电力系统的无功功率补偿与电压调整

1、第12章电力系统的无功功率平衡及电压调整上一章我们学习了电力系统正常、稳态运行状况的分析和计算。本章和下一章是上章的继续和发展。因这两章将阐述正常、稳态运行状况的优化和调整，亦即保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题。衡量电能质量的指标是频率和电压的偏移。频率偏移以Hz表示，例如±).2Hz。电压偏移以百分数表示，例如±).5%°衡量运行经济性的主要指标是比耗量和线损率。这些技术经济指标的优劣与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调整有吴。而这两方面正分别是接下来两章中将讨论的主要内容。本章主要阐述电力系统中无功功率平衡和电力系统的电压调整两个问题。包括

2、图12-1所示内容。图12-1第12章结构图12-1电力系统的无功功率平衡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功率输出（简称无功出力）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。为此，先对无功负荷、网络损耗和各种无功电源的特点作一些说明，并得到系统无功和电压特性图。一无功负荷和无功损耗大多数用电设备都要消耗无功功率。白炽灯和一些电热设备不消耗无功功率；同步电机可以消耗也可以发出无功功率；而用电设备中的异步电动机消耗的无功功率最大。未经补偿的综合负荷的自然功率因数一般为0.60.9，低值对应于异步电动机比例较高的负荷。这些在运行

3、中要消耗无功功率的负荷，即为无功负荷。无功损耗主要是指电力线路上的无功损耗和变压器的无功损耗。1无功负荷异步电动机在电力系统负荷（特别是无功负荷）中占的比重很大。系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定，其等值电路如图12-2所示。其中X。为定子和转子漏抗，R为转子电阻，Xm为励磁电抗，S为转差率。电动机从电网中吸收的无功功率为：5V2段(12-1)XmjX.T图12-2第12章结构图其中Qm为励磁无功功率损耗，与电压的平方成正比。Q°为漏抗Xb上的无功功率损耗，当负载功率不变时，随电压的降低Qb要增大。综合这两部分无功功率的变化特点，可得图12-3所示曲线，其中B为电动机实际负荷

4、与额定负荷之比，称为电动机的受载系数。图12-3第12章结构图由图12-3可见，在额定电压附近，电动机吸收的无功功率随电压的降低而明显下降，随电压的升高而明显升高；当电压明显低于额定值时，电动机吸收的无功功率随电压的下降反而具有上升的趋势。另外，无功功率的电压特性和电动机的受载系数B有很大关系，B高时，漏抗中的无功功率损耗Qb在电动机总的无功功率中占的比例要高一些。2变压器的无功损耗变压器中的无功功率损耗包括励磁损耗抗AQ。与绕组漏损耗AQt,由等值电路图12-4,可得O11_g-Or-LnRrjXTV Gt4-jBt图12-4第12章结构图Q。V2BtV2席垓沽si(12-2)Qti2Xts

5、iVs%VAMvar(12-3)V2100SN其中Sn为变压器的额定容量；S为变压器负载量；I。为变压器的空载电流；Vs%为变压器的短路电压百分比。可见，励磁功率大致与电压平方成正比；当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方成反比。因此变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。对于单个变压器，满载时的无功功率损耗占无功负荷的11%12%。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相当可观，总和占无功负荷的50%75%。以5级变压网络(10/220,220/110,110/35,35/10,10/0.

6、4kV）为例，统计结果如表12-1所示表12-15级变压网络的变压器损耗所有变压器满载/%所有变压器半载/%励磁损耗77绕组漏抗损耗5012.5总损耗5719.5损耗/负荷5739.03输电线路的无功损耗输电线路用II形等值电路表示如图12-5Pl+jQ1P2+jQ2RjX-TVI jB/2jB/2V2图12-5第12章结构图线路串联电抗中的无功功率损耗 平方成正比，即Ml与所通过电流的p82Ql l2X V1P22 Q22V22(12-4)线路电容的充电功率Qb与电压平方成正比，当作无功损耗时应取负号。0BV22)(12-5)线路的无功总损耗为22QLB2(12-6)35kV及以下的架空线路

