电网无功功率和电压及其调整

10电压质量：是指缓慢变化〔电压变化率小于每秒1%时的实际电压值与系统标称电压值之差〕的电压偏差值指标用户端供电电压允许偏差值10%；〔2〕10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；〔3〕220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%；电力网电压质量掌握指标对只有220kV及以下电压等级的兴义电网而言为系统额定电压的0%～+10%；事故运行方式时为系统额定电压的-5%～+10%；110、35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为额定电压的-3%～+7%；事故运行方式时为系统额定电压的±10%；带地区供电负荷的变电站和发电厂〔直属〕的10〔6〕kV母0～+7%；特别运行方式下的电压允许偏差值由调度部门确定。无功电源建设和配置原则电网的无功补偿配置应能保证在系统有功负荷顶峰和低谷运行方式下，分〔电压〕层和分〔供电〕区的无功平衡；分层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡；110kV及以下配电系统的无功平衡；无功补偿配置应依据分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；降损与调压相结合，以降损为主的原则。35～220kV变电站的无功补偿要求应避开通过远距离线路输送无功电力；确定。220kV变电站配置的无功补偿容量应使顶峰负荷时变压器220kV侧功率因素到达0.9510%～25%〔城15～30%〕；35kV～110kV变电站配置的无功补偿容量应使顶峰负荷时变压器高压侧的功率因素到达0.9510%～30%。并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因素在0.5滞相～0.97〔进相压力量；电力用户的无功补偿止向电网反送电力的措施。0.950.95；〔2〕100kVA10kV供电的电力用户，其功率因素宜到达0.95以上；〔3〕0.90以上。电力企业管辖的变电站应依据调度下达的电压曲线准时投入或切除无功补偿装置，并逐步实现自动掌握方式；母线电压；整无功出力，防止无功电力倒送。无功电力调度各级调度部门应依据并网运行的发电、电网企业供给的无功力调度方案，并按此实施调度；无功电力调度实行按调度权限划分下的分级治理；各级调度应依据负荷变化状况和电压运行状况，准时调整调压装置及无功补偿装置。电压调整在满足电压合格的条件下，电压调整应遵循无功电力分层分区平衡原则；按权限进展无功调压计算，定期编制调整各级网络主变压器力曲线；电网电压超出规定值时，应实行调整发电机、增减并联电容器〔或并联电抗器〕容量等措施解决；局部网络电压的下降或上升，可实行转变有功或无功电力潮措施加以解决；在电压水平影响到电网安全时，调度部门有限实行限制负荷和解列机组、线路等措施。电压质量监测点的设置原则电网电压质量监测点的设置220kV及以上电网的发电企业高压母线的电压，220kV及以上电压等级的母线电压，均属于电网电压质量的监测范围；供电电压质量监测点的设置供电电压质量监测分为A、B、C、D四类A10kV母线电压；B类：35kV110kV供电的用户端电压；C10kV10MW负荷至少设一个监测点；D类：380/220V低压网络及用户，要求每百台配电变压器至少设两个电压质量监测点。电压质量合格率的计算电压合格率计算公式如下：监测点电压合格率〔以分为时间单位〕V (%)(1电压超上限时间电压超下限时间100%i 电压监测总时间电网电压合格率网

ni1

(电网监测点电压合格率〕n式中：n——电网监测点点数供电电压合格率V V VVV0.5( B C D)供式中：V

AVVVA B C

3——A、B、C、D类的电压合格率D电压合格率统计和上报年、月度电网电压合格率由电网公司调度部门负责统计并上报；年、月度供电电压合格率由各级生产治理部门负责统计并上报。年度电网电压合格率到达99.0%以上；年度供电电压合格率到达98.0%。保证各类用户受电电压质量合格是确定各级电网允许的最大电压损失的前提；各级电网的电压损失应按具体状况计算，并规定各级电压的允许1-1表所列的值。电压损失安排值〔%〕电网电压变压器电压损失安排值〔%〕电网电压变压器线路110kV<22～5<34.5～7.535kV2～4.52.5～510kV及以下2～48～1010kV线路2～4配电变压器2～4低压线路〔包括接户线〕4～6负荷的电压静态特性：指在频率恒定时，电压和负荷的关系，即U f(P,Q)的关系。其中无功负荷与电压之间的变化较为重要。由于荷变化引起的电压波动也远较有功负荷为大。有功负荷的电压静态特性负荷的电压静态特性{无功负荷的电压静态特性有功负荷的电压静态特性打算于负荷性质及各类负荷所占的比重与电压零次方成正比的负荷：同步电动机、感应电动机等；与电压的平方成正比的负荷：照明、电热、电炉、整流负荷等；与电压的平方成反比的负荷：电力线路损失〔在输送功率不比例小，故无视不计〕。电力系统有功负荷的电压静态特性计算公式：PFH*

