第四章電力系統(tǒng)電壓(補充)

1、 電力系統(tǒng)電壓電力系統(tǒng)電壓 電力系統(tǒng)無功功率和電壓調整電力系統(tǒng)無功功率和電壓調整電能質量 電力系統(tǒng)電壓電力系統(tǒng)電壓 1-1 電力系統(tǒng)的額定電壓1. 1. 額定電壓和額定頻率額定電壓和額定頻率(50HZ)(50HZ)2. 2. 標準額定電壓標準額定電壓3. 3. 電氣設備的額定電壓電氣設備的額定電壓( (發(fā)電機發(fā)電機, ,變壓器變壓器, ,線路線路) )4. 4. 電力輸送中電壓與輸送容量的關系電力輸送中電壓與輸送容量的關系 UIS3 我國國家標準規(guī)定我國國家標準規(guī)定： 6、10、35、（60）、110、（154）、220、330、500、750KV 線路額定電壓 線路線路: :等于等于系統(tǒng)的額

2、定電壓系統(tǒng)的額定電壓 線路額定電壓即線路的平均電壓線路額定電壓即線路的平均電壓 (UaUb)/2 各用電設備的額定電壓取與線路的額定各用電設備的額定電壓取與線路的額定電壓相等。從而使所有用電設備在額定電壓相等。從而使所有用電設備在額定電壓的附近處運行。電壓的附近處運行。 線路額定電壓線路額定電壓 用電設備容許的電壓偏用電設備容許的電壓偏移一般為移一般為5%，沿線，沿線電壓降落一般為電壓降落一般為10%，因而要求線路始端，因而要求線路始端電壓為額定值的電壓為額定值的1.05倍，并使末端電壓不倍，并使末端電壓不低于額定值的低于額定值的0.95倍倍。 VaVb發(fā)電機額定電壓發(fā)電機額定電壓發(fā)電機：規(guī)定

3、比系統(tǒng)的額定電壓發(fā)電機：規(guī)定比系統(tǒng)的額定電壓高高5%5% 發(fā)電機通常接于線路始端，因此發(fā)電機的發(fā)電機通常接于線路始端，因此發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的額定電壓為線路額定電壓的1.05倍倍 UGN UN（15）變壓器額定電壓變壓器額定電壓 變壓器具有發(fā)電機和負荷的雙重地位變壓器具有發(fā)電機和負荷的雙重地位一次側一次側：相當于用電設備，其額定電壓與：相當于用電設備，其額定電壓與系統(tǒng)相同；與發(fā)電機直接相連時，則與系統(tǒng)相同；與發(fā)電機直接相連時，則與發(fā)電機相同發(fā)電機相同二次側二次側：相當于電源，其額定電壓應比系：相當于電源，其額定電壓應比系統(tǒng)高統(tǒng)高5%5%，考慮變壓器內部的電壓損耗，考慮變壓器內部的電

4、壓損耗（5%5%），實際應定為比線路高），實際應定為比線路高10%10%。變壓器額定電壓變壓器額定電壓 變壓器一次側額定電壓取等同于用電設備變壓器一次側額定電壓取等同于用電設備額額定電壓，對于定電壓，對于直接和發(fā)電機相聯(lián)的直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓變壓器，其一次側額定電壓等于發(fā)電機的額定器，其一次側額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即：電壓即： U U1N1NU UGNGN UN（15）變壓器額定電壓變壓器額定電壓 二次側額定電壓取比線路額定電壓高二次側額定電壓取比線路額定電壓高5% ，因變壓器二次側額定電壓規(guī)定為空，因變壓器二次側額定電壓規(guī)定為空載時的電壓，而額定負荷下變壓器內部電載時的電壓，而額定負

5、荷下變壓器內部電壓降落約為壓降落約為5%。為使正常時變壓器二次側。為使正常時變壓器二次側電壓較線路額定電壓高電壓較線路額定電壓高5%，變壓器二次側，變壓器二次側額定電壓取比線額定電壓取比線 路額定電壓高路額定電壓高10%。 用線電壓表示的抽頭額定電壓用線電壓表示的抽頭額定電壓220kV升壓變壓器降壓變壓器典型例題典型例題 : : ( ( 1)1)確定各設備額定電壓確定各設備額定電壓;(2);(2)若若T1T1工作于工作于+2.5%+2.5%抽頭抽頭, T2, T2工作于主抽頭工作于主抽頭,T3,T3工作于工作于-5%-5%抽頭抽頭, ,求各變壓器變比求各變壓器變比. .10.5kV10.5kV

