第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整

1、第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整第六章第六章 电力系统无功功率的平衡和电力系统无功功率的平衡和电压调整电压调整v第一节 电力系统中无功功率的平衡v第二节 电力系统的电压管理v第三节 电力系统的几种调压措施v第四节 电力线路导线截面的选择第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整第一节 电力系统中无功功率的平衡一、无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6-0.9。2、电力系统的无功损耗 （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。其中

2、励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流的百分值，约为1一2；绕组漏抗中损耗,在变压器满载时，基本上等于短路电压UK的百分值，约为10。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整（2）电力线路的无功损耗 电力线路的无功损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电损耗，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功功率与负荷电流的平方成正比，呈感性。线路不长，长度不超过100km，电压等级为220kv电力线路，线路将消耗感性无功功率；线路较长，其长度为300km左右，对220kv电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性；线路大

3、于300km，线路为电容性的。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源包括同步发电机、调相机、并联电容器和静止补偿器等。 1、同步发电机调整发电机励磁电流，可以调整调整发电机励磁电流，可以调整发电机无功出力；发电机无功出力；发电机无功功率发电机无功功率 调整范围为：调整范围为：max.min.GGGQQQ第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整2、调相机 过激运行过激运行发电机输出感性无功发电机输出感性无功功率，为功率，为无功电源无功电源；欠激运行欠激运行发电发电机吸收感性无功功率，为机吸收感性无功功率，为无功负荷无功负荷。第六章 电力系统无功功率的平衡

4、和电压调整3、并联电容器 吸收容性无功，输出感性无功。吸收容性无功，输出感性无功。cCxUQ2第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整4、静止补偿器 静止补偿器由静止补偿器由静电电容器静电电容器与与电抗器电抗器并联组成。并联组成。电容器电容器可发出可发出无功功率，无功功率，电抗器电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的的调节装置调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。(a)(a)可控电抗器型；可控电抗器型；(b)(b)可控硅投切电容器型可控硅投切电容器型；(c)(c)自饱和电抗器型；自饱和电

5、抗器型；第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整三、无功功率的平衡 电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电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。功功率和网络中的无功损耗。 0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； 0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。resQresQCGGCBLLTLresLLDGCQQQQQQQQQQQ第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整第二节 电力系统的电压管理一、中枢点电压管理 电力系统进行调压得目的，就是要采

6、取各种措施，使用户处的电压偏移保持在规定的范围内。但由于电力系统结构复杂，负荷较多，如对每个用电设备电压都进行监视和调整，不仅不经济而且无必要。因此，电力系统电压的监视和调整可通过监视、调整电压中枢点电压来实现。 电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。因为很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住住这些电的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整1、电压中枢点的选择电压中枢点的选择在：v区域性水、火电厂的高压母线v枢纽变电所二次母线v有大量

7、地方负荷的发电厂母线v城市直降变电所二次母线2、中枢点的调压方式中枢点的调压方式分为逆调压、顺调压和恒调压三类。v逆调压：在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5，在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。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整v顺调压：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。v恒调压：介于前

8、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的数值，一般较线路额定电压高25。二、电压调整的基本原理 拥有较充足的无功功率电源是保证电缆系统有较好的运行电压水平的必要条件，但是要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。 第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整电压调整原理图 2121/ )(kVQXPRkVkVkVVNGGi （1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压VG；（2）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗V 变化；（4）改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗V。电压调整的措施：现以下

9、图为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理：第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整第三节 电力系统的几种调压方式一、改变发电机机端电压调压 这种调压手段是一种不需要耗费投资，且是最直接的调压方法，应首先考虑采用。发电机的电压调整是借助于调整发电机的励磁电压，以改变发电机转子绕组的励磁电流，就可以改变发电机定子端电压。 不同类型的供电网络，发电机调压所起的作用是不同的。 对于发电机不经升压直接供电的小型电力系统，供电线路不长，线路上电压损耗不大，借改变发电机端电压的方法，例如实行逆调压，就可以满足负荷点要求的电压质量。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整v对由发电机经多级变压向负荷供电

10、的大中型电力系统，线路较长，供电范围大，从发电厂到最远处的负荷之间的电压损耗和变化幅度都很大。这时，单靠发电机调压是不能解决问题的。发电机调压主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求，即发电机采用逆调压方式。对于远处负荷电压变动，只能靠其它调压方式来解决。v对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，利用发电机调压，会出现新的问题。首先，当要提高发电机的电压时，则该发电机就要多输出无功功率，这就要求进行电压调整的电厂的母线电压，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的调压措施。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整二、

11、改变变压器变比调压1、降压变压器分接头的选择降压变压器KVVVVQXPRVTTTT)(/ )(121式中， 是变压器的变比，即高压绕组分接头电压 和低压绕组额定电压 之比。将k代入上式，得高压侧分接头电压: 当变压器通过不同得功率时，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。 NtVVk21/tV1NV2NTtVVVVV2211/ )(第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整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然后求取它们的算术平均值，即 根

