第10无功与电压

1、第十章电力系统无功功率平衡第十章电力系统无功功率平衡与电压调整与电压调整n电压质量电压质量n供电电压偏移供电电压偏移n电压波动电压波动n闪变闪变n电网谐波电网谐波n三相不对称程度（不平衡程度）三相不对称程度（不平衡程度）主要内容：主要内容：n无功电源负荷无功电源负荷-电压机制电压机制n电力系统中无功功率的平衡与补偿电力系统中无功功率的平衡与补偿n电力系统中的电压管理与调压方法电力系统中的电压管理与调压方法10-1 无功电源负荷无功电源负荷-电压机制电压机制n一、无功功率负荷电压机制一、无功功率负荷电压机制 n有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频

2、率；而无功功率平衡要满足众多的结点一个频率；而无功功率平衡要满足众多的结点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。区系统也需要平衡。举例说明：举例说明：ABGUrjxPjQULLPjQUQxUUGPrQxUUUGPrrPUUUG 2xQUUUG 2NGUrUUrPU2NGUxUUxQU2QPdUdUdQQUdPPUdUn对于高压网，对于高压网，rx,dUP02、无功补偿及功率因数、无功补偿及功率因数n无功补偿的原则：无功补偿的原则：分地区分电压进行无功分地区分电压进行无功平衡平衡n无功补偿的分类：无功补偿的分类：集中补偿、分散补偿、集中

3、补偿、分散补偿、就地补偿。就地补偿。n无功补偿的方法：无功补偿的方法：增加静电电容器、静止增加静电电容器、静止补偿器、调相机等。补偿器、调相机等。n全系统的无功平衡应按：正常、最大、最全系统的无功平衡应按：正常、最大、最小（水电厂的枯水期、丰水期）、甚至应小（水电厂的枯水期、丰水期）、甚至应按某些设备检修或故障运行状态校验。按某些设备检修或故障运行状态校验。n无功功率管理的具体措施包括无功功率管理的具体措施包括： （1）电力用户的功率因数）电力用户的功率因数达到达到0.95以上；以上；（2）分散安装电容器，就地供无功功率。）分散安装电容器，就地供无功功率。（3 3）在一次及二次变电所的低压母线

4、上安装电容器，枢）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无功补偿器；高压送电线末端宜安装静止无功补偿器；（4 4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；（5 5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。n功率因数：功率因数：一般地，以一般地，以35KV及以上直接供及以上直接供电的工业

5、负荷要达到电的工业负荷要达到0.90，其他不低于，其他不低于0.85。n功率因数与电价费率：功率因数与电价费率：当用户端的功率因当用户端的功率因数低于规定的值时，电力部门要按国家规数低于规定的值时，电力部门要按国家规定增加对用户的收费，以示惩罚；反之，定增加对用户的收费，以示惩罚；反之，供电部门要减少收费，供电部门要减少收费， 以示鼓励。（具体以示鼓励。（具体见费率表）见费率表）四、无功平衡与电压水平的关系四、无功平衡与电压水平的关系10-3 电压调整的基本概念电压调整的基本概念一、一、允许的电压偏移允许的电压偏移n35KV及以上供电电压正、负偏移的及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额

6、定电压的绝对值之和不超过额定电压的10%。n10KV及以下供电电压不超过额定电及以下供电电压不超过额定电压的压的7%。n220V单相供电电压不超过额定电压单相供电电压不超过额定电压的的+ +7%、-10%。二、电压管理和调压方法二、电压管理和调压方法n分级管理。分级管理。 n发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。电压曲线调整无功功率和电压。 n地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。其功率因数。实现无功功率就地平衡。 n中心调度所着重监控主网的电压水平

7、。协调全中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。和调整无功潮流。 n协调配合，统一调度与分散控制相结合协调配合，统一调度与分散控制相结合三、电压控制的目的三、电压控制的目的（1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行；稳定运行；（2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供）保持供电电压的正常范围，保证用户的供电质量；电质量；（3）减少网络损耗；）减少网络损耗；（4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系统瓦解统瓦解 四、中枢

8、点电压的管理四、中枢点电压的管理1、中枢点（主要供电点）中枢点（主要供电点）的概念的概念n区域性电厂的高压母线区域性电厂的高压母线n枢纽变电站的二次母线枢纽变电站的二次母线n有大量地区性负荷的发电机电压母线有大量地区性负荷的发电机电压母线2、中枢点允许电压范围的确定、中枢点允许电压范围的确定3、电压调整方法电压调整方法：n逆调压逆调压-最大负荷时可保持中枢点电压比线路最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高额定电压高5%，最小负荷时保持额定电压。，最小负荷时保持额定电压。n顺调压顺调压-大负荷时允许中枢点电压低一些，但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不低于线路额定电压的1

