《精编》电力系统的电压与无功功率概述

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1、 6电力系统的电压与无功功率 6 1概述6 2无功功率平衡6 3电力系统的电压调整 6 1概述 一 电压偏移的影响对生产 生活的影响 影响用电设备的运行性能 亦即技术经济指标 影响照明和电热设备的效率或寿命 异步电动机的最大转矩即功率 出力 与其端电压的平方成正比 影响电动机的绝缘 发热老化或烧毁 影响电子设备的稳定工作以及寿命 概述 对电力系统的影响 低压运行降低系统并列运行的稳定性 负荷功率一定的情况下 低压会使机组 变压器 线路过流 进而过热 影响汽轮机 锅炉的正常工作 过高电压危害设备绝缘 概述 对额定电压为UN的各级电网 国家允许一定的电压偏移 即允许电压有一定波动 正常情况下 事故

2、情况下 可在上述基础上再加5 但正的最大偏移不能超过10 综合无功负荷的电压静态特性 用电设备实际取用的无功功率随系统电压变化的关系 实际运行情况表明 无功负荷对电压的变动更敏感 相对有功负荷而言 系统所能提供的无功功率越少 负荷运行的电压水平将越低 概述 二 无功功率与系统电压的关系 概述 要维持负荷点一定的电压水平 须向负荷提供其所需的无功 换言之 无功平衡决定系统的运行电压水平 若系统中无功电源相对无功负荷不足 负荷的端电压会被迫降低 牺牲电压水平 以求达到新的无功平衡 须具备足够的无功电源 才能在允许电压偏移范围内保持无功平衡 维持所要求的电压水平 6 2无功功率平衡 一 无功负荷除白

3、炽灯和电阻加热设备外的其它用电设备 以异步电动机为主 P一定时 提高负荷的功率因数 可减少无功负荷功率 二 无功损耗主要为线路和变压器的无功损耗 小部分并联电抗器的无功损耗用以吸取轻载线路过剩的感性无功 对高压远距离输电有益 降低过电压 无功功率平衡 变压器的无功损耗 包括 励磁损耗 近似等于空载电流百分数 约1 2 其对额定容量的百分数 绕组漏抗损耗 具体与变压器所带负荷大小有关 当变压器满载时 近似等于短路电压百分值 约10 若一台变压器的I0 1 5 Uk 10 5 则由上式可知 其额定满载运行时 无功损耗为12 的SN 不很大 但对多级网络 其总的无功损耗可能会超过50 远大于有功损耗

4、 无功功率平衡 电力线路的无功损耗 包括 串联电抗中的无功功率损耗 感性 并联电纳中的充电功率 容性 看作无功损耗时应取负号 无功功率平衡 阻性 线路无损容性 无功电源感性 无功负荷 无功功率平衡 三 无功电源主要包括 同步发电机以及过励运行的同步电动机静电电容器静止无功补偿器110KV及以上线路的充电功率 惟一的有功电源 最基本的无功电源 无功补偿装置 无功电源 1 发电机 可通过改变功率因数 适当 调节发电机的无功功率输出 机组可发出的无功范围是有限的 前提 有功备用充分 有功平衡满足受P Q运行极限的限制 无功电源 功率因数的改变受额定视在功率 转子励磁电流和有功输出的限制 范围有限 同

5、时 发电机只有在额定状态运行 定 转子电流才能利用充分 发电机发出的无功可调 但若机组非额定状态运行 其容量不能充分利用 尽量少用发电机调发功 若确实需要时 利用靠近负荷中心的发电机多发无功 使得无功尽快就地平衡 提高电压水平 无功电源 2 电力 静电电容器优点 损耗小 投资省 运行灵活 维护方便 适于集中或分散使用 缺点 调节性能差 当电压下降时 其无功输出不能增加 反而减少 负调节效应 只能成组投入或切除运行 不能平滑调压 为阶跃式调压 无功电源 3 静止 无功 补偿器 SVC FACTS的一员 由特种电抗器和电容器组成 是一种并联联接的动态无功补偿装置 基本工作原理 电容器发出可调 TS

