（P一定時，提高負荷的功率因數(shù)，可減少無功負荷功率。）二、無功損耗主要為線路和變壓器的無功損耗；小部分并聯(lián)電抗器的無功損耗

用以吸取輕載線路過剩的感性無功，對高壓遠距離輸電有益—降低過電壓。無功功率平衡變壓器的無功損耗，包括：勵磁損耗----近似等于空載電流百分數(shù)，約1~2（其對額定容量的百分數(shù)）。繞組漏抗損耗----具體與變壓器所帶負荷大小有關(guān)；當(dāng)變壓器滿載時，近似等于短路電壓百分值，約10。若一臺變壓器的I0%＝1.5，Uk%＝10.5，則由上式可知：其額定滿載運行時，無功損耗為12％的SN，不很大；但對多級網(wǎng)絡(luò)，其總的無功損耗可能會超過50%，遠大于有功損耗。無功功率平衡電力線路的無功損耗，包括：串聯(lián)電抗中的無功功率損耗（感性）并聯(lián)電納中的充電功率（容性，看作無功損耗時應(yīng)取負號）。jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2無功功率平衡阻性，線路無損容性，無功電源感性，無功負荷jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2無功功率平衡衡三、無功電源源主要包括：同步發(fā)電機以以及過勵運行的同步電動機機靜電電容器靜止無功補償償器110KV及以上線路的的充電功率惟一的有功電電源，最基本本的無功電源源。無功補償裝置置無功電源1、發(fā)電機：可通過改變功功率因數(shù)，““適當(dāng)”調(diào)節(jié)節(jié)發(fā)電機的無無功功率輸出出。機組可發(fā)出的的無功范圍是是有限的：前提－有功備用充分分、有功平衡衡滿足受P-Q運行極限的限限制無功電源功率因數(shù)的改改變受額定視在功率率、轉(zhuǎn)子勵磁磁電流和有功功輸出的限制，范圍圍有限；同時，發(fā)電機機只有在額定狀態(tài)運行，定、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電流才能能利用充分。。發(fā)電機發(fā)出的的無功可調(diào)；；但若機組非額額定狀態(tài)運行行，其容量不不能充分利用用---盡量少用發(fā)電電機調(diào)發(fā)功；；若確實需要時時，利用靠近負荷中心心的發(fā)電機多發(fā)發(fā)無功，使得得無功盡快就地平衡，提提高電壓水平平。無功電源2、電力/靜電電容器優(yōu)點：損耗小，投資資省，運行靈靈活，維護方方便，適于集集中或分散使使用。缺點：調(diào)節(jié)性能差－－－當(dāng)電壓下下降時，其無無功輸出不能能增加，反而而減少---負調(diào)節(jié)效應(yīng)；只能成組投入或切切除運行，不能平滑調(diào)壓壓（為階躍式調(diào)壓））。無功電源3、靜止（無功））補償器（SVC）－－－FACTS的一員，由特種電抗器和和電容器組成，是一種種并聯(lián)聯(lián)接的的動態(tài)無功補補償裝置?；竟ぷ髟砝恚弘娙萜靼l(fā)出可調(diào)（TSC型）或固定的的無功功率（（TCR型）；電抗器則根據(jù)據(jù)負荷變化調(diào)調(diào)節(jié)其吸收的無功功率；；兩者配合響應(yīng)應(yīng)負荷變化，，相應(yīng)改變無無功輸出大小及方向，從而穩(wěn)定或或調(diào)節(jié)系統(tǒng)電電壓。特點：可充當(dāng)無功電源和負負荷的雙重角色；；調(diào)節(jié)性能好、、迅速；靜止元件、工工作可靠。無功電源4、高壓輸電線線路的充電功功率高壓及超高壓壓遠距離輸電電線路可能是一種數(shù)量可觀的無無功功率電源源。線路在系統(tǒng)中中運行時究竟竟是充當(dāng)無功負載還是無功電源，受三個因素素影響：運行電壓等級級、長度及傳傳輸功率大小小電力系統(tǒng)的無無功功率四、無功功率率的平衡方程程平衡方程式：：無功備用容量量，一般為最最大無功負荷荷的7~8%，以防止系系統(tǒng)無功負荷荷增大時，電電壓水平的下下降。