6、121kV38.5kV110kV11kV35kV5 .10)025. 01 (1211Tk5 .381102Tk11)05. 01 (353Tk例1GT110KVT4T2T3D1220KV110KV6KV35KV3KV10.5KV10.5KV/242KV10.5KV/3.15KV220KV/121KV/38.5KV35KV/6.6KV 額定電壓等級中相鄰電壓級差之比不宜過小。根據額定電壓等級中相鄰電壓級差之比不宜過小。根據經驗，經驗，110KV以下的電壓一般在三倍左右，以下的電壓一般在三倍左右，110KV以上的電壓級差一般在二倍左右。以上的電壓級差一般在二倍左右。 額額定定電電壓壓 k kV

7、V 輸輸送送容容量量 M MV VA A 輸輸送送距距離離 k km m 額額定定電電壓壓 k kV V 輸輸送送容容量量 M MV VA A 輸輸送送距距離離 k km m 3 0.1-1.0 1-3 110 10-50 50-150 6 0.1-1.2 4-15 220 100-500 100-300 10 0.2-2.0 6-20 330 200-800 200-600 35 2-10 20-50 500 1000-1500 150-850 60 3.5-30 30-100 750 2000-2500 500 以上 額定電壓和額定頻率：當設備在該電壓和頻率下運額定電壓和額定頻率：當設備在

8、該電壓和頻率下運行具有最好的技術性能和經濟效果。行具有最好的技術性能和經濟效果。 系統(tǒng)與用電設備的額定電壓（表系統(tǒng)與用電設備的額定電壓（表1 13 3） 電力網中的電壓分布。電力網中的電壓分布。 額定頻率：額定頻率：50Hz50Hz。系統(tǒng)的額定電壓系統(tǒng)的額定電壓1-2電壓損耗和電壓偏移 電壓損耗電壓損耗: :兩點間電壓模值之差兩點間電壓模值之差 或表示為百分值或表示為百分值: : 電壓偏移電壓偏移: :線路始末端電壓與線路額定電線路始末端電壓與線路額定電壓之差壓之差OADBG1V2V2V221VAGVVV %100(%)1 NNVVV電壓偏移電壓偏移%100%21 NVVVV電壓質量指標電壓質

9、量指標電壓降落：電壓降落：指線路始末兩端電壓的相量指線路始末兩端電壓的相量差。為相量。差。為相量。電壓損耗：電壓損耗：指線路始末兩端電壓的數值指線路始末兩端電壓的數值差。為數值。標量以百分值表示：差。為數值。標量以百分值表示：100%21NUUU電壓損耗電壓偏移：電壓偏移：指線路始端或末端電壓與線路額定電壓指線路始端或末端電壓與線路額定電壓的數值差。為數值。標量以百分值表示：的數值差。為數值。標量以百分值表示：電壓調整：電壓調整：指線路末端空載與負載時電壓的數值差。指線路末端空載與負載時電壓的數值差。為數值。標量以百分值表示：為數值。標量以百分值表示：100%100%21NNNNUUUUUU末

10、端電壓偏移始端電壓偏移100%20220UUU電壓調整網絡元件的電壓降落 元件首末端兩點電壓的向量差。網絡元件的電壓降落網絡元件的電壓降落1V1S1IRjX2S2I2VLDS1221)()(IjXRIjXRVV )()(2221jXRVSVV 222222222221)()(VRQXPjVXQRPVjXRVjQPVV 22*222jQPIVS 1V1S1IRjX2S2I2VLDS以以V V2 2為參考軸為參考軸 22222222VRQXPVVXQRPV 22221VVVVV222221)()(VVVV 2221VVVtg 2V 2V 22222221VRQXPjVXQRPVV 1221)()(

11、IjXRIjXRVV 因此, 由末端電壓和功率可求得首端電壓12122222222221 VVRQXPjVXQRPVVVVV222221)()(VVVV 222-1VVVtg 1V1S1IRjX2S2I2VLDS同樣,也可由首端電壓和功率求得末端電壓212112)()(VVVV 1111VVVtg 11111111VRQXPVVXQRPV 兩種分解兩種分解2V2VV1V1V1V特別注意特別注意: :計算電壓降落時計算電壓降落時, ,必須用同一端的電壓與功率必須用同一端的電壓與功率. . 22222222VRQXPVVXQRPV 11111111VRQXPVVXQRPV VQRPXVVQXPRV