6、C型 或固定的无功功率 TCR型 电抗器则根据负荷变化调节其吸收的无功功率 两者配合响应负荷变化 相应改变无功输出大小及方向 从而稳定或调节系统电压 特点 可充当无功电源和负荷的双重角色 调节性能好 迅速 静止元件 工作可靠 无功电源 4 高压输电线路的充电功率高压及超高压远距离输电线路可能是一种数量可观的无功功率电源 线路在系统中运行时究竟是充当无功负载还是无功电源 受三个因素影响 运行电压等级 长度及传输功率大小 电力系统的无功功率 四 无功功率的平衡方程平衡方程式 无功备用容量 一般为最大无功负荷的7 8 以防止系统无功负荷增大时 电压水平的下降 无功平衡 特指在一定节点电压下的平衡 而

7、系统节点众多 无功的平衡不只是全系统的 还需要各地区就地平衡 若无功电源不充足 将导致节点电压下降无功负荷及损耗的需求相应下降而达到低电压下的无功平衡 无功负荷的电压静特性故而 除了充分利用发电机的无功功率外 系统常需要进行无功补偿来维持无功平衡维持符合要求电压水平 电力系统的无功功率 电力系统的无功功率 小结 总之 无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题 不仅要考虑总的无功功率平衡 还要考虑分地区的无功平衡 还要计及超高压线路充电功率 网损 线路改造 投运 新变压器投运及大用户各种对无功平衡的影响 系统一般需按无功功率就地平衡的原则进行无功补偿 电力系统的无功功率 小结 无功功率和电压的关系

8、6 3电力系统的电压调整 一 造成用户端电压偏移的原因 电压损耗的大小影响电压损耗大小变化的因素 负荷大小的改变 P Q 个别设备因检修或故障停运 导致的电网阻抗参数的改变 进而造成电压损耗的改变 R X 系统接线方式的改变 功率分布及阻抗改变 电力系统的电压调整 二 中枢点的电压管理 电压 中枢点 系统中选定进行电压监视 控制和调整的母线节点 代表性的负荷点 重要的电压支撑点 一般选择下列母线为电压中枢点 区域性水 火电厂的高压母线 枢纽变电站二次母线 有大量地方负荷的机压母线 一般 中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7 逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式 顺调压模

9、式 电力系统的电压调整 中枢点的三种调压方式 1 顺调压 大负荷时允许中枢点母线电压略低 小负荷时允许中枢点母线电压略高 中枢点的三种调压方式 逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式 逆调压模式 电力系统的电压调整 2 逆调压 大负荷时升高中枢点母线电压 小负荷时降低中枢点母线电压 逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式 恒调压模式 电力系统的电压调整 中枢点的三种调压方式 2 恒调压 任何负荷下 中枢点母线电压基本不变 电力系统的电压调整 三 电力系统的调压措施 一 系统调压的基本措施 电力系统中的电压管理 1 发电机调压 改变发电机转子电流 可以改变其端电压 5 范围内 从而调整母线电压 适用于直

10、接用发电机电压向用户供电的小系统中 线路不长 易于逆调压 单电源发电机进行逆调压前后的网络电压分布情况分析 机组电压恒定 最大 最小负荷时 机端母线至末端负荷点的电压损耗分别为20 和8 末端电压波动范围为12 若机组进行逆调压 最大负荷时 机端电压升高5 UN 最小负荷时为UN 末端负荷电压将分别为0 95和1 02UN 达到电压质量要求 发电机调压 发电机调压 注意 机端电压调整能力有限 不能超出5 难以满足远方负荷要求 即一般单靠发电机调压 不适于较长线路 多电压级的供电系统 若电压质量不能满足要求 必须配合其它调压措施 因此 发电机调压 能力有限 但经济方便 一般为辅助调压措施 2 改

11、变变压器变比 分接头 调压 改变变比调压 实质上就是根据调压要求适当选择分接头电压 改变变压器分接头 变比 调压 1 降压变压器分接头的选择 即低压绕组额定电压 改变变压器分接头 变比 调压 显然 当变压器通过不同负荷功率时 其高压侧电压 电压损耗及低压侧实际运行电压均会相应改变 然而 普通变压器须停电才能换分接头 即正常运行时 无论负荷如何变化 只能使用一个固定的分接头 故选定的分接头应兼顾各种负荷水平 改变变压器分接头 变比 调压 即选最接近的 小结 降压变压器分接头的选择 求解步骤如下 1 根据最大和最小负荷的运行情况 求出其一次侧电压和 以及通过变压器的负荷 求取变压器的电压损耗 2