9、02.5%，小负荷时允，小负荷时允许中枢点电压高一些，但不高于线路额定电压许中枢点电压高一些，但不高于线路额定电压的的107.5%。n常调压常调压-在任何负荷下，电压大致保持不变，在任何负荷下，电压大致保持不变，为线路额定电压的为线路额定电压的2%5%。三种电压调节方式三种电压调节方式（1）逆调整）逆调整高峰负荷时升高中枢点母线电高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点；线路较长，负荷变动较大的中枢点； （2 2）顺调整）顺调整高峰负荷时允许中枢点母线电高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中

10、枢点母线电压略高。压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；（3）恒调整）恒调整中枢点母线电压基本不变，中枢点母线电压基本不变，适适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。间的情况。五、电压调整的基本原理电压调整的基本原理2121/kVQXPRkVkVkVVGGb10-4 电压调整的措施电压调整的措施一、发电机调压一、发电机调压 它一般用于孤立系统及电压变化较小的场所。大型它一般用于孤立系统及电压变化较小的场所。大型电力系统中发电机调压只是一种辅助性的调压措施。电力

11、系统中发电机调压只是一种辅助性的调压措施。二、变压器调压二、变压器调压1、降压变压器、降压变压器其中k=v1t/v2N为变压器的变比,故有： 在大负荷、小负荷时变压器损耗不同，致使变电站高在大负荷、小负荷时变压器损耗不同，致使变电站高压母线上电压不相同。压母线上电压不相同。平均电压为：2、升压变压器、升压变压器V1t = V 2N (V1 + VT)/ V2 V2为变压器低压侧实际电压或给定电压，为变压器低压侧实际电压或给定电压， V1为高压侧所要求的电压。为高压侧所要求的电压。方法同降压变压器。方法同降压变压器。3 3、三绕组降压变压器、三绕组降压变压器 看成两个双绕组变压器的并联。在求得三

12、绕组看成两个双绕组变压器的并联。在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对要求。然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。电压要求。四四. . 借改变变压器变比调压借改变变压器变比调压（1）对于双绕组）对于双绕组降压变压器降压变压器iIUiUiU iIUiU i iUS。，要要求求选选择择，低低压压侧侧期期望望电电压压给给定定intaxtiiin

13、axUUUUSUSUImImminmaxminImmaxIm, NitIiiiIiUUkkUUU iNiiItIUUUUU maxmaxImImmaxiNiiaxaxtUUUUUS 时时， minminImImminiNiiinintUUUUUS 时时，（1）对于双绕组）对于双绕组降压变压器降压变压器i普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离为使最大、最小负荷两种情况下变

14、电所低压母线实际电压偏离要求的要求的Uimax，Uimin大体相等，分接头电压应取大体相等，分接头电压应取UtImax，UtImin的的平均值。平均值。2ImImintaxttIUUU 根据根据UtI选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。母线上的实际电压能否满足要求。（2）对于双绕组）对于双绕组升压变压器升压变压器ggUGUgU g。，要要求求选选择择，低低压压侧侧期期望望电电压压给给定定minmaxminmaxminminmaxmax,tGtGggGGUUUUSUSU NgtGgggGgUUkkUUU gNg

15、gGtGUUUUU maxmaxmaxmaxmaxgNggGtGUUUUUS 时时，minminminminminNgtGGggUSUUUU时，SggU gUGU2minmaxtGtGtGUUU （2）对于双绕组升压变压器）对于双绕组升压变压器g有载调压器有载调压器举例：举例：要求要求10KV、35KV母线逆调压，即（母线逆调压，即（5，0）试选择抽头试选择抽头。变压器抽头为。变压器抽头为1103 2.5%/38.55%/10.5KV HML7.77162.5j7.773.78j11.65102j在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如下下：5.5 7.74

16、.12 162.511542.735669.5 6.19115HVUKV01156.19108.83.5 7.772.62 3.78108.827.1959.9 0.16108.8MMVUKVUKV变压器中点电压变压器中点电压中压母线电压中压母线电压108.80.16108.642 11.65 1.5 102108.823.3 153 1.62108.8MMLMUKVUKV108.8 1.62 107.18LMUKV低压母线电压低压母线电压在最小负荷情况下：在最小负荷情况下：02.4 7.77 1.8 162.5116.3418.65292.5 2.67116.34116.342.67113.

17、671.4 7.77 1.05 3.78113.6710.883.97 0.06113.67HVmMVUKVUKVUKV113.670.06113.611 11.650.75 102113.6711.6576.5 0.78113.67113.670.78112.89MmLVLmUKVUKVUKV,10.5107.18107.1810 1.05tH MUKV,10.5112.89118.5310tH mUKV在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5，0）的要求选择高压方的抽头：的要求选择高压方的抽头：选标准抽头选标准抽头110-2.5，即为，即为107.25

18、KV选标准抽头选标准抽头110+3*2.5，即，即118.25KV,107.2535 1.0536.28108.62tM MUKV,118.253536.43113.61tM mUKV固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头：固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头：选标准抽头选标准抽头38.5-5，即为，即为36.57KV选标准抽头选标准抽头38.5-5，即为，即为36.57KV还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行校核校核3、关于无载调压与有载调压关于无载调压与有载调压n无载与有载调压的区别在于能否断电调压。无载与有载调压的区别在于