無功平衡，特特指在一定節(jié)節(jié)點電壓下的的平衡。而系統(tǒng)節(jié)點眾眾多，無功的的平衡不只是是全系統(tǒng)的，，還需要各地地區(qū)就地平衡衡。若無功電源不充充足，將導(dǎo)致致節(jié)點電壓下下降無功負荷及損損耗的需求相相應(yīng)下降而達達到低電壓下下的無功平衡衡---------無功負荷的電電壓靜特性故而，除了充充分利用發(fā)電機的無功功功率外，系統(tǒng)常需需要進行無功補償來維持無功平平衡維維持符合要要求電壓水平平。電力系統(tǒng)的無無功功率電力系統(tǒng)的無無功功率---小結(jié)總之，無功平平衡是一個比比有功平衡更更復(fù)雜的問題題。不僅要考慮總總的無功功率率平衡，還要要考慮分地區(qū)區(qū)的無功平衡衡，還要計及及超高壓線路路充電功率、、網(wǎng)損、線路路改造、投運運、新變壓器器投運及大用用戶各種對無無功平衡的影影響。系統(tǒng)一般需按按無功功率就就地平衡的原原則進行無功功補償。電力系統(tǒng)的無無功功率---小結(jié)無功功率對電壓有決定性的影響無功功率是引起電壓損耗的主要內(nèi)容無功功率的遠距離傳輸和就地平衡節(jié)點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定性作用無功功率和電電壓的關(guān)系6.3電力力系統(tǒng)的電壓壓調(diào)整一、造成用戶戶端電壓偏移移的原因----電壓損耗的大大小影響電壓損耗大小小變化的因素：負荷大小的改改變---P、Q。個別設(shè)備因檢修或故故障停運，導(dǎo)致的電電網(wǎng)阻抗參參數(shù)的改變變，進而造造成電壓損損耗的改變變---R、X。系統(tǒng)接線方方式的改變變---功率分布及及阻抗改變變。電力系統(tǒng)的的電壓調(diào)整整二、中樞點的電電壓管理（電壓）中樞點－－系統(tǒng)中選定定進行電壓壓監(jiān)視、控控制和調(diào)整整的母線節(jié)節(jié)點。（代表性的的負荷點，，重要的電電壓支撐點點）一般選擇下下列母線為為電壓中樞樞點：區(qū)域性水、、火電廠的的高壓母線線；樞紐變電站站二次母線線；有大量地方方負荷的機機壓母線。。一般：中樞樞點設(shè)置數(shù)數(shù)量不少于于全網(wǎng)220KV及以上電壓壓等級變電所總數(shù)的的7％逆調(diào)壓模式式順調(diào)壓模式式恒調(diào)壓模式式順調(diào)壓模式式電力系統(tǒng)的的電壓調(diào)整整中樞點的三三種調(diào)壓方方式：（1）順調(diào)壓——大負荷時允許中樞樞點母線電電壓略低，小負荷時允許中樞點點母線電壓壓略高。中樞點的三三種調(diào)壓方方式：逆調(diào)壓模式式順調(diào)壓模式式恒調(diào)壓模式式逆調(diào)壓模式式電力系統(tǒng)的的電壓調(diào)整整（2）逆調(diào)壓——大負荷荷時升高中中樞點母線線電壓，小小負荷時降降低中樞點點母線電壓壓。逆調(diào)壓模式式順調(diào)壓模式式恒調(diào)壓模式式恒調(diào)壓模式式電力系統(tǒng)的的電壓調(diào)整整中樞點的三三種調(diào)壓方方式：（2）恒調(diào)壓——任何負負荷下，中中樞點母線線電壓基本本不變。電力系統(tǒng)的的電壓調(diào)整整三、電力系系統(tǒng)的調(diào)壓壓措施（一）系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)壓的基基本措施電力系統(tǒng)中中的電壓管管理1、發(fā)電機機調(diào)壓－－改變發(fā)發(fā)電機轉(zhuǎn)子子電流，可可以改變其其端電壓（（±5％范圍內(nèi)）），從而調(diào)調(diào)整母線電電壓。適用于直接接用發(fā)電機機電壓向用用戶供電的的小系統(tǒng)中中、線路不不長。易于逆調(diào)壓壓。