2019年电压调整.ppt

第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整6.1电压调整的必要性6.2电力系统中无功功率的平衡6.3电力系统的电压管理6.4电力系统的几种调压措施6.5电力线路导线截面的选择本章提示1.调压的意义及电压的允许波动范围；2.电力系统的无功功率平衡及无功补偿装置的应用；3.电压中枢点的概念及中枢点的调压方式；4.调压的措施。时间是世界上一切成就的土壤。时间给空想者痛苦，给创造者幸福——麦金西6.1电压调整的必要性6.1.1电压偏移对用电设备的影响白炽灯—电压偏低时，发光效率低，发光不足；电压偏高时，灯泡寿命缩短。异步电动机——2UTm电压降低过多时，带额定负载的电动机可能停转，带重载的电动机可能启动不了。电压过低将导致电动机电流显著增大，使电动机绕组的温度升高，加速绝缘老化甚至烧毁电动机。6.1电压调整的必要性6.1.2用户允许的电压偏移值一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压的±5%220kV用户为-10%~+5%10kV及以下电压供电的用户为±7%35kV及以上用户为0~10%一.无功功率负荷和无功功率损耗１.无功负荷：以滞后功率因数运行的用电设备所吸收的无功功率。DDDSQsin6.2电力系统中无功功率的平衡异步电动机等值电路异步电动机所消耗的无功功率XIXUQQQmmM22P11异步电动机无功功率——电压静态特性如图MQLDQUcrU在额定电压附近，电动机消耗的无功功率随着电压的升高而增加，随电压的降低而减少当电压低于临界电压时，漏磁电抗中的无功损耗其主导作用，随着电压的下降，QM反而增大P11异步电动机无功功率——电压静态特性如图jB/2jB/2２.电力系统的无功损耗：电力线路无功损耗消耗QL（感性）提供QC（充电功率）002Q2221222222UUBXUQP消耗发出变压器无功损耗20100%100%NNSNTSSSUSIQRTjXTGT-jBT消耗QL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、同期调相机、并联电容器和静止补偿器（无功补偿装置）等。讨论：非额定功率因数下发电机可能发出的无功功率1、同步发电机发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：NGNNGNGNPSQtansin假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压VN，发电机等值电路向量图NVNINdIjXEACOAC长正比于SGN空载电势正比于ifN改变发电机的功率因数时，发电机要受到下列条件的限制：ACONVNINdIjXE①可发视在功率GNGSS以A为圆心，AC为半径做弧CF表示视在功率保持额定值的轨迹②转子励磁电流fNfii以O为圆心，OC为半径做弧CD③可发有功功率GNGPPFDE以直线EC表示额定功率轨迹发电机的P-Q极限当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可将负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功以提高系统的电压水平。2、同步调相机(只能发出无功功率的发电机)过激运行时向系统输送其额定容量的无功功率，做无功电源；欠励运行时从系统吸取0.5~0.65倍额定容量的无功功率，做无功负载既可以过励运行，也可以欠励运行，其运行状态取决于系统电压调整的要求作无功电源时，调相机输出无功功率与电压之间的关系XUXEUQCS2（X为发电机电抗Xd与线路电抗XL之和）3、电力电容器只能作为无功电源向系统输送无功功率，一般采用三角形或星形接法组成电容器组。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：)46(22CUXUQCC电力电容器是电力系统中广为使用的一种无功补偿装置优点：维护方便，有功损耗小（占其额定容量的0.3%—0.5%），单位容量投资小，既可集中使用，又可以分散安装缺点：1)无功功率调节性能差。由(6-4)可见，电压下降时，电容器不但不能增发无功以提高运行电压，而是按电压的平方减少无功功率输出。2）阶跃性的调整电压，电力电容器组的投入或切除与负荷运行方式有关，一般为最大负荷运行时，电容器组全部投入；最小负荷运行时，电容器组全部或部分切除。这种调压方式不是平滑的。4、静止补偿器(StaticVarCompensator,SVC)兼有电容器投资小和调相机可连续调节无功功率的优点。可以迅速按负荷的变化改变无功功率输出的大小和方向，调节或稳定电压，尤其适合做冲击性负荷的无功补偿装置。常见的静止无功补偿器：是一种动态无功补偿装置，其特点是将可控的电抗器与静止电容器并联使用，电容器可发出无功功率，可控电抗器则可吸收无功功率。可按照负荷变动情况进行调节，从而使母线电压保持不变。自饱和电抗器静止补偿器SR固定连接电容器加可控硅控制电抗器FC--TCR可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器TSC--TCR高次谐波调谐电感，与C串联滤波1）自饱和电抗器型（SaturatedReactors）不需要外加控制设备，自饱和电抗器的特性：a.电压低于额定电压时，铁心不饱和，呈现大感抗值，基本上不消耗无功功率，整个装置由并联电容器组发出无功，使母线电压回升；b.电压达到或超过额定电压时，铁心急剧饱和，感抗接近零，从外界大量吸收无功功率，使母线电压降低；c.在额定电压，电抗器吸收的无功功率随电压变化从而达到稳压目的。2）固定连接电容器（FixedCapacitor）加可控硅控制电抗器（ThyristorControlledReactors）通过控制晶闸管的导通来改变L吸收的无功功率，调节供电系统进线无功功率的大小，以达到调压目的。3）可控硅控制电容器（ThyristorSwitchedCapacitor）加可控硅控制电抗器(TCR)可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器TSC--TCRTSC的主要缺点是不能吸收无功，且是阶梯性调节，若分组较少，在投入时会对系统有较大的干扰。因此在超高压线路上通常与TCR组合运行。三.无功功率平衡TCRTSC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功功率和网络中的无功损耗。