19、能否断电调压。n无载调压范围比有载调压的范围要小些。无载调压范围比有载调压的范围要小些。n有载调压能实现逆调压。有载调压能实现逆调压。n采用带有附加调压器的加压调压变压器（上章）采用带有附加调压器的加压调压变压器（上章）也能实现有载调压。也能实现有载调压。n采用变压器调压时应与系统无功功率综合考虑，采用变压器调压时应与系统无功功率综合考虑，当无功不足时，采用变压器升压并不合理。当无功不足时，采用变压器升压并不合理。改变变压器变比调压改变变压器变比调压先决条件先决条件 电网的无功电源容量充裕电网的无功电源容量充裕 对负荷变化不大的变电所可适当选择变压对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头

20、进行电压调整。对于负荷变化较大器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数应限制动作的次数。3、利用无功补偿调压、利用无功补偿调压V2/为折算至高压侧的变电站低压侧的母线电压。变压器变比选择原则：变压器变比选择原则：在满足调压的前在满足调压的前提下使无功补偿容量最小。提下使无功补偿容量最小。n采用静电电容器采用静电电容器-最小负荷时全部退出，最大最小负荷时全部退出，最大负荷时全部投入。负荷时全部投入。 步骤如下：步骤如下

21、： 1）根据调压要求，按最小负荷时无补偿时确根据调压要求，按最小负荷时无补偿时确定变压器分接头。定变压器分接头。 2）按最大负荷时的调压要求计算补偿容量。）按最大负荷时的调压要求计算补偿容量。,/,max2max22max2max2max221min2min222min2min2min2min2实际电压电压和补偿后要保持的压母线的归算到高压侧分别为补偿前变电站低据此补偿容量为变压器变比最接近的分接头并确定选择与头电压为故变压器分接则电压和要保持的电压母线的归算到高压侧分别为最小负荷时低压令ccCCCNttNtNtVVkkVVXVQVVkVVVVVVVVVVVn采用同步调相机采用同步调相机Ntt

22、ccccccCccCVVkVVVVVVVkkkVVXVQkkVVXVQ211min22max22min2min2max2max22min2min2min22max2max2max2,65. 05 . 0并确定实际变比电压并选择最接近的分接头相机容量为则最小负荷时代表数值范围用容量为最大负荷时同步调相机举例：举例：nUs保持保持116KV，Urc维持维持10.5KV。试确定负荷端应。试确定负荷端应装无功补偿设备容量装无功补偿设备容量（a)电容器（电容器（b）同步调相机）同步调相机SUrU:1KrUCjQ116KV25120j110/11KV20 15MVA(107.5)MVA20 25 15 1

23、2011696.1711610 257.5 120116106.09116rMrmUKVUKV 归算到高压侧母线归算到高压侧母线11106.09111.1410.5tHmUKV210.596.1711010.57.73var120110/111120 25157.73120116104.1711611104.1710.4211011106.0910.61110CrMrMrmQMUKVUKVUKV（a）采用静电电容器）采用静电电容器最小负荷时，选用额定抽头最小负荷时，选用额定抽头110KV最大负荷时，电容器容量的决定与校验：最大负荷时，电容器容量的决定与校验：10.510.596.17210.5

24、10.5 106.99.799.79 11.0107.68tHKKKUKV 210.596.17107.2510.511120107.2511 5.32varCQM（b）采用同步补偿机调压）采用同步补偿机调压选选-2.5分头，即分头，即107.25KV选用选用Qc=5.0Mvar校验校验20 25155120116103.0711610 257.52.5120116103.511611103.0710.57107.2511103.510.62107.25rMrmrMrmUKVUKVUKVUKV 4、线路串联电容调压、线路串联电容调压故有：串联电容器组（共m*n个）有：mINCICmaxnVNC

25、ICmax*XCQC=3mnQNC=3mnVNCINC12-4 调压措施的应用更复杂的系统 在进行集中自动控制时，应满足在进行集中自动控制时，应满足以下条件：以下条件：n电力系统内各重要枢纽点的电压偏移应在电力系统内各重要枢纽点的电压偏移应在给定的允许范围内给定的允许范围内n在被控制的系统内线路功率损耗最小。在被控制的系统内线路功率损耗最小。n调整设备的运行状态在允许的范围内。调整设备的运行状态在允许的范围内。例例1：发电厂装有两台容量为：发电厂装有两台容量为31.5MVA、额定变比为额定变比为121/10.5kV的变压器。由变压器输出的最大负荷为的变压器。由变压器输出的最大负荷为50+j40MVA、最小负荷为最小负荷为25+j15MVA 。 要求高压母线电压要求高压母线电压UH维持维持116kV恒定不变，恒定不变， 且发电且发电机母线须实行逆调压机母线须实行逆调压(Umax为为1.05UN，及及Umin为为1.0UN)以以满足地方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高满足地方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高压侧的等值阻抗为压侧的等值阻抗为1.47+j2