第06章电力系统无功功率平衡与电压调整汇总

1、六章电力系统无功功率平衡与电压调整电斥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，实现电力系统在正常电压水平下的 无功功率平衡，并留有必要的备用容量， 是保证电压质量的前提严系统中各种无功电源的无功出力应能满足 系统负荷和网络损耗在额定电压卜对无功 功率的需求，否则电压就会偏离额定值第六章电http:/lit6-1电力系统无功功率平衡、无功负荷和无功损耗（）无功功率负荷备种用电设备中除和对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率.为 数不多的同步电动机町发出一部分无功功率外，人多数都要消耗无功功 率。因此.无论丁业或农业用户都以滞后功率因数运行.其值约为0649。K屮.较

2、大的鮭对应于采用大容S：同步电动机的场合.畀步 机在系统中占冇很人的比重，其消耗的无功为Qu二QuJQ。二七广X。Qm为励磁无功功率a是漏抗中的损耗（二）无功功率损耗1.变压器的无功损耗变压器中的无功功率损耗分两部分即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗励磁支路损耗的百分值其本上等于空伐电流6的百分值， 约为1% 2%不融负荷大小的改变而变化,称Z为不变损耗：绕组漏抗中损耗 与所带负荷的人小冇关,称为可变损耗.在变压器满越时,基本上等于 短路电压4的百分值，约为 2%。但对参电压级网络。变压器屮的无 功功率损耗就相当可观。变爪器的无功损厲是感性的Or辺+心FT6电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并

3、联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这 种损耗又称充电功率，与线路电爪的半方成止比， 容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成疋比，呆感性。线路的无功总损耗-般悄况下，35kV及以下系统消耗无功功率:HOkV及以上系统，轻载或牢载时，成为无功电源，二、无功功率电源电力系统的无功功率电源右发电机同步调柑机静电电容器及挣止补偿器1发电机 最基本的无功电源.的可产生无功也可吸收无功 发电机在额定状态下运行时.可发出无功功舉：=S* sinv=PON（PN发电机在非额定功率因数F运行时可能发出的无功功率由极限图决疋半径AC的圆弧-定子额定电流的限制半径OC的侧弧转J；额定电流的限制水平线

4、DC -脈动机出力的限制nDF -当发电机超前功率因数运行即进 相运行时（发出有功吸收无功）.发电机 静态总定件和定了端部温升的限制冯系统无功电源不足而冇功备用充裕时.对以利用矗近负荷屮心的发电 机障低功率因索运行，#发无功少发从金不发仃如 系统无功允裕，可提筒功 率因数.在臥段运行：如无功过剩.可进相运行2.输电线路的无功损耗传输功率AQ +AQ厂If呦 T（中;）发电机的P Q厂浄电电容器连接在变电所母线上。它供给的无功功率Qc值 与所在节点电压的平方成正比，即QcW/Xc优点：静电电容器的装设容虽可大可小，既可集中使川， 乂可以分散安装。H电容器每单位容駅的投资费川较小.运 行时功率损耗

5、亦较小，维护也较方便。-缺点：电容器的无功功率调节件能比较差。发出无功与线 路电压平方成正比，在电压偏低最需耍无功的时候发出的无 功反而减少。” -3.同步调相机同步调和机相当于旋转着的、不带机械负戏的同步电动机厂在过励磁运彳j时，它向系统供给感牲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（欠励磁放人容讹只仃过励磁容尿的50%65%），它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作川，町降低系统电丿尺”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，因而调节件能较好缺点A 同步调相机是旋转机械，运行维护比较父朵有功功率损耗较大,在满负荷时约为额定容量的（1.5

6、5）%,容暈越小，百分值越大”小容暈的调相机每kVA容量的投资费用也较人。故同步调和机 宜大容量集中使用，容虽小J 5MVA的一般不装设同步调相机常安装在枢纽变电所8静电电容器无功功率平衡的基本要求无功电源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屮的无功损耗Z和A 系统还必须配置一定的无功备用容磧 ”尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率， 应该分地.4.静止补偿器静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成，电容器可发岀无功功率， 电抗器可吸收无功功率，再配以适勻的调装置.就能够屮滑地改变输 出（或吸收）的无功功率，电猝和电悠组成滤波电路，滤去高次谐波，以免产生电流和电压的畸变 运