7、的充电功率甚小，一般说，这种线路都是消耗无功功率的。110kV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路成为无功负载。110kV及以上的架空线路当传输功率较小时，电纳中产生的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外，还有多余，此时线路就为无功电源。此外，为吸收超高压输电线路充电功率而装设的并联电抗器也属于系统的无功负荷。二无功功率电源电力系统中的无功电源向系统发出感性无功功率。无功电源主要有以下三类：a发电机；b无功补偿电源，包括同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器和静止无功发生器；c110kV及以上电压线路的充电功率。1发电机发电机既是唯一的有功功率电

8、源，又是最基本的无功功率电源。通过调节发电机的励磁电流，改变发电机发出的无功功率。增加励磁电流（电压），则可以增大无功输出；减小励磁电流（电压），则可减小无功输出。发电机在额定运行状态下可发出最大的无功功率为：°GNSgNsinNPGNN7)(12-式,中，Sgn、Pgn、拆分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的有功、无功和视在功率需要运用发电机的运行极限图进行分析。假定隐极发电机联接在恒压母线上，母线电压为发电Vn。E-理In机的等值电路和相量图示于图12-6。图12-6发电机的等值电路和相量图图12-6中C点为额定运行点

9、。电压降相量AC的长度代表Xn，正比于定子额定全电流，也可以说，正比于发电机的额定视在功率Sgn，它在纵轴上的投影AD代表Pgn，在横轴上的投影AB代表Qgn。相量0C的长度代表空载电势E，它正比于发电机的额定励磁电流。当改变功率因数时，发电机发出的有功功率P和无功功率Q要受定子电流额定值（额定视在功率）、转子电流额定值（空载电势）、原动机出力（额定有功功率）的限制。在图12-6中，以A为圆心，以AC为半径的圆弧表示额定视在功率的限制；以0为圆心，以OC为半径的圆弧表示额定转子电流的限制；而水平线DC表示原动机出力的限制。这些限制条件在图中用粗线画出，这就是发电机的运行极限图。从图12-6中可

10、以看到，发电机只有在额定电压、电流和功率因数（即运行点C）下运行时视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利用。发电机降低功率因数运行时，其无功功率输出将受转子电流的限制。当系统无功电源不足，而有功备用容量较充裕时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数，使之在低功率因数下运行，从而多发出无功功率以提高电力网的电压水平，但发电机的运行点不能跃出P-Q极限曲线的范围。2无功补偿装置a同步调相机同步调相机实质上相当于专用的空载运行的大容量同步电动机。同步调相机有三种运行状态如图12-7所示，分别为：（1）正常：与系统间无无功功率的交换；（2）过励磁：向系统供给感性无功功率，起无功电源的作用，提

11、高系统电压，所能提供的最大无功功率取决于它的额定容量；（3）欠励磁：从系统吸取感性无功功率，起无功负荷的作用，降低系统电压，由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的50%65%。(=)(=)©图12-7同步调相机的三种工作状态装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出（或吸收）的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为其额定容量的L53%,容量越小，百分比越大。小容量的调相机每kV

12、A容量的投资费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用。此外，同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。20世纪70年代以来以逐渐被静止无功补偿装置所取代。b静电电容器静电电容器是电力系统中的一种重要的无功功率电源，广泛地应用于改善负荷的功率因数。额定电压VN=3.1510.5kV的静电电容器均为单相式的，单台容量可达40kvar；额定电压Vn小于525V的多为三相式，单台容量可达25-30kvar。由于单台容量有限制，静电电容器一般按三角形和星形接法连接在变电所母线上。用于35kV电力网时，除了并联以外还要多个串联。大容量并联电容装置一般还分为数组，各设有开关，操作开关就可分级调

