電壓系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整

第五章電力系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整

電壓偏移過大對電力系統(tǒng)本身以及用電設(shè)備會帶來不良的影響。（1）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。（4）系統(tǒng)電壓崩潰不行能使全部節(jié)點(diǎn)電壓都保持為額定值。（1）設(shè)備及線路壓降（2）負(fù)荷波動（3）運(yùn)行方式變更（4）無功不足電力系統(tǒng)一般規(guī)定一個電壓偏移的最大允許范圍，例如:35kV及以上供電電壓正負(fù)偏移的確定值之和不超過10%;10kV及以下在±7%以內(nèi)。

第一節(jié)電壓調(diào)整的必要性其次節(jié)電力系統(tǒng)的無功功率平衡電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。

1．無功功率負(fù)荷

一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗異步電動機(jī)圖5-2異步電動機(jī)的簡化等值電路

jX電壓下降,轉(zhuǎn)差增大,定子電流增大.圖5-3異步電動機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系

受載系數(shù):實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比.在額定電壓旁邊，電動機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減2．變壓器的無功損耗假定一臺變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓VS%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%。假如從電源到用戶須要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。3．輸電線路的無功損耗圖5-4輸電線路的π型等值電路

線路的無功總損耗為一般狀況下，35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器及靜止補(bǔ)償器，后三種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置。1.發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可發(fā)出無功功率：發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下運(yùn)行可能發(fā)出的無功功率圖5-5發(fā)電機(jī)的P-Q極限

（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，勵磁電流不再是限制條件，原動機(jī)的機(jī)械功率又成了限制條件。（3）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)C）下運(yùn)行時視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的利用。2.同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。在過勵磁運(yùn)行時，它向系統(tǒng)供應(yīng)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(yùn)行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50%～65%）)，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能依據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑變更輸出（或吸?。┑臒o功功率，進(jìn)行電壓調(diào)整。因而調(diào)整性能較好。

缺點(diǎn)：同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較困難；有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時約為額定容量的(1.5~5)%，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機(jī)每kVA容量的投資費(fèi)用也較大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中運(yùn)用，容量小于5MVA的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所。靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它供應(yīng)的無功功率QC值與所在節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，即缺點(diǎn)：電容器的無功功率調(diào)整性能比較差。優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中運(yùn)用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時功率損耗亦較小，維護(hù)也較便利。QC=U2/XC3.靜電電容器靜止補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸取無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整裝置，就能夠平滑地變更輸出（或吸?。┑臒o功功率。4.靜止補(bǔ)償器圖5-6靜止無功補(bǔ)償器的原理圖

(a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅限制電抗器型；(d)可控硅限制電抗器和可控硅投切電容器組合型17三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)當(dāng)大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。

Qres>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；Qres<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補(bǔ)償裝置。無功不足應(yīng)實(shí)行的措施電力系統(tǒng)的無功功率平衡應(yīng)分別按正常運(yùn)行時的最大和最小負(fù)荷進(jìn)行計算。經(jīng)過無功功率平衡計算發(fā)覺無功功率不足時，可以實(shí)行的措施有：(1)要求各類用戶將負(fù)荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。(2)挖掘系統(tǒng)的無功潛力。例如將系統(tǒng)中短暫閑置的發(fā)電機(jī)改作調(diào)相機(jī)運(yùn)行；動員用戶的同步電動機(jī)過勵磁運(yùn)行等。(3)依據(jù)無功平衡的須要，增加必要的無功補(bǔ)償容量，并按無功功率就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的支配。小容量的、分散的無功補(bǔ)償可接受靜電容電器；大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無功補(bǔ)償則宜接受同步調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器。19圖5-10等值電路和相量圖QGC=QLD+QL四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系

問題：在什么樣的電壓水平下實(shí)現(xiàn)無功功率平衡？例:隱極機(jī)經(jīng)過一段線路向負(fù)荷供電

當(dāng)P為確定值時，得應(yīng)當(dāng)力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡。