單電源發(fā)電電機進行逆逆調(diào)壓前后后的網(wǎng)絡(luò)電電壓分布情情況分析：：機組電壓恒恒定，最大、最最小負荷時時，機端母母線至末端端負荷點的的電壓損耗分分別為20%和8%，末端電壓波波動范圍為為12%；若機組進行行逆調(diào)壓：：最大負荷時，機端電電壓升高5%UN，最小負荷時為UN，末端負荷電電壓將分別別為0.95和1.02UN，達到電壓質(zhì)質(zhì)量要求。發(fā)電機調(diào)壓壓發(fā)電機調(diào)壓壓注意：機端電壓調(diào)調(diào)整能力有有限，不能能超出5%，難以滿足足遠方負荷荷要求：即即一般單靠靠發(fā)電機調(diào)調(diào)壓，不適適于較長線線路、多電電壓級的供供電系統(tǒng)。。若電壓質(zhì)量量不能滿足足要求，必必須配合其其它調(diào)壓措措施。因此，發(fā)電電機調(diào)壓—能力有限，，但經(jīng)濟方方便，一般般為輔助調(diào)調(diào)壓措施。。2、改變變變壓器變比比（分接頭頭）調(diào)壓改變變比調(diào)調(diào)壓－－實質(zhì)上就是是根據(jù)調(diào)壓壓要求適當(dāng)當(dāng)選擇分接頭頭電壓。改變變壓器器分接頭（（變比）調(diào)調(diào)壓（1）降壓變壓壓器分接頭頭的選擇即低壓繞組組額定電壓壓改變變壓器器分接頭（（變比）調(diào)調(diào)壓顯然，當(dāng)變變壓器通過不同負負荷功率時時，其高壓側(cè)電壓壓、電壓損損耗及低壓壓側(cè)實際運運行電壓均均會相應(yīng)改改變。然而，普通通變壓器須須停電才能換換分接頭，即正常運運行時，無無論負荷如如何變化，，只能使用用一個固定的的分接頭。故選定的分分接頭應(yīng)兼顧各種負負荷水平！改變變壓器器分接頭（（變比）調(diào)調(diào)壓即選最接近近的！小結(jié)：降壓變壓器器分接頭的的選擇—-求解步驟如下：1、根據(jù)最大大和最小負負荷的運行行情況，求求出其一次次側(cè)電壓和和，，以及及通過變壓壓器的負荷荷，，求取變壓器器的電壓損損耗。。2、套用公式式分別計算算最大負荷荷和最小負負荷時的分分接頭選擇擇改變變壓器器分接頭（（變比）調(diào)調(diào)壓4、選擇鄰近近的接頭作作為所選擇擇的接頭3、取其算數(shù)平均值5、套用低壓則電壓計算公式進行驗算改變變壓器器分接頭（（變比）調(diào)調(diào)壓改變變壓器器分接頭（（變比）調(diào)調(diào)壓（與降壓變變類似）（2）普通雙繞繞組變壓器器：升壓變?nèi)鐖D所示，，此時功率率方向從低低壓側(cè)送往往高壓側(cè)，，故前公公式式中中的的△U應(yīng)反反號號，即即應(yīng)應(yīng)將將電電壓壓損損耗耗和和高高壓壓側(cè)側(cè)電電壓壓相相加加。。改變變變變壓壓器器分分接接頭頭（（變變比比））調(diào)調(diào)壓壓此處處的的UNL一般般為為發(fā)發(fā)電電機機額額定定電電壓壓。。實際際應(yīng)應(yīng)用用公公式式計計算算時時，，要要注注意意三三點點：：功率率流流動動的的方方向向、、已已知知的的功功率率處處于于哪哪一一側(cè)側(cè)、、是是否否考考慮慮功功率率損損耗耗。。三繞繞組組變變壓壓器器分分接接頭頭的的選選擇擇（類類似似雙雙繞繞變變，，算算兩兩次次。。））①將高高低低繞繞組組看看作作雙雙繞繞組組，，確確定定高高繞繞組組接接頭頭②將將高高中中繞繞組組看看作作雙雙繞繞組組，，確確定定中中繞繞組組分分接接頭頭位位置置。。改變變變變壓壓器器分分接接頭頭（（變變比比））調(diào)調(diào)壓壓改變變變變壓壓器器分分接接頭頭（（變變比比））調(diào)調(diào)壓壓改變變壓壓器分接接頭（變變比）調(diào)調(diào)壓改變變壓壓器分接接頭（變變比）調(diào)調(diào)壓（1）采用固固定分接接頭的變變壓器調(diào)調(diào)壓，不不能改變變電壓損損耗的數(shù)數(shù)值，也也不能改改變負荷荷變化時時次級電電壓的變變化幅度度；通過對變變比的適適當(dāng)選擇擇，只能能把這一一電壓變變化幅度度對于次次級額定定電壓的的相對位位置進行行適當(dāng)?shù)牡恼{(diào)整。。