110KV電力網最大負荷下的無功補償和調壓計算概述

1、學號1350803111 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 課 程 設 計 題 目：110kv電力網最大負荷下的無功補償和調壓計算 系 院： 物理與機電工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化131班 作者姓名： 韓偉 指導教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2 0 1 6 年 06 月 12 河西學院本科生課程設計任務書設 計 題 目某110kv電力網最大負荷方式下的無功補償和調壓計算作 者 姓 名韓偉學院及班級物電學院電氣工程及其自動化131班指導教師姓名、職稱劉永科 副教授任務下達日期2016年5月20日1.1設計內容1.設計要求按就地無功補償方式,選擇標準電容組進行無功補償后的潮流計算;通過改變

2、變壓器分接頭方式,使各母線電壓水平符合國家相關規(guī)程規(guī)定.1.2原始資料：1.電力網接線示意圖.本次設計針對某110kv電力網進行,其接線示意圖如圖4-13所示.圖中,發(fā)電廠A的高壓母線電壓為110kv;各變電所中分別裝設2臺主變壓器,110kv線路為雙回路鋼芯鋁絞線。 電力網接線圖.2.發(fā)電廠、變電所負荷情況及元素技術參數(shù)。發(fā)電廠、變電所的負荷情況見表4-8，變壓器的技術參數(shù)見表4-9，線路的技術參數(shù)見4-10發(fā)電廠、變電所負荷一覽表位置發(fā)電廠A變電所2變電所3最大負荷（MW）45030功率因數(shù)0.850.80.8 110kv變電所主變壓器技術參數(shù)表位置A升壓站（T-1）變電所2（T-2）變電

3、所3（T-3）型號無勵磁調壓變壓器63000有載調壓變壓器31500有載調壓變壓器20000額定容量（MVA）9031.520臺數(shù)222空載損耗（kw）55.836.626負載損耗（kw）260148104空載電流（%）0.40.770.84短路阻抗（%）10.510.5105分接頭電壓（kv）121110110110kv線路技術參數(shù)表導線型號LGJ-95/35導線型號LGJ-95/35回路數(shù)雙回路導線阻抗（）0.332+j0.429長度（km）60導線充電功率（Mvar/110km）3.5042.設計的基本要求2.1設計及計算說明書（1）說明書要求書寫整齊，條理分明，表達正確、語言正確。（2

4、）計算書內容：為各設計內容最終成果、確定提供依據(jù)進行的技術分析、論證和定量計算，如。（3）計算書要求：計算無誤，分析論證過程簡單明了，各設計內容列表匯總。 2.2圖紙（1）繪制分析所需的必要圖紙（2）圖紙要求：用標準符號繪制，布置均勻，設備符號大小合適，清晰美觀。3.論文(設計)進度安排階段論文（設計）各階段名稱起止日期1熟悉設計任務書、設計題目及設計背景資料5月20日5月25日2查閱有關資料5月26日5月27日3閱讀設計要求必讀的參考資料5月28日5月29日4書寫設計說明書5月30日6月20日5小組答辯與質疑6月21日6月22日6上交設計成果6月30日4.需收集和閱讀的資料及參考文獻（指導教

5、師指定）1: 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）M，北京，中國電力出版社，20072：何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析第三版M，武漢,華中科技大學出版社，20023：陳悅.電氣工程畢業(yè)設計指南電力系統(tǒng)分冊M，北京，中國水利水電出版社，2008教 研 室 意 見 負責人簽名： 年 月 日 目錄摘要 1第1章 原始數(shù)據(jù)及設計要求21.1節(jié)點負荷與電力網接線圖21.2 設計內容及要求2第2章 無功補償原理及方法221無功補償設計原理22.2無功補償?shù)囊话惴椒?2.3無功補償裝置的分類42.3.3靜止無功補償器52.4 無功功率與電壓的調整6第3章 電力系統(tǒng)的參數(shù)計算83.1已知的系統(tǒng)參數(shù)83.2各系統(tǒng)元件

6、參數(shù)計算8第4章 負荷節(jié)點的無功補償104.1無功補償?shù)南嚓P計算104.2電容組的選擇10第5章 無功補償后電網的潮流計算115.1變電所T-2的功率損耗和潮流計算115.2線路L耗和潮流計算-2的功率損125.3變電所T-3的功率損耗和潮流計算125.4線路L-1的功率損耗和潮流計算135.5變電所T-1的功率損耗和潮流計算14第6章 電路系統(tǒng)的調壓計算156.1調整電壓的必要性15總結16摘要 隨著我國經濟建設的不斷發(fā)展，電網的工作運行收到極大的考驗，目前許多變電站普遍存在負荷過重的情況，需要假裝無功補償裝置來提高電網輸送能力。本文根據(jù)電網變壓器線路無功損耗產生機理，詳細闡述了220KV變