7、行维护简咆，损兀较小，对冲击负荷有较强的适应性可装丁枢纽变 电所进行电爪控制，也可装于大的冲由负荷侧,如轧钢厂做无功补偿9三、无功功率平衡区分电压级地进行无功功率平衡 般情况卜按照正常、最大和加小负荷的运行 方式计算无功衡，必要时还应校验某些设备 检修时或故障后运行力式卜的无功功率平衡电力系统无功功率的平衡关系(1)参考累计的运行材料确定木來的、有代衣性的预想冇功功率H负荷曲线(2)确定出现无功功率口加人负的时系统川无功功率熨億的分配(3)假设各无功功率电源的容忙和配疋悄况以及荣枢纽点的电压水平(4)计算系统中的潮流分布(5)根据潮流分布情况,统计出平衡关系式中*项数虬判斯系统中无功功 率能否

8、平衡 如统计结果衣明系统中无功功率仃缺额， 则应变更I:列假设条件.匝做 潮流分伯计舁：而无功始终无法衡.则应考虑增坡无功电源的方案(三)无功储备无功平衡的前捉是系统的电压水平正常。和冇功样.系统中也应该保 持定的无功储备。般取最人负荷的78。叽电力系统中供应的无功功率应与消耗的无功相平衡电源供W的无功之和工如述0。+浹调郴机供应 的无功2和F联电容 蛊供应的无 功Z和养止补偿 装衬供应的 无功Z和11(-)定期作无功平衡计算的内容某输电系统各元件参数如下：发电机：&=50MW，cos0 = O.85 t/N= 10.5kV变压器T1和台SN=31.5MVA,P=38.5kW.APk=

9、148kW, lo%=O.8f4=10.5. /(T=121/10.5变压器2变比kT=110/1h其余参数同T1线路每回每公里0.165欧姆，xo=O.4O9欧姆bo=2.82X1O-6西门子试根据无功功率平衡的需耍确怎无功补偿容ht o-T-l刁04j30MVAT-lHOkV例6-1输电线路2L= /?L+jXt=|x(0.165 + j0.409) x 100 =8.25+ j20.45(Q)=-X2X2.82X106X100 = 2.82X106(S)2L2A0严AQBZ=-丄BJJ；=-2.82xl0-4x)102=-3.412(Mvar)输电系统等值电路备上图(二)无功补偿的功率平

10、衡计算作为初步佔贰，先川负荷功率计算变压器绕组损耗和线路损耗RlT=心 + & + 陷 T92 + &25 + 0.902 = 10.244(0)XLT= X” + X, + XT, = 24.402 + 20.45 + 20.167 = 65.019(Q)402+ WA5LT= -Qi -x(10.244 + j65.019) = 2.116 + jl3.434(Nf A)SQ=Sw+ASLT+ A501+ jAQi + j%二40 + j30 + 2 116 + j 13 343+0 077+j0 504+0077+J0.504J3412-j3 412=42.27 +j37

11、 618(MVA)若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行,其输出功率SG= 42 27 + j42 27 x tg 42 27+j26 196|MVA)此时无功缺额达到37.618- 26.196=11.422(Mvar)根据以上对无功功率缺额的初步估算,拟在变压器 2的低压 侧设置10Mvar补偿容量，补偿询负荷功率因数为0.8,补偿示 可提高到0.895. U及补偿后例61累计到发电机端的输电系统的总功率需求为线路和变压器绕组损耗还会减少, 发电机将能在额定功率因数附近运行40：+ 20no-S；= 40.22623 837-0412 40 226+j20 425(MVA)40 6：+

12、 P 4”：AS. =* -0 4*ASTl=毅 片0广：仁匕输电系统要求发电机输岀的功率为5O= 41 614 + J20 453-0 I94 + J4 336+0 077+jO 504= 41 885-*-j25.293(MVA)o一设置补偿设备Q,后毎年町卩约的电能损耗费用G(a)=(a+刃心a-设誉补偿设备QM需比费的费用 冃标换数足C= (A/冇dLa.厂一分别为折旧维修率和投资冋收率Kc取位容址补偿设备投资，TC/kvar 0单位电能损耗价格，尤/kWh汰一全网最丈负荷损耗小时数=06-3电压管理和借发电机、变压器调压 、概述(-)调整电压的必要性电压质量对电力系统的安全与经济运行

13、，对保证用门安全 生产和产品质就以及电气设备的安全与存命冇币:裳的影响。匸电压偏离额定值导致设备效率降低，经济性能变差电压过拓会减小照明设备使川寿命，对电气设备绝缘造成不利 影响击穿电压过低使异步机的转差率增大，电流增加,温升增加,使用 寿命缩短对系统影响:电压降低引起厂川电动机功率下降,影响发电机 出力：功率损耗增加：还町能危及电力系统运行的稳定性时升高电压.比线路额定电压高5%即105久就小负荷时，使中枢点电压降至线路额定电压(2)顺调压:适用亍小型网络,供电线路不长,负荷变动不大加大负荷时降低电压.不低线路额定电压的25。即1.025(人：加小负荷时升周电压，但不趙过线路额定电爪的7.5