12、 電壓降落公式的簡化高壓輸電線路的特性高壓輸電線路的特性 XR,XR,可令可令R R 0,0,則：則： VPXVVQXV VQRPXVVQXPRV 電網結點電壓的變動主要由無功功率變動所電網結點電壓的變動主要由無功功率變動所引起引起 負荷特性負荷特性 電力系統(tǒng)負荷特性是指負荷功率隨電壓或電力系統(tǒng)負荷特性是指負荷功率隨電壓或頻率變化而變化的規(guī)律，通常有負荷電壓頻率變化而變化的規(guī)律，通常有負荷電壓特特性和頻率特性兩種，還可劃分為靜態(tài)特性和頻率特性兩種，還可劃分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩類。性和動態(tài)特性兩類。負荷的靜態(tài)特性負荷的靜態(tài)特性 一般表示為電壓和頻率的函數如：,PqPFU fQF U f電力系統(tǒng)

13、綜合負荷電力系統(tǒng)綜合負荷 電力系統(tǒng)綜合負荷可以簡單地表示為一個靜態(tài)（不旋轉）負荷與一臺等值異步電動機的組合 負荷的動態(tài)特性負荷的動態(tài)特性 計及運行狀態(tài)從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)時負荷急劇變化的中間過程 , , ,pqdfdUdUPU fdtdtdfdfdUdUQU fdtdtdf1靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷 主要是照明負荷其中 0000uupLLLLqLLLLUPPUUQQUuuPPpUUQQqUU2. 異步電動機負荷特性異步電動機負荷特性)()(2122XXIXVQm二、負荷綜合特性二、負荷綜合特性 1恒定阻抗模型 2多項式模型 3冪函數模型 1.恒定阻抗模型 模型簡單，結果與真實情況有較大差別，使用

14、時注意場合。 一般用在負荷端電壓變化不大、負荷容量小、且精度要求不高的場合2多項式模型2211pppqqqpppqqqPa Ub UcQa Ub Ucabcabc3冪函數模型uuppqqppufufPUQUddppdd負荷模型負荷模型 二次多項式表示的負荷電壓靜態(tài)特性：二次多項式表示的負荷電壓靜態(tài)特性：第一部分與電壓平方成正比，表示恒定阻抗消耗的功率；第一部分與電壓平方成正比，表示恒定阻抗消耗的功率；第二部分與電壓成正比，代表恒電流負荷消耗的功率；第二部分與電壓成正比，代表恒電流負荷消耗的功率；第三部分為恒功率負荷。第三部分為恒功率負荷。)()(2PNPNPNcVVbVVaPPc)VV(b)V

15、V(aPQqNq2NqN11qqqpppcbacba無功功率的平衡 一、無功功率負荷電壓機制一、無功功率負荷電壓機制 有功功率平衡是全系統(tǒng)的平衡，且全系統(tǒng)只有一個頻率；而無功功率平衡要滿足眾多的結點電壓的要求，除了對全系統(tǒng)需要平衡以外，地區(qū)系統(tǒng)也需要平衡。 無功功率負荷電壓機制 例11-1AB118AUKVPjQLLPjQ42jMWPL4020110UQQLL確定B點的電壓UB以及電源點A需供給的無功功率 00(1)18var(2)25varLLQMQM無功功率負荷電壓機制2sincosABABBU UPXU UUQXX222227.893416000.0238ABBBBU UUQPXXUU無

16、功功率負荷電壓機制 兩種情況下的負荷功率分別為22 18110 25110BLBLUQUQ 無功功率負荷電壓機制152025103035102104106108110112/varM/U KVQLQBBLQ107.5110.322222222110.31818.1var110107.52523.88var1104018.118.142110.3 24.75var4023.882542107.5 32.89varLLAAQMQMQMQM 無功功率的平衡QU1.01.00SALAUQU1.01.00SALAUS1.0AUAAL()a( )b靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力系統(tǒng)的