resLLDGCQQQQ电源提供的无功功率之和无功负荷之和网络无功损耗之和表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。0resQ0resQ无功备用CGGCQQQ系统无功电源的总输出功率包括发电机发出的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率BLLTLQQQQ总无功功率损耗包括变压器无功损耗、线路电抗无功损耗和线路电纳的无功损耗四.无功功率平衡和电压水平的关系1.负荷的无功—电压静态特性2.发电机的无功—电压静态特性图为隐极发电机等值电路图，设X则向量图为cosUIPXIXUcosXUEsinXUEUXIXUUIQcossinsin)cos(UEXUδФФUEjXI当有功功率不变时，发电机送至负荷点的无功功率为XUPXEUQ222)(当E为一定值时，Q同U的关系如图中曲线2所示3.电力系统的无功—电压静特性QLDQGA设系统初始运行于A点若无功负荷增加到，无功电源不变，则系统重新运行于B点。1此时电压降低。B这是因为在A点时电源不能向负荷提供所需的无功功率，系统被迫降压运行，以取得较低电压下的无功平衡若系统增发无功到2’，则新交点C对应的电压接近原电压C结论：当系统有足够的无功电源时，就有较高的运行电压水平；当系统无功电源不足时，就只能维持较低的运行电压水平。因此，电力系统的无功功率必须保持平衡一.电压调整的必要性6.3电力系统的电压管理1.电压偏移对负荷的影响照明、电热炉、电动机2.电压偏移对电力系统的影响功率损耗、电能损耗、设备绝缘、运行稳定性二.中枢点电压管理1.什么是电压中枢点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。区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线枢纽变电所二次母线有大量地方负荷的发电厂母线城市直降变电所二次母线2、调压的基本思想3、中枢点的调压方式逆调压、顺调压和恒调压三类。1)逆调压：在大负荷时升高中枢点电压，小负荷时降低中枢点电压。很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，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。适用范围：中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大且变化规律大致相同。具体要求：最大负荷方式运行时，中枢点电压高于线路额定电压5％；在最小负荷方式运行时，中枢点的电压等于线路额定电压。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。适用范围：多用于供电距离较近，负荷变动不大的电压中枢点。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2％～5％。三、电压调整的基本原理电力系统实际运行中，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。适用范围：常用于向负荷波动小的用户供电的电压中枢点。GUk12N1G21GK1)UQXPRK(UK1U)K(UU△（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；（2）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变网络无功功率Q的分布；（4）改变网络参数R+jX（主要是X）电压调整的措施：2N1G21GK1)UQXPRK(UK1U)K(UU△6.4电力系统的几种调压方式一、改变发电机端电压调压负荷增大时，会造成用户端电压降低，此时增加发电机励磁电流以提高发电机电压；负荷降低时，减小发电机励磁电流，以降低发电机电压——逆调压主要适用于发电厂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，基本可以满足负荷点要求的电压质量。对线路较长，供电范围较大，由发电机经多级变压的电力系统，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，必须配合其它调压方式。对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，发电机调压只作为一种辅助的调压措施，这是因为1）提高发电机的电压时，该发电机会增发无功，这就要求进行电压调整的电厂有充足的无功容量储备；2）在并联运行的发电厂中，调整个别电厂的母线电压，会引起系统中无功功率的重新分配，还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。二、改变变压器变比调压1、降压变压器分接头的选择KUUUT12为了达到调压的目的，双绕组变压器在高压侧、三绕组变压器在高压侧和中压侧都装有分接头开关。容量在6300kVA及以下的双绕组变压器高压侧一般有3个分接头，即1.05UN、UN、0.95UN，调压范围为±5%。容量在8000kVA及以上的双绕组变压器高压侧一般有5个分接头，即1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN、0.95UN，调压范围为±2×2.5%。改变变压器变比调压，实质上就是如何根据低压侧的调压要求合理选择变压器的分接头电压U1t降压变压器高压侧运行电压归算到高压侧后的电压损耗变压器低压侧按调压要求的实际运行电压U2为高压侧分接头电压低压绕组额定电压NtTUUUU211得高压侧分接头电压为NTtUUUUU2211当变压器通过不同的负荷时，分接头电压有不同的计算值然后求取它们的算术平均值，即选择一个与它最接近的标准分接头电压作为公用分接头，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的实际电压是否符合要求2/)(min1max11tttavUUU)1(2max2maxmax1max1NTtUUUUU)2(2min2minmin1min1NTtUUUUU最大负荷方式下变压器低压母线要求的运行电压最小负荷方式下变压器低压母线要求的运行电压【例6.1】2、升压变压器分接头的选择升压变压器分接头电压的选择同降压变压器相同。注意：升压变压器中功率方向从低压侧指向高压侧，因此式中ΔUT为正)3(2max2maxmax1max1N