12、套用公式分别计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择 改变变压器分接头 变比 调压 4 选择邻近的接头作为所选择的接头 3 取其算数平均值 5 套用低压则电压计算公式进行验算 改变变压器分接头 变比 调压 改变变压器分接头 变比 调压 与降压变类似 2 普通双绕组变压器 升压变 如图所示 此时功率方向从低压侧送往高压侧 故前公式中的 U应反号 即应将电压损耗和高压侧电压相加 改变变压器分接头 变比 调压 此处的UNL一般为发电机额定电压 实际应用公式计算时 要注意三点 功率流动的方向 已知的功率处于哪一侧 是否考虑功率损耗 三绕组变压器分接头的选择 类似双绕变 算两次 将高低绕组看作双绕组 确定高

13、绕组接头 将高中绕组看作双绕组 确定中绕组分接头位置 改变变压器分接头 变比 调压 改变变压器分接头 变比 调压 改变变压器分接头 变比 调压 改变变压器分接头 变比 调压 1 采用固定分接头的变压器调压 不能改变电压损耗的数值 也不能改变负荷变化时次级电压的变化幅度 通过对变比的适当选择 只能把这一电压变化幅度对于次级额定电压的相对位置进行适当的调整 2 如果计及变压器电压损耗在内的总损耗 最大负荷和最小负荷时的电压变化幅度超过了分接头的可能调整范围 则此时要装设带负荷调压的变压器或采用其它调压措施 有载调压变压器 加压调压变压器 1 目前国内外广泛采用 这种变压器的高压侧有可调节分接头的调

14、压绕组 能在带负荷时改变分接头 调压范围较大 一般在15 以上 2 价格较贵 一般只用于枢纽变电所 改变变压器分接头 变比 调压 P和Q的传输都将导致电压损耗 然而 系统的根本目的就是最大限度的传送P 故减小电压损耗 主要应从无功功率的调整入手 虽然无功功率的产生基本上不消耗能源 但无功的沿输电线传输却会引起有功及电压的损耗 3 改变电网的无功分布调压 由前述 电压损耗主要为 合理在负荷端配置无功功率补偿设备 以就近补偿无功 改变电网的无功分布调压 注意 利用无功补偿调压的效果与网络性质及负荷情况有关 又由只有对高压电网 导线截面大 R X时 无功功率引起的电压损耗才为主 此时利用改变电网无功

15、分布的调压方法效果才明显 否则 对于截面不大的架空导线和电缆线路 该调压方法并不合适 改变电网无功分布调压 高压电网效果明显 未补偿时 变电所低压侧母线电压归算到高压侧的值 改变电网无功分布调压 补偿后低压侧实际保持的运行电压 6 9 进而 补偿容量为 改变电网无功分布调压 即按最小负荷时无补偿考虑 改变电网无功分布调压 即在第一步已考虑变压器调压后 4 改变输电线路参数调压 低压电网中 增大导线截面 降低线路电阻 进而减小电压损耗 高压电网中 最常用 利用串联电容提高线路末端电压利用容抗补偿线路的感抗 使电压损耗中QX U分量减小 在线路负荷功率因数较低 无功负荷份额大时作用更显著 补偿前补

16、偿后 改变输电线路参数调压 补偿前 补偿后 补偿前补偿后 假定补偿前后Ui一定 改变输电线路参数调压 实际串联电容器是由单个标准电容器串 并联而成 依据其额定电流 电压需满足的关系 确定电容器的串联个数n和并联串数m 三相电容器实际容量 改变输电线路参数调压 电容器串 并联补偿的比较 电力系统的电压调整 二 合理使用调压措施 综合考虑 合理配合 力求在电压安全的条件下经济性能最好 1 各种调压措施中 应首先考虑发电机调压 无任何附加投资 优先利用 可减轻其他调压措施的负担 2 对无功电源充裕的系统 采用变压器调压灵活且方便 利用普通变压器的分接头调压 不需附加投资 但操作不便 有载调压变压器造价高 但性能优越 应用日益增多 电力系统的电压调整 无功电源不足时 若采用变压器调压 无法从根本上改善电压质量 反而会使无功功率的缺额更大 恶性循环 严重时可能造成 电压崩溃 故 必须额外投资 增设无功补偿装置 3 对无功电源不足的系统 首先应解决无功电源不足的问题 故采用并联电容器等无功补偿设备为宜 Ps 无功补偿时 应尽量使无功功率分层就地平衡 避免无功功率的远距离传输 电力系统的电压调整 无