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1、第5章 电力系统的无功功率平衡与电压调整,本章提示5.1 电压调整的必要性5.2 电力系统的无功功率平衡5.3 电力系统的电压管理5.4 电压调整的措施小 结,本章提示,调压的意义及电压的允许波动范围；电力系统的无功功率平衡及无功补偿装置的作用；电压中枢点的概念及中枢点的调压方式；调压的措施。,5.1 电压调整的必要性,5.1.1 电压偏移对用电设备的影响5.1.2 用户允许电压偏移值,5.1.1 电压偏移对用电设备的影响,白炽灯,白炽灯特性曲线,异步电动机的电压特性,异步电动机,电子设备,5.1 电压调整的必要性,5.1.2 电压偏移对电力系统的影响,厂用机械（如给水泵、循环水泵、送风机、引
2、风机等）,“电压崩溃”,5.1 电压调整的必要性,5.1.3 用户允许电压偏移值,一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压,220KV用户：-105,10KV及以下电压供电的用户：7%,35KV及以上电压供电的用户：010,事故状况下，允许在上述数值基础上再增加5，但正偏移最大不能超过+10。,5.1 电压调整的必要性,5.2 电力系统的无功功率平衡,无功功率电源 无功负荷及无功损耗5.2.3 无功功率平衡,5.2.1 无功功率电源,无功电源,同步发电机,同步调相机,静电电容器,静止补偿器,无功补偿装置,5.2 电力系统的无功功率平衡,发电机发QG的能力与同时发出的PG有关,由发电机的PQ极限
3、曲线决定。系统中有备用有功电源时,可将负荷中心的发电机降低功率因数运行，少发有功、多发无功,有利于无功的局部平衡，提高系统电压水平。,5.2 电力系统的无功功率平衡,同步调相机,相当于空载运行的同步电动机。,过励磁运行：发出感性无功功率（无功电源），过励磁运行时的容量是调相机的容量,欠励磁运行：吸取感性无功（无功负荷），欠励磁运行时的容量为调相机容量的5065,优点：调节平滑，系统故障时亦能调节缺点：投资大；运行维护不方便；消耗有功功率（额定容量的1.5%-5%）,5.2 电力系统的无功功率平衡,静电电容器,并联电容器只能向系统供给感性无功功率。,优点：容量可调；集中或分散使用；投资费用小；有
4、功功率损耗小（额定容量的0.3%-0.5%）,缺点：节点电压下降时，向系统供给的无功功率下降,5.2 电力系统的无功功率平衡,静止补偿器,由电容器组与可调电抗器组成,优点:调节能力强，反应速度快，特性平滑,可分相补偿,维护简单,损耗小。缺点:最大补偿量正比于电压平方,电压低时补偿量小；谐波对电力系统产生污染。,发出感性无功功率,吸取感性无功功率,5.2 电力系统的无功功率平衡,1、无功负荷,异步电动机,5.2.2 无功负荷及无功损耗,5.2 电力系统的无功功率平衡,2、无功损耗,输电线路的无功损耗,当电压较低，对于35kV及以下的架空线路，QB较小，线路消耗无功。而对于110kV及以上的架空线
5、路，当传输功率较大时，QLX大于QB，线路消耗无功;当传输功率较小时，QLX小于QB，线路就相当于无功电源。,5.2 电力系统的无功功率平衡,变压器的无功损耗,n台变压器关联运行时，变压器总无功损耗,5.2 电力系统的无功功率平衡,5.2.3 无功功率平衡,运行中的无功平衡表示式,规划中的无功平衡,5.2 电力系统的无功功率平衡,例：求图所示简单系统的无功功率平衡。线路参数：变压器试验数据：,5.2 电力系统的无功功率平衡,5.2 电力系统的无功功率平衡,5.3 电力系统的电压管理,5.3.1 电压中枢点的概念5.3.2 电枢点的电压偏移5.3.3 中枢点电压的调整方式5.3.4 电压调整的基
6、本原理,5.3.1 电压中枢点的概念,电压中枢点包括：（1）水、火电厂的高压母线（2）枢纽变电所的二次母线（3）有大量地方负荷的发电机机压母线,电压中枢点,a,b,0,5.3 电力系统的电压管理,电枢点的电压偏移,5.3 电力系统的电压管理,5.3.3 中枢点电压的调压方式,调压方式,逆调压,顺调压,常调压（恒调压）,5.3 电力系统的电压管理,5.3.4 电压调整的基本原理,5.3 电力系统的电压管理,调压方法：改变发电压端电压；改变变压器的变比；改变功率分布，主要是改变无功功率的分布；改变电力网络的参数。,5.3 电力系统的电压管理,5.4 电压调整的措施,5.4.1 改变发电机端电压调压
7、改变变压器变比调压5.4.3 改变电力网无功功率分布调压5.4.4 改变电力网的参数调压,5.4.1 改变发电机端电压调压,负荷增大,增加发电机励磁电流,提高发电机电压,负荷降低,减小发电机励磁电流,降低发电机电压,5.4 电压调整的措施,对于较长线路、多电压级输电,此时仅靠调节发电机不能 满足要求,适用于小系统,易于实现逆调压,此调压仅作辅助措施,普通变压器,355%/6.3KV变压器：主分接头电压为 35KV 附加分接头电压为 35（1+5%）=36.5KV 35（1-5%）=33.25KV,5.4.2 改变变压器变比调压,12122.5%/10.5kv变压器：主分接头电压为 121KV
