3-5电压与无功 (NXPowerLite) (NXPowerLite).

13.5电力系统的电压与无功功率一、电压调整的必要性二、电力系统的电压特性三、电力系统的无功功率四、电力系统的电压管理五、改变变压器分接头的调压方法六、改变无功功率分布调压七、改变网络参数调压电力系统的电压与无功功率2一、电压调整的必要性•电压是衡量电能质量的一个重要指标。保证用户处的电压接近额定电压，是电力系统运行调整的基本任务之一。•由于系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各用户对电压质量的要求也不尽一致，因而各节点电压不可能是一样的，也不可能总是额定值。各节点负荷是变动的，也会引起节点电压波动。因此，电力系统的调压比调频更为复杂。•其调压的任务，也只能是实现在满足各负荷的正常要求（含负荷的正常波动）的条件下，使各负荷端的电压偏移不超出允许范围。目前，我国规定的电压偏移百分数范围3（1）我国规定的电压偏移范围35kV及以上电压供电的负荷：±5%10kV及以下电压供电的负荷：±7%低压照明负荷：+5%～-10%农村电网正常运行情况：+7.5%～-10%事故运行情况：+10%～-15%电力系统的电压与无功功率4（2）电压偏移（低电压运行）对用电设备的影响①影响照明设备的光通量；②当电压低时，使电热设备的热效率降低；③影响异步电动机的转矩（当电压降低太多时，运行的电动机可能停止运转；重载电动机可能启动困难。另外，电压降低，电动机绕组电流显著增大，温度增高，加速绝缘老化，严重时可能烧毁电动机。反之，异步电动机的外加电压若超出额定电压过多时，对电动机的绝缘也是很不利的）；④影响电子设备的运行或寿命；⑤影响电力系统的稳定性或绝缘。电力系统的电压与无功功率5（3）电压调整的基点-无功功率①电压损耗近似等于电压降落的纵分量△U；②△U可以分解成电阻电压损耗分量PR/U和电抗电压损耗分量QX/U③减小无功功率的输送可降低电压损耗。电力系统的电压与无功功率电压的变化与波动，决定于系统无功电源和无功负荷功率是否平衡。因此，调整电压就是调整系统无功功率的平衡。当系统处于低电压运行状态时，应迅速投入或增添无功电源容量，以满足无功负荷的要求，促使运行电压回升到正常运行水6二、电力系统的电压特性㈠负荷无功功率―电压静态特性定义：各种用电设备所消耗的有功功率和无功功率随电压变化的关系。异步电动机在综合负荷中占有很大比重，因而系统综合负荷无功功率——电压静态特性主要取决于异步电动机无功功率——电压静态特性异步电动机的简化等值电路如下图所示电力系统的电压与无功功率7.U.0ImjX.IjXrs异步电动机消耗的无功功率为22MmmUQQQIXXQM——Qm——励磁电抗XmQσ——漏磁电抗Xσ电力系统的电压与无功功率8电力系统的电压与无功功率在额定电压UN附近，电动机消耗的无功功率QM或随电压的升高而增加，或随电压的降低而减少。但当电压低于临界电压Ucr时，漏磁电抗中的无功功率损耗Qσ起主导作用，随着电压的下降，QM不但不减小，反而会增大。这一特点对于电力系统运行的稳定性具有非常综合Qm和Qσ的变化特点，异步电动机的无功功率与端电压的关系如下图所示9㈡发电机的无功功率―电压静态特性定义：发电机输出的无功功率与电压变化关系的曲线。对于一个简单电力系统，原理图与等值电路图如下图所示电力系统的电压与无功功率.U~PjQGl()a（a)原理图LjXdjX.UPjQ.I.E()bjX(b)等值电路10电流为I，U和I间的相角为，则发电机电势和系统电压间的关系将为jEUIX向量图:电力系统的电压与无功功率.I.jIX.U.E(c)相量图LjXdjX.UPjQ.I.E()bjX11发电机电势和系统电压间的夹角为δ时GGcossinPUIQUIsincoscossinEIXEUIX发电机经输电线向系统传送的有功功率PG和无功功率QG为电力系统的电压与无功功率.I.jIX.U.E12于是可得G2GsincosEUPXEUUQXX当有功功率不变时，发电机送至负荷点的无功功率为222GGEUUQPXX（）电力系统的电压与无功功率13若励磁电流不变，则发电机电势E为常数，无功功率就是电压U的二次函数，其特性曲线如下:电力系统的电压与无功功率发电机电压静态特性为一开口向下的抛物线。