12、据值可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电压上的实际电压是否符合要求min22minmin1min1max22maxmax1max1)()(VVVVVVVVVVNttNtt2/ )(min1max11tttavVVV第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整当考虑负荷变化时，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，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、套用公式计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择1maxu1minum

13、axmaxPjQmaxmaxPjQmaxmin,VV1maxmax1 max22maxtNVVVVV1minmin1 min22mintNVVVVV第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整4、选择邻近的接头作为所选择的接头 3、取其算数平均值11 max1 min1()2tttVVV5、套用低压则电压计算公式进行验算1maxmax2max21TNtVVVVV1minmin2min21TNtVVVVV第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整2、升压变压器分接头的选择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升压变压器 由于升压变压器中功率方向是从低压侧送往高压侧的，故公式中VT前的符号

14、应相反，即应将电压损耗和高压侧电压相加。因而有式中， V2为变压器低压侧的实际电压或给定电压； V1为高压侧所要求的电压。NTtVVVVV2211)(第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整3、三绕组变压器分接头的选择 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4、有载调压变压器 有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头而且调节范围也比较大，一般在15%以上。 目前我国暂定，110kV级的调压变压器有7个分接头，即VN32.5%；220kV级的有9个分接头即VN42.0%。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整 采用有载调压变压器时

15、，可以根据最大负荷算得的V1tmax值和最小负荷算得的V1tmin 分别选择各自合适的分接头。这样就能缩小次级电压的变化幅度，甚至改变电压变化的趋势。 有载调压变压器接线图第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整三、改变网络中无功功率分布调压 当电力系统中无功电源不足时，就不能单靠改变变压器变比调压。而需要在适当地点对所缺无功进行补偿，这样也就改变了电力网中无功功率的分布。 按调压要求选择无功补偿设备容量2PRQXVV2()ePRQQXVx122PRQXVVV1、并联无功补偿调压的基本原理2、按调压要选择补偿量的基本原理 第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整第二项很小 122()cccPR

16、QQ XVVV2222()cccPRQQXPRQXVVVV22222()()ccccVPR QXPR QXQVVxxV222()cccVQxVx2222()ccck VVQVxk2222()cck VVVx于是有第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整选择补偿容量的基本原则：在满足各种运行方式下的调压要求下，与其它调压方式配合，使补偿容量最小。有补偿的变压器选择的基本原则：在满足调压的要求下，使补偿容量最小。（1）选用并联电容器 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

17、负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整 根据调压要求，按最小负荷时没有补偿这样变 压器变比 1minmin122()tNrVVVVV 按最大负荷时的调压要求选择补偿容量 22 max2max2 max()cccVVQVkxk 校验实际电压是否满足要求第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整（2）选用同期调相机 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。同步调相机容量选择:最大负荷时调相机发出全部容性无功 ，最小负

18、荷时吸收 感性无功（ ）。cNQcNQ0.50.0522 max22 max()cmacccVVQVkxk22 min2min2 min()cccVVQVkxk第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整2 min2 min2min2 max2 max2max()()ccccVkVVVkVV 2 max 2max2 min 2min222 max2 minccccrVVVkVV 按以上公式选择k和 CNQ可得两式相除： 第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整第四节 电力线路导线截面的选择 电力线路导线的投资在电力线路总投资中所占的比重较大，在一般35110Kv架空电力线路中，导线投资约占30%左

19、右。正确地选择电力线路的导线截面，对电网的经济运行，提高电能的质量至关重要。一、按经济电流密度选择导线截面 根据经济条件选择导线截面，要考虑两方面问题：从降低功率损耗及电能损耗的条件出发，则导线截面越大越有利；从减少投资和节约有色金属出发，则导线截面越小越好。而电力线路投资和电能损耗都影响年运行费。综合考虑了各方面的因素，定出符合总的经济利益的导线截面称为经济截面，对应于经济截面的电流称为经济电源密度。第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整1、电力网的年运行费电力网的年运行费包括四个部分：（1）设备的折旧费：电力网中各种设备在运行期间将逐渐陈旧、老化，更新设备所需的费用叫做折旧费。（2）设备

20、的小修费和维护管理费：为保证电力网中设备的技术质量，设备必须进行经常性的小修和运行中的维护和管理，这方面所需要的费用称为小修费和维护管理费。（3）电能损耗费：电力网的电能损耗费是以电力网一年的网损电能乘以计算电价而决定的。2、经济电流密度 经济电流密度对应于不同的 而有不同的值。maxT第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整3、按经济电流密度选择导线截面首先必须确定电力线路输送的最大负荷。然后根据负荷的性质，得知最大负荷利用小时数 ，由表可查出所用导线材料的经济电流密度 。最后计算导线截面为maxT)(cos32maxmaxmmJUPJISjNjjJ二、按机械强度的要求选择导线最小容许截面 为了保证电力线路在运行中安全，