aaU0 1

2 aU*2*

2……..〔1〕*a、a*0

、a——各类负荷占总负荷的百分数1 2aaa10 1 2

微分，得*K P K FH

2aU

**PU U%

1 * 2P ——电压变化∆U引起的负荷变化FHK ——有功负荷的电压效应系数PUK 的物理意义是：因电压变化引起的有功负荷变化对电压变化PU的比值。KPU

0.55～0.9之间。PU之间。

0.2～31实测负荷电压静态特性曲线图中负荷比例：异步电动机=82.5%同步电动机=1.3%电热电炉=15%整流设备=1.2%1为Pf(U曲线——有功负荷的电压静态特性曲* *曲线2为QfU曲线〔无电容器补偿〕*Q U* *曲线3为

f(*

曲线〔电容器补偿51*各类无功负荷的电压静态特性异步电动机是无功功率的主要消耗者，它打算着无功负荷的电压静态特性。异步电动机的等值回路如图2所示2异步电动机的等值回路异步电动机的空载特性如图3所示3异步电动机的空载特性异步电动机无功负荷Q与端电压U4所示其中是负载系数电动机实际负荷异步电动机消耗的总无功功率为：QQ QD OD SD0=I2X I2X 〔3〕0m s0式中Q I2X 为励磁回路消耗的无功0OD mQ I2X为漏抗中消耗的无功SD s30

电压变化引起的I0

变化大，电压低时，其变化引起的I0

变化小。QSD

的大小亦即负荷电流 I的大小与负荷等值阻抗R(1S/SR/S大小有关。当电压上升时，转差率S减小，负荷等值阻抗R/S增大，负荷电流I减小，反之则I增大。可见电压升降时QOD

和Q 的变化是相反的。在电压高时Q 变化SD OD大，起主导作用，在电压低时，QSD

变化大，起主导作用。因此异步4所示。4QU的关系曲线在额定电压四周，无功随电压的上升而增加，随电压降低而减小。在电压低于某一数值时，电压降低，无功反而增加。变压器消耗的无功功率变压器的励磁无功功率与励磁电流I

0

随电压的降0而增加。其数值为：QQ QB OB SB=I%S=0 eX

(Se

…………………. 〕100 B Ue输电线路中的无功损耗与电压的平方成反比P2Q2Q3I2X 1 1X1L L U2 L1线路的充电功率与电压的平方成正比Q U2bLLC 1照明、电阻炉等由于不消耗无功与电压的变化无关无功负荷的电压调整效应系数dQK QU dU对电压变化之比称之。其变化范围比K无无功补偿设备有关。

的变化范围要大，且与有、PU12、3为电力系统无功负荷的电压静态特性曲线。假设了系统的电压等于常数〔即当频率变化时维持系统电压不变〕。〔即当电压变化时，维持系统频率不变〕，这是不符合实际运行状况的。由于连接电力系统某一结点的负荷〔有功和无功〕不仅与某一结点〔指系统〕态特性应当用以下函数关系表示Pf(U、f)Qf(U、f)电力系统的负荷静态特性

有功负荷的频率静态特性无功负荷的频率静态特性有功负荷的电压静态特性无功负荷的电压静态特性有关的表达式太简单，本讲义略去。电力系统负荷的静态特性通常由试验求得。为什么要开展无功功率的平衡50%的无功功率消耗在输、变、配电设备上，50%的无功功率消耗于电力用户。电压质量，必需保证电力系统的无功功率平衡。区平衡。发出的无功功率要等于电网中各个环节上的无功功率损耗和用户所消耗的无功功率〔即无功负荷〕之和。无功功率平衡是维持电网电压水平的首要条件。无功功率平衡的分类次日的无功平衡下月的无功平衡