13、节输出的无功功率。静电电容器只能向系统供给感性的无功功率，所供给的无功功率Qc值与所在节点的电压V的平方成正比，即Qc=V2/Xc（12-8）其中Xc为静电电容器的容抗。在电力系统常用的无功补偿设备中，静电电容器的单位容量费用最低，有功功率损耗最小（约为额定容量的0.3%0.5%），运行维护最简单。它可分散安装在用户处或靠近负荷中心的地点，实现无功功率的就地补偿，获得最好的技术经济效果。此外，改变容量方便，还可根据需要分散拆迁到其它地点。但是，当节点电压下降时，它所供给系统的无功功率将减小。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下降时，电容器无功输出的减小将导致电压继续下降，即电容器的无功功率

14、调节性能比较差。c静止无功补偿器静止无功补偿器（SVC,StaticVarCompensator属于灵活交流输电系统的一员，它由静电电容器和电抗器并联组成。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，就既可以发出无功功率，也可以吸收无功功率，从而能够平滑地改变输出或吸收的无功功率。各类静止无功补偿器在正常工作范围内的无功功率电压静特性如下。1111Vov-图12-8静止无功补偿器在正常工作范围内的无功-电压特性因此近似计算中可以把静止补偿器当作恒电压的无功功率电源。电压变化时，静止补偿器能够快速、平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。与同步调相机相比

15、较，运行维护简单，功率损耗较小，能作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷也有较强的适应性。d静止无功发生器20世纪80年代以来出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这就是静止无功发生器(StaticVarGenerator,SVG)，也被称为静止同步补偿器(STATCOM)或静止调相机(STATCON)0它的主体部分是一个电压源型逆变器。与静止补偿器相比，静止无功发生器的优点是，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。3高压输电线路的充电功率实际上，超高压输电网的线

16、路分布电容产生大量的无功功率，从系统安全运行考虑，需要装设并联电抗器予以吸收。三无功功率平衡无功功率平衡，指电力系统内所有无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷无功功率与变压器、电力线路消耗的无功功率之和。它是在一定节点电压下的平衡。无功功率电源不足将导致节点电压下降。因此，为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量，一般取最大无功负荷的7%8%。令电源可供应的无功功率之和为Qgc,无功负荷之和为QLD,QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用，我们得到系统中无功功率平衡方程式为：QGc-Ql_D-Ql_=Qres(12-9)Qres>0

17、表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；如Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。系统无功电源的总出力QGc包括发电机的无功功率Qg工和各种无功补偿设备的无功功率Qct.，即Qgc=Qge+Qce(12-10)一般要求发电机接近于额定功率因数运行，故可按额定功率因数计算它所发出的无功功率。此时如果系统的无功功率能够平衡，则发电机就保持有一定的无功备用，这是因为发电机的有功功率是留有备用的。调相机和静电电容器等无功补偿装置按额定容量来计算其无功功率。总无功负荷Qld按负荷的有功功率和功率因数计算。为了减少输送无功功率引起的网损，我国有关技术导则规定，以35kV及以上电

18、压等级直接供电的工业负荷，功率因数要达到0.90以上，对其它负荷，功率因数不低于0.85。网络的总无功功率损耗Ql包括变压器的无功损耗Ql“、线路电抗的无功损耗？Ql工和线路电纳的无功功率?QB«-般只计算11OkV及以上电压线路的充电功率)，即Ql=Qltx+?Qlx+?Qb2(12-11)在进行无功功率平衡计算和对无功功率的传输进行规划时，从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应该尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率。因此，仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的，更重要的是还应该分地区分电压级地进行无功功率平衡，也就是要就地补偿。四系统无功功率-电压特性在电力系统运行中，电源

19、的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等。即Qgc=Qld+Ql(12-12)那么上述的无功功率平衡是在什么样的电压水平下实现的呢？下面以一简单的网络为例来说明。隐极发电机经过一段线路向负荷供电，略去各元件电阻，用X表示发电机电抗与线路电抗之和，等值电路如图12-9所示。假定发电机和负荷的有功功率为定值。根据相量图可以确定发电机送到负荷节点的功率为jxP+jQ图12-9简单电力系统及相量图PjQ VIEVsinvi vE ( ) vjX/EV i ( cosXjXVE () V2jx (12-13)ViX(12-14)当P为一定值时，得:EV2。忖。当电势E为一定值时，Q