7、電站電力變壓器無功補償計算方法，以提高輸電設備的利用率，降低電力系統(tǒng)設備的損耗和有功網損，減少能耗和發(fā)電費用，最后對最優(yōu)方案進行調壓計算。關鍵字：電力網 無功補償 調壓計算 第1章 原始數(shù)據(jù)及設計要求1.1節(jié)點負荷與電力網接線圖電力系統(tǒng)接線圖如圖1所示,發(fā)電廠A的高壓母線為110KV,各變電所中分別裝設2臺主變壓器,110KV線路為雙回路鋼芯鋁絞線.圖1 電力系統(tǒng)接線圖1.2 設計內容及要求按就地無功補償方式進行無功補償；選擇標準電容組進行無功補償后的潮流計算；通過改變變壓器分接頭方式,使各母線電壓水平符合國家相關規(guī)程規(guī)定。第2章 無功補償原理及方法 21無功補償設計原理

8、電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。 無功補償?shù)幕驹硎牵喊丫哂腥菪怨β守摵傻难b置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。 電網中的許多用電設備是根據(jù)電磁感應原理工作的。它們在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內吸收

9、的功率和釋放的功率相等，這種功率叫無功功率。電力系統(tǒng)中，不但有功功率平衡，無功功率也要平衡。 有功功率、無功功率、視在功率之間的關系為： 圖2 各功率幾何關系其中：S為視在功率 ；P為有功功率；Q為無功功率； 角為功率因數(shù)角，它的余弦是有功功率與視在功率之比，即。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用電企業(yè)功率因數(shù)越小，則所需的無功功率越大。如果無功功率不是由電容器提供，則必須由輸電系統(tǒng)供給，為滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量需要增大。這樣，不僅增加供電投資、降低設備的利用率，也將增加線路損耗。為此，國家供用電規(guī)則規(guī)定：無功電力應就地平衡，用戶應在提高用電自然功率因數(shù)的基礎上，設計

10、和裝置無功補償設備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功倒送。還規(guī)定用戶的功率因數(shù)應達到相應的標準，否則供電部門可以拒絕供電。因此，無論對供電部門還是用電部門，對無功功率進行自動補償以提高功率因數(shù)，防止無功倒送，從而節(jié)約電能。改變功率因數(shù)作用；一、改善供電品質，提高功率因數(shù)。 二、減少電力的損失，工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。 三、延長設備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷下降，可以降低溫度增加壽命。 四、滿足

11、電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求，消除功率因數(shù)過低而產生的罰款。 2.2無功補償?shù)囊话惴椒?#160;無功補償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。 2.2.1低壓個別補償  低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備

12、停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。  2.2.2低壓集中補償  低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節(jié)。低壓補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。  2.2.3高壓集中補償  高壓集中補償

13、是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的610kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。2.3無功補償裝置的分類無功補償有很多種類：從補償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨摵裳a償與線路補償，從補償?shù)男再|劃分可以分為感性補償與容性補償。下面將并聯(lián)容性補償?shù)姆椒ù笾铝信e：2.3.1同步調相機   調相機的基本原理與同步發(fā)電機沒有區(qū)別，它只輸出無功電流。因為不發(fā)電，因此

14、不需要原動機拖動，沒有啟動電機的調相機也沒有軸伸，實質就是相當于一臺在電網中空轉的同步發(fā)電機。      調相機是電網中最早使用的無功補償裝置。當增加激磁電流時，其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時，其輸出的容性無功電流減少。當激磁電流減少到一定程度時，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補調相機的損耗。當激磁電流進一步減少時，輸出感性無功電流。      調相機容量大、對諧波不敏感，并且具有當電網電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點，因此調相機對于電網的無功安全具有不可替代的作用。

15、      由于調相機的價格高，效率低，運行成本高，因此已經逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來出于對電網無功安全的重視，一些人主張重新啟用調相機。 2.3.2并聯(lián)電容器  并聯(lián)電容器是目前最主要的無功補償方法。其主要特點是價格低，效率高，運行成本低，在保護完善的情況下可靠性也很高。       在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組，而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結構則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負荷情況。對于低壓自

16、動無功補償裝置將另文詳細介紹。      并聯(lián)電容器的最主要缺點是其對諧波的敏感性。當電網中含有諧波時，電容器的電流會急劇增大，還會與電網中的感性元件諧振使諧波放大。另外，并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件，在電網電壓下降時其輸出的無功電流也下降，因此不利于電網的無功安全。2.3.3靜止無功補償器 靜止補償器是近年來發(fā)展起來的一種動態(tài)無功功率補償裝置。它是將電力電容器與電抗器并聯(lián)起來使用，電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結合起來，再配以適當?shù)恼{節(jié)裝置，就成為能夠平滑地改變輸出（或吸收）無功功率的靜止補償器。靜止補償器有四種不同類型，即可控

