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1、第八章 电力系统无功及电压调整,8-1 概述 8-2 电力系统的无功平衡 8-3 电力系统中的电压管理 8-4 改变变压器分接头调压 8-5 并联无功补偿设备调压 8-6 改变电力网参数调压 8-7 电力系统综合调压,8-1 概述,一 电压调整的必要性,电压是电能质量的重要指标之一。电压质量对 电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全 生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有 重要的影响。因此电压调整具有一定的重要性,电压偏移的危害,各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果,电压降低,电压降低,电压过低,电压过高,会使网络中功率和能量的损耗加大,一 电压调
2、整的必要性,1 运行电压偏离额定电压的危害,电压偏移的危害,电压降低,电压过低,电压过高,有可能危机电力系统运行稳定性,一 电压调整的必要性,电压过低,1 运行电压偏离额定电压的危害,电压偏移的危害,电压降低,电压过低,电压过高,各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等,一 电压调整的必要性,电压过高,1 运行电压偏离额定电压的危害,图6-1 沿线路各点电压的变化,二 无功功率的平衡,允许电压偏移指标,允许电压偏移指标,一 电压调整的必要性,2 我国规定的电压偏移范围,电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功
3、出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。,一 电压调整的必要性,二 电力系统综合负荷的无功电压特性,1）变压器的无功功率损耗 变压器的励磁损耗,变压器绕组中的无功功率损耗：,假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压UK%=10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。,二 电力系统综合负荷的无功电压特性,2 无功损耗 1）变压器的无功功率损耗,2）输电线路中的无功功率损耗 线路电抗中的无功功率损耗； 线路的电容功率 这两部分功率互为补偿。,二 电
4、力系统综合负荷的无功电压特性,一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率；110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消耗无功功率。,线路究竟是呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定,二 电力系统综合负荷的无功电压特性,2）输电线路中的无功功率损耗,电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿装置。 一 发电机 发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：,8-2 电力系统的无功功率平衡,同步调相机相当于空载运行的同步电动机。 在过励磁运
5、行时：它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压； 在欠励磁运行时：（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50% 65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。,二 同步调相机,优点： 它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。,二 同步调相机,缺点： 运行维护比较复杂； 有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的(1.55)%，容量越小，百分值越大；,由于相应速度慢，运行维护复杂，经济性差。20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代,静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。作为无功电源向系
6、统输送无功功率。,QC=U 2/XC,三 静电电容器,电力电容器提供的无功功率与其安装处的电压平方成正比。,缺点： 电容器的无功功率调节性能比较差，输出无功功率受端电压影响较大； 只能阶跃式的调压。 优点： 运行维护方便； 有功功率损耗小； 单位容量投资小且与总容量的大小几乎无关； 既可集中安装，也可分散布置；,三 静电电容器,静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成 电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。 它可以迅速地按负荷的变化改变无功功率输出的大小和方向，调节或稳定系统的运行电压，尤其适用于作冲击性负荷的无
7、功补偿装置。,四 静止补偿器(SVC),优点： 响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，尤其重要的是，电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流，它的储能元件(如电容器)的容量远比它所提供的无功容量要小。,五 静止无功发生器(SVG),电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。,Qres0 表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Qres0 表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。,四 无功平衡与电压的水平的关系,事故 分析,若功率不平衡,8-3 电力系统中的电压管理,一 电压中枢点的调压方式 二 电
8、压调整的原理及措施 三 改变发电机励磁电流调压,一 电压中枢点的调压方式,调压的目的：使系统中各负荷点的电压偏移限制在规定的范围内 由于电力系统结构复杂，负节点多且分散，故对电力系统电压的监视、控制和调整一般只在某些选定的母线上进行。 这些母线称为电压的中枢点。,一 电压中枢点的调压方式,如果在任何时候中枢点电压允许变化范围都有 公共部分,调整中枢点电压，使其在公共部分的允许范围内变动，就可以满足各负荷点的调压要求，而不必在各负荷点再装设调压设备,一 电压中枢点的调压方式,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。 最大负荷时可保持中枢点