20、和V的关系如图12-10所示，为一条向下开口的抛物线，在额定值附近，随着电压的升高，把电源向系统提供的无功功率与电压的关系和综合负荷的无功功率与电压的关系画在同一个坐标中，得到系统的无功-电压特性如图12-11。对于负荷来说，由于主要成分是异步电动机，前面已经学习过，异步电劫机无功-电压特性正是图12-11中曲线2。其中曲线1表示电源的无功-电压特性，曲线2表示综合负荷的无功-电压特性。两条曲线的交点a确定了负荷节点的电压值八或者说，系统在电压Va下达到了无功功率的平衡。图12-11系统无功功率-电压特性当负荷增加时，其无功电压特性如曲线2'所示。如果系统的无功电源没有相应增加，电源的

21、无功特性仍然是曲线1。这时曲线1和曲线2'的交点a代表了新的无功平衡点，此时负荷点的电压为Va'，可见，负荷增加后，系统的无功电源已不能满足在电压Va下的无功功率的需要，因此只有降低电压运行，以取得在较低电压下的无功功率平衡。如果发电机具有充足的无功备用，通过调节使发电机的无功特性曲线上移到曲线1'的位置，从而使曲线1和曲线2'的交点c所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Va。可见系统的无功电源比较充足，能满足较高的电压水平下的无功功率的需要，系统就有较高的运行电压水平；反之无功不足就反映为运行电压水平偏低。12-2电压调整的基本概念各种用电设备都是按额定电

22、压来设计制造的。这些设备在额定电压下运行将能取得最佳效果。但是要严格保证所有用户在任何时刻都有额定电压是不可能的，考虑到大多数用电设备在稍许偏离额定值的电压下运行仍有良好的技术性能，合理地规定供电电压的允许偏移是完全必要的，要使网络各处的电压都达到规定的标准，必须采取各种调压措施。一允许电压偏移1电压偏移的影响各种用电设备都是按照额定电压设计的，当它们在额定电压下运行时，处于最佳运行状态，即具有最佳的技术经济指标。当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。具体表现在：照明负荷中的白炽灯，对电压反应灵敏。当运行电压低于额定值的5%，光通量减少至82%；当运行电压低于额定值的10%，光通量

23、减少至70%，发光效率减少至80%；当运行电压高于额定值的5%，使用寿命减少一半；当运行电压高于额定值的10%，使用寿命减少2/3。日光灯对电压变动的反应较不灵敏，但运行电压低于额定值时光通量也将减少，运行电压高于或低于额定值时寿命将缩短。负荷中占有很大比重的异步电动机的电磁转矩与端电压的平方成正比。当运行电压降低10%，转矩下降至81%。若负荷阻力矩不变，电压降低将使电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，效率下降，绕组温度增高，加速绝缘老化，影响电动机的使用寿命，且起动过程加长，由于温度过高，易于烧毁。当端电压太低时，电动机可能由于转矩太小而失速甚至停转。发电厂厂用电中由电动机驱动

24、的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，会导致输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。电压偏移过大，除了影响用户的正常工作以外，对电力系统本身也有不利影响。电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗加大，由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃。而电压过高时，各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高网络中还将增加电晕损耗等。因此，供

25、电管理部门需规定变电所母线的允许电压偏移范围。2允许电压偏移在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的电压损耗也将发生变化。要严格保证所有用户在任何时刻都有额定电压是不可能的，因此，系统运行中各节点出现电压偏移是不可避免的。实际上，大多数用电设备在稍许偏离额定值的电压下运行，仍有良好的技术性能。从技术上和经济上综合考虑，合理地规定供电电压的允许偏移是完全必要的。目前，我国规定的在正常运行情况下供电电压的允许偏移如下：35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额定电压的10%，如供电电压上下偏移同号时，按较大的偏移绝对值作为衡量依据；10kV及以下三相供电电

