电压系统无功功率和电压调整

第五章电力系统无功功率和电压调整

电压偏移过大对电力系统本身以及用电设备会带来不良的影响。（1）效率下降，经济性变差。（2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。（3）电压过低，电机发热。（4）系统电压崩溃不行能使全部节点电压都保持为额定值。（1）设备及线路压降（2）负荷波动（3）运行方式变更（4）无功不足电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围，例如:35kV及以上供电电压正负偏移的确定值之和不超过10%;10kV及以下在±7%以内。

第一节电压调整的必要性其次节电力系统的无功功率平衡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。

1．无功功率负荷

一、无功功率负荷和无功功率损耗异步电动机图5-2异步电动机的简化等值电路

jX电压下降,转差增大,定子电流增大.图5-3异步电动机的无功功率与端电压的关系

受载系数:实际负载和额定负载之比.在额定电压旁边，电动机的无功功率随电压的升降而增减2．变压器的无功损耗假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压VS%=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%。假如从电源到用户须要经过好几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。3．输电线路的无功损耗图5-4输电线路的π型等值电路

线路的无功总损耗为一般状况下，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。二、无功功率电源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。1.发电机发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：发电机在非额定功率因数下运行可能发出的无功功率图5-5发电机的P-Q极限

（1）当发电机低于额定功率因数运行时，能增加输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定值。（2）当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。（3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（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。2.同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供应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。它能依据装设地点电压的数值平滑变更输出（或吸取）的无功功率，进行电压调整。因而调整性能较好。

缺点：同步调相机是旋转机械，运行维护比较困难；有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的(1.5~5)%，容量越小，百分值越大；小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。故同步调相机宜大容量集中运用，容量小于5MVA的一般不装设。同步调相机常安装在枢纽变电所。静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供应的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即缺点：电容器的无功功率调整性能比较差。优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中运用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较便利。QC=U2/XC3.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，电抗器可吸取无功功率，两者结合起来，再配以适当的调整装置，就能够平滑地变更输出（或吸取）的无功功率。4.静止补偿器图5-6静止无功补偿器的原理图

(a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型；(c)可控硅限制电抗器型；(d)可控硅限制电抗器和可控硅投切电容器组合型17三、无功功率平衡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当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。

Qres>0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。无功不足应实行的措施电力系统的无功功率平衡应分别按正常运行时的最大和最小负荷进行计算。经过无功功率平衡计算发觉无功功率不足时，可以实行的措施有：(1)要求各类用户将负荷的功率因数提高到现行规程规定的数值。(2)挖掘系统的无功潜力。例如将系统中短暂闲置的发电机改作调相机运行；动员用户的同步电动机过励磁运行等。(3)依据无功平衡的须要，增加必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的支配。小容量的、分散的无功补偿可接受静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿则宜接受同步调相机或静止补偿器。19图5-10等值电路和相量图QGC=QLD+QL四、无功功率平衡和电压水平的关系

问题：在什么样的电压水平下实现无功功率平衡？例:隐极机经过一段线路向负荷供电

当P为确定值时，得应当力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。

图5-11无功平衡与电压水平

例5－1异步电机无功发电机无功第三节电力系统的电压调整1．造成电压偏移的缘由（1）设备及线路压降（2）负荷波动（3）运行方式变更（4）无功不足或过剩

一、电力系统电压偏移的缘由及影响2．电压偏移的影响（1）电压偏移，效率下降，经济性变差。（2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。（3）电压过低，电机发热。（4）系统电压崩溃。2435kV及以上电压供电负荷:±5%10kV及以下电压供电负荷:±7%低压照明负荷:+5%~-10%农村电网:+7.5%~-10%3我国规定的允许电压偏移25二、中枢点的电压管理电压中枢点：指那些能够反映和限制整个系统电压水平的节点（母线）。1．电压中枢点的选择（1）大型发电厂的高压母线；（2）枢纽变电所的二次母线；（3）有大量地方性负荷的发电厂母线。

一般可选择下列母线作为电压中枢点：图5-16电力系统的电压中枢点

例：中枢点中枢点2．中枢点电压和负荷电压的关系图5-17负荷电压与中枢点电压中枢点i的电压满足Vimin≤Vi≤Vimax中枢点i的最低电压Vimin等于在地区负荷最大时某用户允许的最低电压Vmin加上到中枢点的电压损耗△Vmax。中枢点i的最高电压Vimax等于地区负荷最小时某用户允许的最高电压Vmax加上到中枢点的电压损耗△Vmin。例：中枢点电压允许范围的确定只满足i节点负荷时，中枢点电压VO应维持的电压为只满足j节点负荷时，中枢点电压VO应维持的电压为同时考虑i、j两个负荷对O点的要求，可得出O点电压的变更范围。图5-19中枢点O电压容许变更范围中枢点电压调整方式一般分为三类：逆调压、顺调压和常调压。(1)逆调压最大负荷时上升电压，但不超过线路额定电压的105%，即1.05VN；最小负荷时降低电压，但不低于线路的额定电压，即1.0VN。3．中枢点电压调整的方式最大负荷时降低电压，但不低于线路额定电压的2.5%，即1.025VN；最小负荷时上升电压，但不超过线路额定电压的7.5%，即1.075VN。(3)常调压电压保持在较线路额定电压高2%~5%的数值，即(1.02~1.05)VN，不随负荷变更来调整中枢点的电压。

(2)顺调压三、电力系统的电压调整1．电压调整的基本原理

图5-20电压调整原理图

（1）调整发电机励磁电流以变更发电机机端电压VG；（2）变更变压器的变比k1、k2；（3）变更功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△V变更；（4）变更网络参数R+jX（主要是X），变更电压损耗△V。电压调整的措施：一．变更发电机端电压调压图5-21多级变压供电系统的电压损耗分布依据运行状况调整励磁电流来变更机端电压。适合于由孤立发电厂不经升压干脆供电的小型电力网。在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种帮助性的调压措施。第四节利用发电机和