9、电压比线路额定电压高5， 最小负荷时保持为线路额定电压。 供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式,逆调压模式,8-3 电力系统中的电压管理,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5； 小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5的调压模式。 对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式,顺调压模式,8-3 电力系统中的电压管理,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。 即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定
10、的数值，一般较线路额定电压高25,恒调压模式,8-3 电力系统中的电压管理,式中K1和K2分别为升压和降压变压器的变比，R和X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗,二 电压调整的原理及措施,可见，为了调整用户端电压可采取以下措施,（1）调节励磁电流以改变发电机机端电压UG （2）适当选择变压器的变比 （3）改变无功功率的分布 （4）改变线路的参数,二 电压调整的原理及措施,电压 调整 措施,调节发电机端电压,改变变压器变比调压,改变无功功率的分布,改变线路的参数,电力系统的几种主要调压措施,电压 调整 措施,最经济、最直接的调压手段。在考虑调压措施时，应予优先考虑 在直接用机压母线供电的小型系统
11、中，改变发电机的励磁电流可实现逆调压，是一种主要的调压手段； 在多级电压供电系统中，发电机调压只能作为一种辅助调压措施； 发电机的调压范围只有5。,8-4 改变发电机励磁电流调压,电压 调整 措施,改变变压器的变比调压，实质上就是如 何根据调压要求合理地选择变压器的分 接头电压。,8-5 改变变压器分接头调压,电压 调整 措施,一 降压变压器分接头的选择,8-5 改变变压器分接头调压,一 降压变压器分接头的选择,UT（PRTQXT）/U1 U2(U1UT)/k 式中，kU1t/U2N是变压器的变比，即高压绕组分接头电压U1t和低压绕组额定电压U2N之比。将k代入上式，得高压侧分接头电压 U1t
12、(U1UT)/U2 *U2N 当变压器通过不同的功率时，可以通过计算求出在不同负荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压,8-5 改变变压器分接头调压,普通的双绕组变压器的分接头只能在停电得情况下改变，在正常的运行中无论负荷怎样变化只能使用一个固定的分接头。这样可以计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压 U1tmax（U1maxUtmax）U2N/U2max U1tmin（U1minUtmin）U2N/U2min 然后求取它们的算术平均值，即 U1t.av（U1tmax U1tmin）/2 根据值可选择一个与它最接近的分接头。根据所选取的分接头校验最大、最小负荷时低压母线的实际电
13、压是否符合要求,一 降压变压器分接头的选择,8-5 改变变压器分接头调压,当考虑负荷变化时，分别求出最大和最小负荷时的抽头选择，然后取其算术平均值，再进行校验是否满足电压要求，基本步骤如下 ： 1、根据最大和最小负荷的运行情况，根据其一次侧电压 和 ，以及通过变压器的负荷 ， 求取变压器的电压损耗 。 2、套用公式计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择,一 降压变压器分接头的选择,8-5 改变变压器分接头调压,选择邻近的接头作为所选择的接头,3、取其算数平均值,一 降压变压器分接头的选择,8-5 改变变压器分接头调压,4、套用低压则电压计算公式进行验算,一 降压变压器分接头的选择,8-5 改变变
14、压器分接头调压,二 升压变压器分接头的选择,电压 调整 措施,选择升压变压器分接头的方法 与选择降压变压器的基本相同,8-5 改变变压器分接头调压, 将高低绕组看作双绕组，确定高绕组接头 将高中绕组看作双绕组，确定中绕组分接头位置。 注意：功率分布,8-5 改变变压器分接头调压,三 三绕组变压器分接头的选择,8-5 改变变压器分接头调压,在无功不足的电力系统中，不宜采用改变变比调压。,8-6 并联无功补偿设备调压,1、按调压要选择补偿量的基本原理,2、并联无功补偿调压的基本原理,8-6 并联无功补偿设备调压,8-6 并联无功补偿设备调压,电压 调整 措施,（1）补偿设备为静电电容器 电容器只能
15、发出感性无功功率以提高电压，但电压过高时却不能吸收感性无功功率来使电压降低。为了充分利用补偿容量， 在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。,8-6 并联无功补偿设备调压,补偿前电源点的电压为,在负荷端投入无功补偿容量QC后，变压器低压侧折算到高压侧的电压得以提高,8-6 并联无功补偿设备调压,若补偿前后高压侧电压保持不变,由此求出无功补偿容量QC为,8-6 并联无功补偿设备调压,忽略上式括号中的第二项可得,如果降压变压器的变比,补偿前后其低压侧的运行电压分别为U2和U2C ,则有：,8-6 并联无功补偿设备调压,最小负荷运行方式时按无补偿情况选择变压器的分接头,(1)补偿设备为电
16、力电容器,8-6 并联无功补偿设备调压,最大负荷运行方式时全部投入,电压 调整 措施,（2）补偿设备为同步调相机 调相机的特点是既能过励磁运行，又能欠励磁运行。如果调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷按（0.50.65）额定容量欠励磁运行，那么，调相机的容量将得到最充分的利用。,8-6 并联无功补偿设备调压,按允许电压损耗选择合适的地方网导线截面； 在不降低供电可靠性的前提下改变电力系统的运行方式； 在高压电力网中串联电容器补偿。,改变网络参数的常用方法,8-7 改变电力网参数调压,电压 调整 措施,在线路上串联接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中QX/U分量减小，从而可提高线路末端电压,8-7 改变电力网参数调压,电压 调整 措施,1、根据调压要求选择串补,8-7 改变电力网参数调压,定义补偿度,欠补偿,过补偿,全补偿,串联电容补偿度,在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常接