26、压允许偏移为额定电压的±7%；220V单相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-10%。要使网络各处的电压都达到规定的标准，必须采取各种管理方法，以保证系统中各负荷点的电压在允许的偏移范围内。二中枢点电压管理1概念中枢点：电力系统中许多发电厂、变电所和大型用户节点，要全部监视、控制这些节点的电压是不可能的，也是不必要的。通常在电力系统的大量节点中选择一些具有代表性的节点加以监视、控制，如果这些节点的电压满足要求，则该节点邻近的其他节点的电压基本上也满足要求，这些节点称为电压监视中枢点。电压中枢点一般选择在（1）区域性发电厂的高压母线；（2）有大量地方性负荷的发电厂母线；（3）区域变电

27、所的二次母线。那么中枢点母线电压和负荷点母线电压具有什么关系呢？我们通过计算说明。2计算方法各个负荷点都允许电压有一定的偏移，计及由中枢点到负荷点的线路上的电压损耗，便可确定每个负荷点对中枢点电压的要求。举例说明。A/ik假定由中枢点i向负荷点j和k供电，两负荷点电压Vj和Vk的允许变化范围相同，都是0.951.05Vn。当线路参数一定时，线路上电压损耗AVj和AZk分别与j和k点的负荷有关，假定如图12-12。AVijt/ht/h 0 8 16 24图12-12中枢点系统及线路电压损耗为了满足负荷节点j的调压要求，中枢点电压应该控制的变化范围为：在08时内，Vi（j）=M+AVij=（0.9

28、5-1.05）+0.04=0.99-1.09在824时内，Vi（j尸jAVij=O951.05）+0.1=1.051.15为了满足负荷节点k的调压要求，中枢点电压应该控制的变化范围为：在016时内，Vi(k)=Vk+AVik=(0.951.05)+0.0仁0.961.06在16-24时内，Vi(k)=Vk+AVik=(0.95-1.05)+0.03=0.98-1.08要求在同一张图中表示如图12-13。图中的阴影部分就是同时满足j和k两负荷点调压要求的中枢点电压的允许变化范围。由图12-13可见，尽管j和k两负荷点的电压有10%的变化范围，但是由于两处负荷大小和变化规律不同，两段线路的电压损耗

29、数值及变化规律亦不相同，为了1.091.061.151.081.050.98同时满足两负荷点的电压质量要求，中枢点电压的允许变化范围就大大缩小了，最大时为7%，最小时仅有1%。1.00.990.96081624 t/h图12-13中枢点电压管理实际的电力系统中，由同一中枢点母线供电的负荷很多，若中枢点到各负荷点线路上的电压损耗的数值和变化规律差别很大，完全可能出现在某些时间段内，中枢点的电压允许变动范围没有公共部分。此时仅借控制中枢点电压已不足以控制所有负荷处电压，必须考虑在某些负荷点采取其它调压措施。3调压方式在进行电力系统规划设计时，由于各负荷对电压质量的要求不明确，所以难于具体确定各中枢

30、点电压控制的范围。为此规定了中枢点电压的三种调节方式如表12-2。表12-2三种调压方式方式标幺值（Vn）解释适用场所高峰低谷逆调压1.051周峰负何时提图中枢点母线电压，低谷负荷时降低中枢点母线电压适用于由该中枢点供电的线路较长，负荷变化范围较大等场合顺调压>1.025<1.075高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高适用于用户对电压要求不图或线路较短、负何变动不大的场合恒调压不变且略1要求在任何负荷时中枢点电压基本保持不变且略大于Vn适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者间的情况三电压调整的基本原理以图1214所示的简单电力系统为例，说明常用的各种调压

31、措施所依据的基本原理。发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电。要求调整负荷节点b的电压。为了简单起见，略去线路的电容功率、变压器的励磁功率和网络的功率损耗。变压器的参数已归算到高压侧。b点的电压为：Vg1：kik2：1Vb'-I-：-P+jQxyzR+jX图12.14简单电力系统PRQXVb(VGkiV)/k2(Vgki)/k2(12-15)vb式中，ki和电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。可见，为了调整用户端电压Vb,可以采取以下措施：(1)调节励磁电流以改变发电机端电压Vg；(2)适当选择变压器的变比；(3)改变线路的参数；(4)改