当U＞Ucr时，增加（或减少）发电机的励磁电流，电势E就增加（或减少），使QG相应升高（或降低）；当U＜Ucr时，增加发电机的励磁电流，非但不能增加发电机无功功率QG输出，还可能减少QG的14无功功率平衡对电力系统电压的影响电力系统的电压运行水平取决于发电机的无功出力QG和综合负荷无功功率QLD（含网络无功功率损耗）的平衡，如下图所示电力系统的电压与无功功率15电力系统的电压与无功功率1)当综合无功负荷曲线QLD与发电机输出无功功率曲线QG在1点相交，对应的电压为U1，即电力系统运行在电压U1下达到了无功功率平衡。2）若无功负荷由QLD增加到Q′LD，而QG不变，则Q′LD与QG两特性曲线在2点相交，对应的电压为U2，或者说，电力系统运行在U2下达到了新的无功功率平衡。显然，U2低于U1。这主要是由于电源不能向负荷供应所需的无功功率，系统被迫降压运行，以取得在较低运行电压水平下的无功功率平衡。如能在此时将发电机无功出力增加到Q′G，则新交点3所对应的运行电压U3就接近于U1。16结论①造成电力系统运行电压下降的主要原因是系统的电源无功功率不足；②为提高电力系统的运行质量，减小电压的偏移，必须使电力系统的无功功率在额定电压或其允许电压偏移范围内保持平衡。电力系统的电压与无功功率17三、电力系统的无功功率（一）无功负荷和无功损耗功率（二）无功电源（三）无功功率的平衡方程电力系统的电压与无功功率18(一)无功负荷和无功损耗功率一般综合负荷的功率因数为0.6～0.9。为了降低网损和便于调压，⑴我国关于负荷功率因数的规定①高压供电的工业企业及装有带负荷调整电压设备的用户，其功率因数应不低于0.95；②其它用户的功率因数不低于0.9；③趸（dǔn）售和农业用户功率因数为0.8以上。对于达不到上述标准的用户，要求按限期采取电力系统的电压与无功功率19⑵无功功率损耗的主要组成：变压器无功功率损耗；线路无功功率损耗。1）变压器的无功功率损耗①变压器的励磁损耗0TN0%100ISQ电力系统的电压与无功功率20变压器绕组中的无功功率损耗：222TT22PQSQXXUU或2STNTN%()100USQSS电力系统的电压与无功功率在变压器满负荷运行时，基本上为短路电压Us的百分值，约为10%。虽然每台变压器的无功损耗只占其容量的百分之十几，但从发电厂到用户，中间一般都是经过多级升、降压，故变压器无功损耗之和就相当可观，有时可高达用户无功负荷的75%左右。212）输电线路中的无功功率损耗：①线路电抗中的无功功率损耗；②线路的电容功率这两部分功率互为补偿。线路究竟是呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定。一般来说:对于较短线路，长度不超过100km、电压为220kV的输电线路，线路将呈感性，消耗无功功率。对于较长线路，其长度为300km左右、电压为220kV的输电线路，线路单位长度上的无功功率损耗与电容功率基本上自行平衡，既不消耗无功功率，也不发出无功功率，呈电阻性。当长度大于300km时，输电线路呈容性。电力系统的电压与无功功率22（二）无功电源电力系统的主要无功电源⑴发电机⑵同步调相机⑶电力电容器⑷无功功率静止补偿器电力系统的电压与无功功率23⑴发电机同步发电机既是唯一的有功功率电源，也是重要的无功功率电源。在不影响有功功率平衡的前提下，改变发电机的功率因数，可以调节其无功功率的输出，从而调整系统的运行电压。当然，发电机的无功功率输出要受其P-Q运行极限的限制。