圖5-11無功平衡與電壓水平

例5－1異步電機(jī)無功發(fā)電機(jī)無功第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整1．造成電壓偏移的緣由（1）設(shè)備及線路壓降（2）負(fù)荷波動（3）運(yùn)行方式變更（4）無功不足或過剩

一、電力系統(tǒng)電壓偏移的緣由及影響2．電壓偏移的影響（1）電壓偏移，效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。（4）系統(tǒng)電壓崩潰。2435kV及以上電壓供電負(fù)荷:±5%10kV及以下電壓供電負(fù)荷:±7%低壓照明負(fù)荷:+5%~-10%農(nóng)村電網(wǎng):+7.5%~-10%3我國規(guī)定的允許電壓偏移25二、中樞點(diǎn)的電壓管理電壓中樞點(diǎn)：指那些能夠反映和限制整個系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(diǎn)（母線）。1．電壓中樞點(diǎn)的選擇（1）大型發(fā)電廠的高壓母線；（2）樞紐變電所的二次母線；（3）有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠母線。

一般可選擇下列母線作為電壓中樞點(diǎn)：圖5-16電力系統(tǒng)的電壓中樞點(diǎn)

例：中樞點(diǎn)中樞點(diǎn)2．中樞點(diǎn)電壓和負(fù)荷電壓的關(guān)系圖5-17負(fù)荷電壓與中樞點(diǎn)電壓中樞點(diǎn)i的電壓滿足Vimin≤Vi≤Vimax中樞點(diǎn)i的最低電壓Vimin等于在地區(qū)負(fù)荷最大時某用戶允許的最低電壓Vmin加上到中樞點(diǎn)的電壓損耗△Vmax。中樞點(diǎn)i的最高電壓Vimax等于地區(qū)負(fù)荷最小時某用戶允許的最高電壓Vmax加上到中樞點(diǎn)的電壓損耗△Vmin。例：中樞點(diǎn)電壓允許范圍的確定只滿足i節(jié)點(diǎn)負(fù)荷時，中樞點(diǎn)電壓VO應(yīng)維持的電壓為只滿足j節(jié)點(diǎn)負(fù)荷時，中樞點(diǎn)電壓VO應(yīng)維持的電壓為同時考慮i、j兩個負(fù)荷對O點(diǎn)的要求，可得出O點(diǎn)電壓的變更范圍。圖5-19中樞點(diǎn)O電壓容許變更范圍中樞點(diǎn)電壓調(diào)整方式一般分為三類：逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓。(1)逆調(diào)壓最大負(fù)荷時上升電壓，但不超過線路額定電壓的105%，即1.05VN；最小負(fù)荷時降低電壓，但不低于線路的額定電壓，即1.0VN。3．中樞點(diǎn)電壓調(diào)整的方式最大負(fù)荷時降低電壓，但不低于線路額定電壓的2.5%，即1.025VN；最小負(fù)荷時上升電壓，但不超過線路額定電壓的7.5%，即1.075VN。(3)常調(diào)壓電壓保持在較線路額定電壓高2%~5%的數(shù)值，即(1.02~1.05)VN，不隨負(fù)荷變更來調(diào)整中樞點(diǎn)的電壓。

(2)順調(diào)壓三、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整1．電壓調(diào)整的基本原理

圖5-20電壓調(diào)整原理圖

（1）調(diào)整發(fā)電機(jī)勵磁電流以變更發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓VG；（2）變更變壓器的變比k1、k2；（3）變更功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗△V變更；（4）變更網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X），變更電壓損耗△V。電壓調(diào)整的措施：一．變更發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓圖5-21多級變壓供電系統(tǒng)的電壓損耗分布依據(jù)運(yùn)行狀況調(diào)整勵磁電流來變更機(jī)端電壓。適合于由孤立發(fā)電廠不經(jīng)升壓干脆供電的小型電力網(wǎng)。在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)調(diào)壓一般只作為一種幫助性的調(diào)壓措施。第四節(jié)利用發(fā)電機(jī)和