8、附加分接头电压为 121（1+5%）=127.05KV 121（1+2.5%=124.025KV 121（1-2.5%）=117.95KV 121（1-5%）=114.95KV,5.4 电压调整的措施,双绕组降压变压器,变压器低压绕组额定电压,变压器高压绕组分接头电压,变压器高压母线的实际电压,变压器归算到高压侧的阻抗电压损耗,按调压要求变压器低压绕组电压,5.4 电压调整的措施,5.4 电压调整的措施,双绕组降压变压器变比的选择,选择,校验,最大运行方式,最小运行方式,算术平均值,5.4 电压调整的措施,例 5.2 有一降压变压器归算至高压侧的阻抗 ZT=（2.44+j40），变压器的额定电
9、压为11022.5%/6.3kV，在最大负荷时，变压器高压侧通过功率为(28+j14)MVA，高压母线电压为113KV，低压母线侧要求电压为6kV；在最小负荷时，变压器高压侧通过功率为(10+j6)MVA，高压母线电压为115KV,低压母线要求电压为6.6kV。试选择该变压器的分接头。,5.4 电压调整的措施,双绕组升压变压器,升压变压器高压绕组分接头电压的确定方法与降压变压器相同。,需要注意：,要求发电机的端电压均取其额定电压，并按发电机允许的电压偏移进行校验。,由于升压变压器中功率方向是从低压侧指向高压侧，因此公式中 前的符号应为正。,如果在发电机电压母线上有地方负荷，发电机一般可采用逆调
10、压方式调压。,5.4 电压调整的措施,例5.3 升压变压器的容量为31.5MVA,变比为12122.5%/6.3kV,归算到高压侧的阻抗(3+j48)。在最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别(25+j18)MVA为和(14+j10)MVA，高压侧的要求电压分别为120KV和114kV。发电机电压的可能调整范围是6.0-6.6kV。试选择变压器分接头。,5.4 电压调整的措施,三绕组变压器,三绕组变压器高压绕组、中压绕组分接头的确定按双绕组变压器的方法分两步进行。,第一步：根据低压母线的调压要求，在高-低压绕组之间进行计算，选取高压绕组的分接头中压；,第二步：根据中压母线的调压要求及选取的高
11、压绕组分接头电压，在高-中压绕组之间进行计算，选取中压绕组的分接头电压。确定的变比为。,5.4 电压调整的措施,有载调压变压器,有载调压器可按普通变压器的计算公式计算各种运行方式下变压器的分接头电压。,有载调压变压器（又称带负荷调压变压器），可以在有载情况下更换分接头，并且分接头个数较多。,电压为110KV及以下的有载调压器，高压绕组有7个分接头，电压为220KV的有载调压器有9个分接头，如有特殊需要，制造厂可提供更多数量分接头的有载调压变压器。,5.4 电压调整的措施,5.4 电压调整的措施,5.4.3 改变电力网无功功率分布调压,阻抗为归算到高压侧的线路和变压器总阻抗，忽略线路电纳和变压器
12、的空载损耗。,电力网的无功补偿,变电所未装并联补偿前，电力网首端电压为,5.4 电压调整的措施,变电所装有容量为 的并联补偿装置后，电力网首端电压为,若 不变，则,5.4 电压调整的措施,上式中等号右侧第二部分较小可略去,于是可得：,设变压器的变比选为K，经过补偿后变电所低压侧要求保持的实际电压为 则,代入上式可得,说明：高压侧电压用大写符号,低压侧电压用小写符号,补偿后的参数在下标加字母”c”.,5.4 电压调整的措施,装设并联电容器,第一步：按最小负荷时没有补偿，并根据调压要求，计算变压器分接头电压，选取标准分接头，确定其变比K,第二步：按最大负荷时的调压要求及选定的 变比，计算所需的补偿
13、容量,第三步：根据确定的变比和选定的并联电容器容量，校验实际的电压变化,5.4 电压调整的措施,装设同步调相机第一步：确定变压器的变比K最大负荷时，最大负荷时按额定容量过励磁运行；最小负荷时，按额定容量的5060%欠励磁运行；解出K，接K值确定最接近的分接头电压，并确定 实际变比。,第二步：确定调相机的容量 将变比K代入公式即可求出，根据产品目录选出与此容量相近的调相机。,第三步：接所选容量校验实际的电压变化,5.4 电压调整的措施,例 5.4 有一个降压变电所由二回110KV，长70km的电力线路供电，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为15.2mm，三相导线几何平均距离为5m。变电所装
14、有二台变压器并列运行，其型号为SFL31500/110，容量为31.5MVA，变比为110/11kV,短路电压百分数为10.5。最大负荷时变电所低压侧归算至高压侧的电压为100.5KV，最小负荷时为112.0KV。变电所二次母线允许电压偏移在最大、最小负荷时为二次网络额定电压的2.57.5。试根据调压的要求按并联电容器和同步调相机二种措施，确定变电所11KV母线上所需补偿设备的最小容量。,5.4 电压调整的措施,5.4.4 改变电力网的参数调压,减小电阻是通过增加线路导线截面积来实现减小电抗则是在线路上串联电容器以容抗补偿线路的感抗。,5.4 电压调整的措施,小 结,电压是衡量电能质量的另一重要指标，保证电压质量要求系统必须保持无功功率平衡，并具备一定的无功备用容量。系统中的负荷不断发生变化，负荷的变化将引起电压的波动调整电压的措施常用的有4种，通常由于改变发电机励磁调压简单、经济，应优先考虑；当系统中无功功率充裕时，各变电所的调压可以通过选择变压器分接头来解决，当电压变化幅度比较大或要求逆调压时，可以采用有载调压变压器；当系统中无功功率不足时，可采用同步调相机、并联电容器、静止补偿装置等无功补偿装置。,