14、%,即1.075t/No(3)常调压:适用于股型网络,负荷变动相差不多屮枢点电压保持在比线路额定电压髙2-5% , (1.02-L05) 292.从规划角度管理多级变压供电系统的电压损耗分布多级变压供电系统的电压损耗分布15%-35%(-)借改变发电机端电压调压卜现代同步发电机在端电压偏离额定值5的范围内能够以额定功率运 行.根据运行惜况调节励碗电流來改变机端电压适合于由孤立发电厂不经升压直接供电的小型电力网.左大空电力系统中发电机调压般只作为种辅助性的调压措施.调压的 闲难不仅在于电压损耗的绝对值过大,而11更主耍的是在于不同运行方式卜 电压损耗之差(变化幅度)太大逆调压:发电机调压主要处为

15、了满足近处地方负衙的电压质屋要求,发电 机电压在最人负荷时提高5%.绘小负荷时保持为额定电压,采取这种逆训 压方式.对丁解决多级变压供电系统的调压问题也是冇利的4%10H4%8H_2%.3%t2H3%6-KBl | lOC- llOkV |三.电力系统的调压方法砒1%2%U（-）改变变压器变比调压、出改变变Jk器的变比可以升島或降低次级绕组的电爪改变变压 器的变比凋压实际上就是根据调压要求适当选择分接头I变压器的分接头夂 双绕组变压、器的高压绕组和三绕组变压器的 禹压绕纽及中压绕组一般有若干个分接头可供选 择，通过选择不同的分接头，町以改变变压益的 交比改变分接头的方式：沪有载调压变压器:带负

16、荷改变分接头,允许变压 器在带负荷情况下改变其分接头位置无载调爪变压器，变压器必须先退出丄作才能改 变比分接头31无裁调压变压器正常的运行屮只能使用个固定的分接头,可以取最人 负荷和披小负荷卜所农求的分接头电压的均值最大负荷 最小负荷平均值nimix=(HIDIX- MAmax) )N12 AAzinax tllmin = (llmin - *1 mm/umiu “HI=(tllBux十2根据如值可选择 个9它最接近的分接头咚K创人负荷和最小负荷 时低压母线上的实杯电压是否满足耍求a2.双绕组变压器分接头电压的计算 降压变压器T1:低压母线要求电压/I3- “丨和K、电HMIK：AU,=（PR

17、“4QXriyi/,变压器的变比KU%分接头电压sW%T3-人血4JiU“、，随变斤器要通过的功率而变化，可以求出在不同的负 荷卜为满足低压侧训压要求所应选择的髙压侧分接头电压升压变压器T3：选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基木相同A 高压母线要求电压心龟：变用器的变比x可得分接头电爪的计算公式:=（3lmax +3max）N32/32maxt31nm=（3】mm + ”3nwi“冋/给!t31=（t3lraK + “Ulmin 2”无论是升压变爪器还是降爪变压器，计算分接头电压后,选择一个与计算值眾接近的分接头电压，Z后再校验-般三绕组变压器的高、屮压绕纽侧有分接头町供选 择使用

18、,低压绕组无分接头。具体选择分接头的计算方法 可分两次套用双绕组变压器分接头的选择方法（1）首先由高、低压两侧按低压侧的调压要求,确定出高压 侧的分接头（2）由高、中压两侧按屮压侧调压要求，确定中压侧分接头（3）最后校验中压侧和低压侧的调压效果是否满足耍求校验时，电爪偏移小于两个相邻分接头电斥差的-半, 即认为满足要求，如8000kVA以上容录变爪器的分接头电 压 5 土2X2.5%,如偏差三绕组变压器分接头电压的计算1.25%（0.0125心）即可36例6-2某降爪变电所装设一容蛀为20 M V A,侧母线电爪允许偏移在报大和最小负荷时分别是额疋电爪的2.5%和7.5%.最人和最小负荷为18