17、穩(wěn)定電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下，經受微小電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下，經受微小擾動后恢復到原來運行狀態(tài)的能力。擾動后恢復到原來運行狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運行方式下突然遭電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運行方式下突然遭受大擾動后，能否過渡受大擾動后，能否過渡 到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)、或者恢復到到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)、或者恢復到原來運行狀態(tài)的能力。原來運行狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，計及自動調節(jié)和控制裝置作電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，計及自動調節(jié)和控制裝置作用的長過程的運行穩(wěn)定問題稱為動態(tài)穩(wěn)定。用的長過程的運行

18、穩(wěn)定問題稱為動態(tài)穩(wěn)定。 sinXUEPqG P PsinXUUPGG1 電壓對靜態(tài)穩(wěn)定的影響電壓對靜態(tài)穩(wěn)定的影響GU=ConstantUGSystem內功率特性內功率特性外功率特性外功率特性2 電壓對暫態(tài)穩(wěn)定的影響電壓對暫態(tài)穩(wěn)定的影響 PPG0bacdF123三、無功功率的調整和三、無功功率的調整和V行曲線行曲線 無功特性方程ttxmUxUmEQ20cossinmUIQ sincos0tIxUEtxUEIcossin0UItx I j0E無功特性曲線a0 90 180emPabttxmUxUmEQ20cossin0temxUmEPaV行曲線 有功輸出一定，調節(jié)勵磁電流時，定子電流與無功功率的變

19、化情況。2012 sin cos CxUEmPCmUIPtem403 sin cosCECII0EUtx I jfII02P2P2P090超前 8 . 0 cos0 cos滯后8 . 0 cos超前滯后欠勵 正常勵磁 過勵勵磁電流改變時的有功功率和無功功率功角特性QPem1P1emP1Qaabb2Qb2emP增大勵磁電流增大勵磁電流外特性曲線IUNUNI滯后8 . 0cos11cos2超前8 . 0cos3思考：功率因數不同時為什么外特性曲線變化方向不同注：注： 當負荷增加（即ZLD變小）時，VR下降，直至電壓崩潰。 在同一功率下，對應兩個運行點，即一個為穩(wěn)定，另一個為不穩(wěn)定運行點。maxRR

20、LDLNLDLNPP1ZZZZ時，即當 VR與PR的關系如圖 鼻形曲線 VR與QR的關系 圖中給出了不同線路長度時的PQ曲線 注：注：*. P0 為自然功率*. 若PR P0，QS為感性無功 電能系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定：系統(tǒng)在正常運行情況下，當負荷變動時，系統(tǒng)電壓可以隨時穩(wěn)定于某一定值，就稱這時的系統(tǒng)電壓是穩(wěn)定的。 圖中圖中: : a a是系統(tǒng)電壓穩(wěn)定運行是系統(tǒng)電壓穩(wěn)定運行點，點為系統(tǒng)電壓的不點，點為系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定運行點。穩(wěn)定運行點。系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的判據：系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的判據：02duQd影響電壓穩(wěn)定性的因素影響電壓穩(wěn)定性的因素 1. 負荷特性的影響 感應電動機的PV和QV特性 電動機帶恒定負

21、荷轉矩 solid lines-P-V; dashed lines-Q-V電力網的電能損耗電力網的電能損耗一、電能損耗和損耗率一、電能損耗和損耗率 年電能損耗年電能損耗 供電量：發(fā)電量與廠用電之差供電量：發(fā)電量與廠用電之差 損耗率（網損率、線損率）：是衡量供電企業(yè)技術和損耗率（網損率、線損率）：是衡量供電企業(yè)技術和管理水平的重要標志。管理水平的重要標志。%100 供電量電力網損耗電量損損耗耗率率網絡有功功率損耗網絡有功功率損耗322121222121122121322323222222122121323222121 RV)QQ()PP(RV)QQQ()PPP(RVQPRVQPRVQPRVQPR

22、VSRVSRVSPbbcbcbL 結論：有功功率損耗與電壓成反比。電壓越低，有功結論：有功功率損耗與電壓成反比。電壓越低，有功功率損功率損耗越大耗越大高壓電力線路的輸送能力 按導線允許持續(xù)發(fā)熱條件決定輸送能力按導線允許持續(xù)發(fā)熱條件決定輸送能力 cos3PNIUP 按線路允許電壓損失條件決定輸送能力按線路允許電壓損失條件決定輸送能力 按線路允許功率損耗和電能損耗決定輸按線路允許功率損耗和電能損耗決定輸送能力送能力 2222cos1031001003%UljPrIP200222100%tgxrUUlP無功功率的平衡無功功率的平衡 電力系統(tǒng)中的無功負荷與無功損耗電力系統(tǒng)中的無功負荷與無功損耗 1 1