32、变无功功率的分布。12-3电压调整的措施一发电机调压发电机不仅是有功电源，也是无功电源，所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。这是一种充分利用发电机设备，不需额外投资的调压手段。现在同步发电机都装有自动励磁调节设备，可以自动调整发电机的机端电压、分配无功功率并提高电机同步运行的稳定性。按规定，发电机运行在端电压偏离额定值不超过±5%的范围内，能够以额定功率运行。对于供电线路不长、线路上电压损耗不大的系统，通过改变发电机端电压就可以满足负荷点的电压质量要求，不必另外增加调压设备，是最经济合理的调压方式。但是对于线路较长、供电范围较大、由多级变压的供电系统，从发电厂到最远处的负荷点之间

33、，电压损耗的数值和变化幅度都比较大，因而单靠发电机调压是不能解决问题的。因此发电机调压主要是为了满足近处地方负荷电压质量的要求。对于有若干发电厂并列运行的电力系统，利用发电机调压会出现新的问题。前面提到过，节点的无功功率与节点的电压有密切的关系。要求进行电压调整的电厂需要有相当充裕的无功容量储备，一般这是不易满足的。此外，在系统内并列运行的发电厂中，调整个别发电厂的母线电压，会引起系统中无功功率的重新分配，这还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。所以在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种辅助性的调压措施。二改变变压器变比调压改变变压器的变比可以升高或降低次级绕组的电压。为了实现调压，在双绕组变

34、压器的高压绕组上设有若干个分接头以供选择，其中对应额定电压Vn的称为主接头。变压器的低压绕组不设分接头，对于三绕组变压器，一般是在高压绕组和中压绕组设置分接头。改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头，选择变压器抽头，即选择合适的高压绕组分接头电压Vit以满足低压的希望值V2。变压器一般分为两种：一种是普通变压器，这种变压器的分接头开关无消弧能力，只能在停电时切换，所以必须事先选择一个合适的分接头。另一种是有载调压变压器，能够带负载调节分接头，可以随时根据需要调节变压器分接头以满足调压要求。我们重点讨论普通变压器如何根据系统运行状态和调压要求选择分接头。1降压变压器分接头的选择

35、如图所示降压变压器，若通过的功率为P+jQ，高压侧实际电压为心归算到高压侧的变压器阻抗为Rt+jXt，低压侧要求得到的电压为V2，k=Vlt/V2N是变压器的变比，即高压绕组分接头电压Vit和低压绕组额定电压V2N之比，则有Vt(PRtQXt)/ViV2 (Vl把 k=Vlt/V2N 代入 V2(Vl 头电压VT)/k(12-16)VT)/k,便可求得高压侧分接V2(12-17)注意，普通的双绕组变压器的分接头只能在停电的情况下改变。在正常的运行中无论负荷怎样变化都只能使用一个固定的分接头。而当变压器通过不同的功率时，高压侧电压V1、电压损耗AVt以及低压侧所要求的电压V2都要发生变化，使得满

36、足要求的高压侧分接头电压也在发生变化。这时的分接头可以这样求得。分别算出最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压：V1maxVTmaxV11 maxtmax2N max(12-18)inininV1min叮minV.V2Nv2min然后取它们的算术平均值，即v1tmax v1tmin(12-19)根据此wt选择一个与它最接近的分接头，然后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线上的实际电压是否符合要求。2升压变压器分接头的选择与降压变压器分接头的选择方法相同。注意，如图12-15所示，由于此时电流从低压侧流向高压侧，而且只有高压侧才能调节分接头，故V21：kRT+jXTV1P+jQ图1