下季度分月的无功平衡下年度分季的无功平衡次日的无功平衡主要考虑次日的最大负荷及最小负荷时的无功功率平衡；最大负荷时重点争论无功功率缺乏引起的电压下降；最小负荷时重点争论无功功率过剩引起的电压上升；如无功功率电源充分，应进一步争论无功电源的最优安排。下月的无功平衡依据下月的负荷打算及打算检修状况，首先进展总的无功平衡；假设总的能够平衡，再进一步争论分区的无功平衡；对无功缺乏〔或电压低〕地区，应削减无功耗用量，即安排局部用户用电设备协作检修。下年度分季的无功平衡下一年的无功平衡可以依据当年的实际无功负荷水平及下一年预计增加的无功电源和无功负荷进展总的平衡；总平衡无问题时，则进一步开展分区的无功平衡。无功功率平衡应留意的问题尽可能做到无功功率分层、分区就地平衡，削减无功功率在网上的流淌，以降低全网线损；应计及超高压系统产生的充电功率的变化及影响；应留意到下一年度设备〔发、输、变及用户〕及大型用户功率因素提高对无功平衡的影响。种因素之后，才能做好无功平衡的工作。无功电源全系统的无功电源可用下式表示QQQQ1 F C

Q 〔5〕TQ

——全系统全部发电机组的无功出力〔按P-Q曲线〕FQ——全系统并联电容补偿容量〔通常取额定容量〕CQ 〔110kV及以上LC电压线路，按平均电压计算〕Q——全系统调相机组的无功出力〔按额定容量计算〕T修正。无功负荷全系统的无功负荷可用下式表示QQ2 FH

QQ 〔6〕B L式中：Q ——全系统各变电站及大型用户二次侧所带无功负荷FHQ

——各有关变电站变压器无功功率总损失BQ——全系统输电线路上的无功功率损失L留意：为简化计算，在计算FH的无功功率作为无功负荷。无功平衡

时，对直配线可直接取线路出口总的无功平衡为：QQQ1 2当Q0时，说明总的无功功率能够平衡。留意：在作分区的无功平衡时，假设不能平衡，则应考虑从无功有功补偿设备。无功平衡方案编制运行方式确实定在编制无功平衡方案前，首先确定可能消灭的运行方式。进展各方式无功平衡的计算〔潮流、电压计算〕计算中应留意结果分析，到达潮流合理、电压合格、网损较小，并绘制各方式全系统的无功平衡潮流图。绘制全系统总的无功功率平衡表，见表3-1.无功电源〔Mvar〕无功负荷〔Mvar无功电源〔Mvar〕无功负荷〔Mvar〕运行QQ方式FCQLCQ1QFHQBQQ平衡结果备2L〔Mvar〕注1〕2〕3〕4〕5〕7〕1K值的计算依据电力系统实际运行资料计算无功对有功的比值KK值又称为电网最大自然无功负荷系数。QKPMM