23、、用戶與發(fā)電廠廠用電的無功負荷（主要是、用戶與發(fā)電廠廠用電的無功負荷（主要是異步電動機）、異步電動機）、 2 2、線路和變壓器的無功損耗、線路和變壓器的無功損耗 3 3、并聯(lián)電抗器的無功損耗、并聯(lián)電抗器的無功損耗 無功功率的平衡無功功率的平衡 異步電動機異步電動機 UX0II12XXRS2122XXIXUQD無功功率的平衡無功功率的平衡 變壓器：變壓器：勵磁損耗與繞組漏抗損耗，后者勵磁損耗與繞組漏抗損耗，后者與受載大小有關與受載大小有關。var100%var100%20MSSSuQMSIQNNkZTNYT無功功率的平衡無功功率的平衡 電力線路電力線路 ：串聯(lián)電抗中的無功功率損耗：串聯(lián)電抗中的無

24、功功率損耗（感性）與并聯(lián)電納中的充電功率（容（感性）與并聯(lián)電納中的充電功率（容性）。性）。BUQXUQPXIQLCLX222223LXLCLXLCLXLCPPQQPPQQPPQQ 線路無損線路無損 無功電源無功電源無功負荷無功負荷 供電電壓允許偏差電壓分層、分區(qū)分布的特點電壓分層、分區(qū)分布的特點1990年我國頒布的年我國頒布的供電電壓允許偏差供電電壓允許偏差國家標準中規(guī)定：國家標準中規(guī)定：35千伏及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的千伏及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%。如供電電壓上下偏差同號（均為正或負）時，按較大的偏差。如供電電壓上下偏差同號（均為正

25、或負）時，按較大的偏差絕對值作為衡量依據。絕對值作為衡量依據。10千伏及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的千伏及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的7%；220伏單相供電電壓允許偏差為額定電壓的伏單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。電壓質量與電壓崩潰電壓質量與電壓崩潰電壓超出規(guī)定的危害超出規(guī)定的危害 電壓偏移的影響電壓偏移的影響 當運行電壓偏離額定值較大時，技術經濟指標就會惡當運行電壓偏離額定值較大時，技術經濟指標就會惡化?；?。 發(fā)電廠廠用電中由電動機驅動的輔機，其機械轉矩與發(fā)電廠廠用電中由電動機驅動的輔機，其機械轉矩與轉速的高次方成正比，電壓降低滑差增大，轉速降低，轉速的高次

26、方成正比，電壓降低滑差增大，轉速降低，輸出功率迅速減少，將影響汽輪、鍋爐的工作，嚴重輸出功率迅速減少，將影響汽輪、鍋爐的工作，嚴重情況下將造成安全問題。變壓器的運行電壓偏低，若情況下將造成安全問題。變壓器的運行電壓偏低，若負載功率不變，致使輸出電流增加，使繞組過熱。電負載功率不變，致使輸出電流增加，使繞組過熱。電壓偏高，勵磁電流增大，鐵芯損失增加，溫升增高，壓偏高，勵磁電流增大，鐵芯損失增加，溫升增高，嚴重情況下引起高次諧波共振。嚴重情況下引起高次諧波共振。 由于局部地區(qū)無功不足，運行電壓嚴重低下，一些變由于局部地區(qū)無功不足，運行電壓嚴重低下，一些變電所在負荷的微小擾動下會出現電壓大幅度下滑，以電所在負荷的微小擾動下會出現電壓大幅度下滑，以至失壓，即所謂電壓崩潰至失壓，即所謂電壓崩潰 .電能質量超出規(guī)定的危害電能質量超出規(guī)定的危害電流發(fā)熱與電動力電流發(fā)熱與電動力；電壓與絕緣電壓與絕緣；電能轉化成其它能量形式電能轉化成其它能量形式；負荷率為85%的電動機，當電壓下降10%15%時則可能失去穩(wěn)定；諧波會造成功率的附加損耗及縮短設備的電氣絕緣壽命（設備壽命）；一些對電能質量敏感的設備，例如電壓的一次突然凹陷可能使精密芯片的生產線上的產品報廢，也可能使計算機上幾十小時處理的數據丟失加拿大的電工協(xié)會研究后指出，包括電壓凹陷/振蕩等瞬時突變現象和諧波在內的