（2）如果計計及變壓壓器電壓壓損耗在在內(nèi)的總總損耗，，最大負負荷和最最小負荷荷時的電電壓變化化幅度超超過了分分接頭的的可能調(diào)調(diào)整范圍圍，則此此時要裝裝設(shè)帶負負荷調(diào)壓壓的變壓壓器或采采用其它它調(diào)壓措措施。有載調(diào)壓壓變壓器器（加壓壓調(diào)壓變變壓器））1、目前國內(nèi)內(nèi)外廣泛泛采用。。這種變變壓器的的高壓側(cè)側(cè)有可調(diào)調(diào)節(jié)分接接頭的調(diào)調(diào)壓繞組組，能在在帶負荷荷時改變變分接頭頭，調(diào)壓壓范圍較較大，一一般在15%以以上。2、價格格較貴，，一般只只用于樞樞紐變電電所。改變變壓壓器分接接頭（變變比）調(diào)調(diào)壓P和Q的傳輸都都將導(dǎo)致致電壓損損耗；然而，系系統(tǒng)的根根本目的的就是最最大限度度的傳送送P；故減小電壓壓損耗，，主要應(yīng)應(yīng)從無功功功率的的調(diào)整入手。雖然無功功功率的的產(chǎn)生基基本上不不消耗能能源，但但無功的的沿輸電電線傳輸輸卻會引引起有功功及電壓壓的損耗耗。3、改變電電網(wǎng)的無無功分布布調(diào)壓由前述，，電壓損損耗主要要為：∴合理在負負荷端配配置無功功功率補補償設(shè)備備，以就近補償償無功。改變電網(wǎng)網(wǎng)的無功功分布調(diào)調(diào)壓注意：利用無功功補償調(diào)調(diào)壓的效效果與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)質(zhì)及負荷荷情況有有關(guān)。又由只有對高壓電網(wǎng)網(wǎng)、導(dǎo)線線截面大大，R<<X時，無功功功率引起起的電壓壓損耗才才為主，，此時利利用改變變電網(wǎng)無無功分布布的調(diào)壓壓方法效果才明明顯。否則，對對于截面不大大的架空空導(dǎo)線和和電纜線線路，該調(diào)壓壓方法并并不合適。改變電網(wǎng)網(wǎng)無功分分布調(diào)壓壓(高壓電電網(wǎng)效果果明顯)未補償時時，變電電所低壓壓側(cè)母線線電壓歸歸算到高高壓側(cè)的的值改變電網(wǎng)網(wǎng)無功分分布調(diào)壓壓補償后低低壓側(cè)實實際保持持的運行行電壓（6-9）進而，補補償容量量為：改變電網(wǎng)網(wǎng)無功分分布調(diào)壓壓即按最小小負荷時時無補償償考慮改變電網(wǎng)網(wǎng)無功分分布調(diào)壓壓即在第一一步已考考慮變壓壓器調(diào)壓壓后4、改變變輸電線線路參數(shù)數(shù)調(diào)壓低壓電網(wǎng)網(wǎng)中：增大導(dǎo)線線截面，，降低線線路電阻阻，進而而減小電電壓損耗耗。高壓電網(wǎng)網(wǎng)中：最常用－－－利用用串聯(lián)電容容提高線路路末端電電壓利用容抗抗補償線線路的感感抗，使使電壓損損耗中QX/U分量減小??；在線線路負荷荷功率因因數(shù)較低低、無功功負荷份份額大時時作用更更顯著。。補償前補償后改變輸電電線路參參數(shù)調(diào)壓壓補償前補償后補償前補償后假定補償償前后Ui一定改變輸電電線路參參數(shù)調(diào)壓壓實際串聯(lián)聯(lián)電容器器是由單單個標(biāo)準準電容器器串、并并聯(lián)而成成；依據(jù)其額額定電流流、電壓壓需滿足足的關(guān)系系，確定定電容器器的串聯(lián)個數(shù)數(shù)n和并聯(lián)串串?dāng)?shù)m；三相電容容器實際際容量：：改變輸電電線路參參數(shù)調(diào)壓壓電容器串串、并聯(lián)聯(lián)補償?shù)牡谋容^電力系統(tǒng)統(tǒng)的電壓壓調(diào)整（二）合合理使用用調(diào)壓措措施-----綜合考慮慮，合理理配合，，力求在在電壓安安全的條條件下經(jīng)