………………..〔7〕PM

——最大有功发电负荷Q——无功电源最大值〔它与PM

有可能不同时消灭〕QQQQ Q 〔8〕M F C LC T留意：Q、Q、Q 、QF C LC

是实际运行设备无功功率的最大值。TK电网最高电压等级3-2220kVKK电网最高电压等级变压级数变压级数220kV110kV35kV10kV220/110/35/101.25～1.41.15～1.31.1～1.251.0～1.151.0～1.15220/110/100.9～1.050.9～1.05由上表可见，K值与电网构造、变压级数、负荷组成、负荷水平及电网可参照上表数值估算。当本网中发电机有功功率比重较大时，K值宜取高值；上级网或邻网输入有功功率比重大时，K宜取较低值。2增容性无功补偿容量的计算3-3年份工程〔一〕需有功发电负荷年份工程〔一〕需有功发电负荷〔二〕需无功总容量〔QM=kPM〕1、发电无功功率、110kV〔四〕需补偿无功容量〔二〕-〔三〕〔五〕现有补偿无功容量〔六〕需增补偿容量〔四〕-〔五〕则提高功率因数运行，以增加负荷端补偿容量，假设送电距离近，则应充分利用发电机组的无功功率；2〕线路充电功率，按已有和规划送电线路长度估算。3-4年份工程年份工程一〕220〔110〕kV〔二〕地区无功负荷[〔一〕K]〔三〕需无功备用容量〔四〕地区需无功总容量[(二)+〔三〕]〔五〕地区无功电源1、发电机可能发出的无功出力3、110kV4、从网外可能输入的无功功率〔六〕需增补偿容量[(四)−〔五〕]铭牌值；网外输入的无功功率应按经济原则要求，尽可能少；7-8%，或视网而定；地区无功平衡所用K3-2的值选用。架空输电线路充电功率〔3-5〕3-5Mvar/100公里导线型号110Kv(单)220kV〔单导线〕220kV〔双分裂〕LGJ-1203.24LGJ-1503.3LGJ-1853.3517.3LGJ-2403.4312.717.5LGJQ-3003.4812.917.7LGJQ-4003.5413.217.9LGJQ-50013.418.1LGJQ-60013.618.313Mvar18.0Mvar。无功补偿设备配置应贯彻执行分层分区和就地平衡的原则220～500kV电网，应尽量保持各电压层间的无功功率平衡，削减各电压层间的无功功率串动；110kV及以下的供电网，应实现无功功率分区和就地平衡。功率损耗为目的。电网中的无功补偿承受集中补偿和分散补偿的原则以削减变压器高压侧输入电源线路的无功功率；保证电压质量的前提下承受。分组补偿一般结合降低线路有功损耗，用于单电源的长辐射线路或对电压要求较高的用户变电所或变压器，35kV以下的网络；就地补偿是针对用户用电能角度考虑，一般均以并联电容补偿为主。无功功率经济当量无功功率经济当量：指增加每千乏无功功率所削减有功功率损耗的平均值。用C表示PPC 1P

P2C

2QQC U2C

R13(kW/kvar) 〕P1

P2

QC

kW。Q——无功补偿容量，kvarCQ ——补偿前的无功功率，kvar由〔9〕式可见：C与网络的有效电阻RP越远〔或导线截面越小〕，效果也就越大，所以无功补偿的原则是：就近〔负荷处〕补偿；C与电网电压平方成反比〔电压越高，电流越小原因〕；P网络中原输送的无功功率Q越大，CP较低时无功补偿的经济效果较大；

值越大，即在功率因素QQ值之差越小，CC

值越小，即CP

随补偿容量的增大而降低，即补偿效果随补偿容量的增加而降低。因此补偿容量需要多少，应依据技术经济比较来确定。压中枢点的电压偏移不越出规定范围是电网电压调整的关键。〔即电压最低的一点及在最小负荷时电压损失最小的一点〔即电压最高的一点〕作为依据，使他们的电压允许偏差在规定值的±5%范围以内。线。电压中枢点设置原则区域性水、火电厂的高压母线〔有多回出线〕母线短路容量较大的220kV变电站母线有大量地方负荷的发电厂母线电压中枢点的调压方式逆调压方式电压中枢点的调压方式{顺调压方式恒调压方式逆调压方式：当中枢点供电至各负荷点的线路较长，且各点枢点的调压方式称为“逆调压方式”。〔但不得低于线路额定电压的102.5%〕，最小负荷时允许中枢点电压〔一般当负荷变动甚小，线路电压损耗小，或允许电压偏移较大的农网才承受顺调压方式。2%～5%种调压方式就成为“恒调压”，或称“常调压”。点的电压要求。因此电网电压的调整，必需依据电网的具体要求，在不同的节点承受不同的方法，具体有：增减无功功率进展调压，如发电机、静止补偿器、并联电容器、并联电抗器的调压；一般变压器分接头的调压；设串联电容器、利用可调压电抗进展调压、转变电网接线〔如停投运行线路或变压器〕等。较后确定，各种调压措施的合理应用一般应遵循以下思路：①提高各类用户的