37、2-15含升压变压器的系统V2MVT)/k(12-20)对应的有(12-21)注意：升压变压器与降压变压器绕组的额定电压是略有差别的。此外，选择发电厂升压变压器的分接头时，在最大和最小负荷情况下，要求发电机的端电压都不能超过规定的允许范围。如果在发电机电压母线上有地方负荷，则应当满足地方负荷对发电机母线的调压要求，一般可采用逆调压方式调压。有载调压变压器能够在电力网电压变化和负荷变化时，不停电地改变分接头位置满足调压要求，调节速度也较快，改变一档分接头约需25s,而且便于实现自动化，是一种有效的调压措施。但它的价格较高，运行维护较复杂，所以应首先用在确有必要的地方。例如两个电力网间的联络变压器

38、，如果负荷方向是变化的或负荷变动范围很大，就需要采用有载调压变压器。同时，还可利用有载调压变压器改变电网间无功功率的分布。对于枢纽变电所，一般需要使用有载调压变压器，作为控制中枢点电压的手段。此外，负荷变化大或调压要求高的变电所，用普通变压器不能满足调压要求时，也可应用有载调压变压器。选择有载调压变压器时，要根据调压要求和负荷变化情况，确定所需的分接头调节范围和每档分接头的调节量。改变变压器变比调压虽然是一种寻常的调压方法，但其先决条件是电网的无功电源容量充裕。如果电网的无功电源容量不足，采用变压器调压，相当于改变电网无功功率的分配，虽然可能提高局部电网的电压水平，但有可能降低主网的电压水平，

39、不利于全网的电压稳定。三利用无功功率补偿调压无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。在电力网络适当的地点接入并联无功功率补偿装置，能够减小线路和变压器输送的无功功率，因而可减小线路和变压器的电压损耗和提高电力网的电压水平。当系统负荷变化时，通过调节无功功率补偿装置输出的无功功率，就能控制电力网的电压。常用的无功功率补偿设备有静电电容器、同步调相机和静止补偿器。1原理图图12-16中，R+jX为电源、线路和变压器归算到高压侧的阻抗之和，k为变压器T的变比，V2为变压器低压母线电压，V2'=kV2为V2归算到高压侧的值V2P+jQIjQc无功

40、补偿 ®-ViIVk:1'<JQDYTR+jX图12-16无功补偿原理图2补偿功率Qc的确定补偿前，有(12-22)PRQXV2'加上并联补偿后，如变压器低压母线电压的期望值为V2R，则有PR (Q QJXVi kV2R kV2RkV2RVc(12-23)式(12-23)中，Vi不变，可以用改变M，即改变Qc的方法使变压器低压母线电压V2等于要求的值V2R。利用V1不变继续求解，有PR (Q QJX% *(12-24)(12-25)kV2RPRQXkV2RQc二(kV2RV21)(1-X式(12-25)等号右边第二项比较小，略去后式(12-25)可简化为:Qc2

41、R(kV2RV2')(12-26)X可见，补偿容量Qc不仅与调压要求V2R而且和变压器变比k的选择均有关。变比k的选择原则是：在满足调压的要求下，使无功补偿容量Qc为最小。由于补偿设备的性能不同，选择变比的条件也不相同，分别阐述如下。3静电电容器通常在大负荷时降压变电所电压偏低，小负荷时电压偏高。电容器只能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。计算步骤如下。首先，根据调压要求，按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头。令V2min为最小负荷时低压母线归算到高压侧的电压，此时低压侧的实际电压为V2min，则V2min7V2min=Vt/V2N，由此可算出变压器的分接头电压为Vt=V2NV2min7V2min(12-27)选定与Vt最接近的分接头Vif并由此确定变比kk=Vit/V2N(12-28)其次，按最大负荷时的调压要求计算补偿容量，即kv2RmaxX(kV2Rmaxv2max)(12-29)式中，V2max'为补偿前变电所低压母线归算到高压侧的电压，V2Rmax为补偿后要求保持的实际电压。按上式算出补偿容量后，就可以从产品目录中选择合适的设备了。最后，根据确定的变比和选定的静电电容器容量，校验实际的电压变化。4同步调相机调相