19、MVA和7MVA,cos歼0.8,变压器高压侧的电压在任何负荷卜均维持为107.5kVo变压 器的参数为：乞0.5, Pk=163kW,不计激磁影响。试选 择变压器的分接头。例6-2 变压器最大和最小负荷SmBX= 18x0.8 +jl8x0.6 = 14.4 +jl0.8( MVA)SIUO= 7 x 0.8 + j7 x 0.6 = 5.6 + j4.2(MVA)最大和最小负荷低爪母线要求电压最大负倚时电爪低Ul2mx=10 x(14-2.5%) = 10.25( kV)眾小 讷讨电II；為2nm = 10 x( 1+7.5%) =10.75( kV)A 由高压侧给定电压算出归算到高圧侧的

20、低压母线电压为最大负荷时.14.4x493 +10.8 x 63 5U；沁厂旳唤=107.5-八八.5.6x4.93+4.2x63.5W-20MVAlia/likV电压为110/11kV的变压器,变压器低压解变爪器x 104.93(0)163x】0：20000：37最小负荷时心=匕-出山=107.5- -解得心=99.9kV,U爲=104.6kV38几!K：1 12例6-2A 分接头电压最大贲荷吋分接头电压般人负荷対低儿母线电儿 Sz = “:曲 9Xio7 25=1O25(kV)嚴小1Wc补偿后2久+-川PR+QX “ FR+(Q-Q)X如果补偿前后E保持不变+=%+vJ可解得PR + QX

21、 PR + QX+ -2：;匕）240忽略第二项 变压器的变比为K.补偿后低压母线电压为2c补偿容竝9调压耍求和降压变压器的变比选择均仃关。变比K的选择原则：TL在满足调压的要求卜， 使无功补偿容量为垃小， 无功补 偿设备的性能不同，选择变比的条件也不相同二、最小补偿容量的确定补偿容贾9调爪要求和降爪变爪器的变比选择均冇关。这 就要求衣确定补偿容量之前,先确定变压器的变比,而变比的 确定又与选择的补偿设备种类有关1.并联电容器按最小负荷时，电容器全部退出运行时的调压要求确定变压器变比选择变爪器分接头电爪与SH相接近.选定后得补偿MXUH3D-nmiUg/UN2按最大负荷时2.同步调相机/首先确

22、定变比K(丄、彊丿仙调相机容量为：2 =芒竺最小负荷时调相机容彊应为-*2=今计5心-纬竺”可解出：尺_喰+刃严“帕2“MX+ 2cmin保持105kV,试确定补偿设备釆用电容器时的设备容量。解：()变电所低压侧母线0算到烏压侧的电压 因为苜翊电压已知.宜采用首嵋功率汁算网络电压损耗确上实际变比”确定补偿容址1506-“ST 2 STOkV降压变电所低压母线要求常调压,Zr= 26 +j 130(0)丰20 jl5MV/102c maxUJ二U厂冬仝上鸟仝二118-也二26二21?、130二89 37(kV)33t/厂110%胡-生3“】8”竺型330“05.6曲)iu、no42级火负荷时辽口

23、 =J5- 无功补偿容蚩取电容器容量12MvarSi/*。詡卜20矽26+74x00* g | qno乩=务=罟=10525(kV)心=沽罟=10561(刊满足要求U2cmax1301x IO2= 12.62(Mvar)例63Ti S】8kVTOkVT-2U：20 jlSMVA10 J7.5MVAI2. = 264 j 130(。厂 + s(三)验算最大负荷时受端低压侧的实际电压4=竺零也x(26+jl30)：=0.88+j44(MVA)SlM=SllM+ 成细=20+j(15-+0&+j4420.88+j7.MVA)U、-118kVHOkVS20+jlSMVAS3M-noT2炉未加串

24、联电容前5牙串联容抗乂匚示才 纠十“X-址）c5兴补偿前片电压损耗Z差就是线路末端电压町捉髙的数值厂QXJE严樓据线路木端电压需耍提高的数值（AU-UC）,就对 求得需姿补偿的电容器的容抗值X_耳（皿-现） Q串联电容器容量的计算 如果每台电容器的额定电流为 INCINC，额定电压为 UNCUNC,额定容量为 QNC=UNCINCQNC=UNCINC，贝 U U 可根据通过的最大负荷电流 IcmaxIcmax 和所需 的容抗值 XCXC 分别计算电容器串、并联的台数 n n，m m 以及三相电容器的总容量QCQC。mlNOmlNO ICmaxICmax nUNOnUNO ICmaxXCICmaxXC QCQC = = 3mnQNC3mnQNC = = 3mnUNC3mnUNC INCINC 串联电容器组 三相总共需要的电容器台数为 3mn3mn。三相电容器组的容 量为 3mnQNC3mnQNC 4646并联电容与串联电容补偿的比较 从调压的角度看，并联电容补偿和串联电容 补偿的作用都在