①发电机的P-Q运行极限图；电力系统的电压与无功功率OA表示发电机额定电压UGN，IGN为额定电流，φN为额定功率因数角。AB表示IGN在电抗Xd上的电压降，其长度正比于发电机的额定视在功率SGN，它在纵轴上的投影为额定有功功率PGN，横轴上的投影为额定无功功率QGN。OB表示发电机的空载电势E，其长度正比于发电机转子的额定电流ifN25发电机的运行限制条件①SG≤SGN；图8中以Ａ点为圆心，以AB为半径所作圆弧ＢＦ表示发电机视在功率保持额定值的轨迹；②if≤ifN；图中以Ｏ点为圆心，以OB为半径所作圆弧ＢＤ表示转子电流保③PG≤PGN；图中EB直线表示原动机额定功率的轨电力系统的电压与无功功率26•在降低功率因数运行时，由于受到运行条件②if≤ifN的限制，无功功率的调节只能沿ＢＤ进行；在提高功率因数运行时，由于受到运行条件③SG≤SGN的限制，无功功率的调节只能沿ＥＢ进行。•由此可见，在降低功率因数运行时，发电机定子容量没有得到充分的利用；在提高功率因数运行时，发电机定子、转子容量均未得到充分利用。因此，发电机只有在额定运行状态（图中的Ｂ点）时，定子、转子容量才可能得到最充分的应用。27说明：①在有功备用较充裕时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率以提高电力网的运行电压水平；②远离负荷中心的发电厂不宜降低功率因数运行。因为无功功率大量的、远距离传输，会引起网络较大的有功和无功功率以及电压损耗。电力系统的电压与无功功率28⑵同步调相机①同步调相机是只输出无功功率的发电机；或者说是空载运行的同步电动机。它既可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，其运行②输出的无功功率Qcs与电压U之间的关系和同步发电机类似，即2CSGEUUQQXX＝电力系统的电压与无功功率(3.128)29③同步调相机的特点过励磁运行可作无功电源运行；欠励磁运行可作无功负荷运行；可平滑无级地改变无功功率的大小和方向，达到调整系统运行电压的目的；无功功率的输出受端电压的影响不大；运行维护较复杂，有功功率损耗较大；单位容量的投资费用较大；只宜集中安装。电力系统的电压与无功功率30⑶电力电容器电力电容器只能作为无功电源向系统输送无功功率，一般采用△形或Ｙ形接法将电力电容器组成电容器组。电力电容器提供的无功功率与其安装处的电压平方成正比，即22CCUQUCX电力系统的电压与无功功率31电力电容器的特点运行维护方便；有功功率损耗小；单位容量投资小且与总容量的大小几乎无关；既可集中安装，也可分散布置；无功功率调节性能差，输出无功功率受端电压影响较大；只能阶跃式的调压。电力系统的电压与无功功率32⑷静止补偿器（SVC）于20世纪60年代问世，至70年代发展为可控硅控制的静止补偿器，是无功功率快速调节的新技术。静止补偿器由特殊电抗器和电容器组成，是一种并联联接的无功功率发生器和吸收器。它可以迅速地按负荷的变化改变无功功率输出的大小和方向，调节或稳定系统的运行电压，尤其适用于作冲击性负荷的无功补偿装置。电力系统的电压与无功功率33①静止补偿器的分类自饱和电抗器SR可控硅控制电抗器型TCRFC+TCRTSC+TCR静止补偿器电力系统的电压与无功功率34FC-TCR型静止补偿器电力系统的电压与无功功率②静止补偿器工作原理简介固定连接电容器加可控硅控制的电抗器型L为电抗器，C为电容器，与C串联的电抗器Lh为高次谐波调谐电感线圈，它与C组成滤波电路，可据需要滤去5、7等改变电抗器L的饱和程度，就可改变电抗器所吸收的感性无功功率，调节供电系统进线无功功率的大小，以达35TSC-TCR型静止补偿器电力系统的电压与无功功率TSC为可控硅控制的电容器；TCR为可控硅控制的电抗器；可控硅投切电容器型（TSC）静止补偿器的主要缺点是不能吸收无功。又由于是阶梯性调节，若分组较少，在投入时对系统就会有较大的干扰。因此，在超高压