17、飽和電抗器型，自飽和電抗器型，可控硅控制電抗器型，以及可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型靜止補償器。電壓變化時，靜止補償器能快速地、平滑地調節(jié)無功功率，以滿足動態(tài)無功補償?shù)男枰?。與同步調相機比較，運行維護簡單，功率損耗較小，能作到分相補償以適應不平衡的負荷變化，對于沖擊負荷也有較強的適應性，在我國電力系統(tǒng)中它將得到日益廣泛的應用。晶閘管投切電容器單獨使用時只能作為無功功率電源，發(fā)出感性無功，且不能平滑調節(jié)輸出的功率，由于晶閘管對控制信號的相應極為迅速，通斷次數(shù)又不受限制，其運行性能還是明顯優(yōu)于機械開關投切的電容器。2.4 無功功率與電壓的調整 電力系統(tǒng)中為了實現(xiàn)無功功率在額定電

18、壓下的平衡，即實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無功功率平衡和實現(xiàn)各區(qū)域無功功率平衡，保證電壓質量，滿足用戶的用電要求，必須對系統(tǒng)中的無功功率和電壓進行調節(jié)，使之在允許的偏移范圍內。電壓調整是指對電力系統(tǒng)中各負荷點的電壓進行調節(jié)，使之在允許的偏移范圍內，在電壓調整的過程中，縣級電力系統(tǒng)用得較多的是只重視選擇變壓器的變比，而忽視了電力無功功率的平衡。當電力系統(tǒng)的無功電源發(fā)出的無功功率不能滿足（或高于）無功負荷及網絡中損耗時，就應對系統(tǒng)電壓進行調整。 以目前調整電壓的措施有：調節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機端電壓、適當選擇變壓器的變比、改變線路的參數(shù)、改變無功功率的分布等；控制無功功率的產生和損耗及無功功率的流動可

19、以實現(xiàn)調整電壓。下面是常用的進行無功功率和電壓調整的裝置。 在電力系統(tǒng)運行中，要求電源的無功功率在任何時刻都同負荷的無功功率和網絡無功損耗之和相等。即： 現(xiàn)以一發(fā)電機經過一段線路向負荷供電來說明無功電源對電壓的影響。略去各元件電阻，用表示發(fā)電機電抗與線路電抗之和，等值電路如下圖所示：圖3 負荷與電壓的關系負荷增加時，其無功電壓特性如曲線所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時曲線1和曲線的交點就代表了新的無功平衡點，并由此決定了負荷點的電壓為，顯然<，這說明負荷增加后，系統(tǒng)的電源已不能滿足在電壓下無功平衡的需要，因而只好降低電壓運行，以取得在較低電

20、壓下的無功平衡。當電勢為一定值是，同的關系是一條向下開口的拋物線。負荷的主要成分是異步電動機，其無功電壓特性如圖中曲線2所示。圖4 按無功功率平衡確定電壓如果發(fā)電機具有充足的無功備用，通過調節(jié)勵磁電流增大發(fā)電機電勢，則發(fā)電機的無功特性曲線將上移到曲線的位置，從而使曲線與曲線的交點所確定的負荷節(jié)點電壓達到或接近原來的數(shù)值。同樣，如果發(fā)電機的電勢增大而負荷沒有增加，則由發(fā)電機的無功特性曲線與負荷無功特性曲線2的交點為，決定了負荷點的電壓為，此時>，負荷點的電壓偏高。由此可見，系統(tǒng)中的無功電源對系統(tǒng)中的電壓的影響為當無功電源比較充足時，能滿足較高電壓水平下的無功平衡需要，系統(tǒng)就有較高的運行電壓

21、水平；反之，無功不足就反映為運行電壓水平偏低。因此，應該力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡，并根據(jù)這個要求裝設必要的無功補償裝置。 當電壓比較高時，由于飽和影響，勵磁電抗的數(shù)值還有所下降，因此，勵磁功率隨電壓變化的曲線稍高于二次曲線；為漏抗中的無功損耗，如果負載功率不變化的曲線稍高于二次曲線；為漏抗中的無功損耗，如果負載功率不變，則常數(shù)，當電壓降低時，磚茶將要增大，定子電流隨之增大，相應的，在漏抗中的無功損耗也要增大。綜合這兩部分無功功率的變化特點，其中為電動機的實際負荷同它的額定負荷之比，稱為電動機的受載系數(shù)。在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的升降而增減。當電壓明顯的低于額定值時，

22、無功功率主要有漏抗中的無功損耗決定，因此，隨電壓下降反而具有上升的性質。變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)的無功需求中占有相當?shù)谋戎?。假定一臺變壓器的空載電流，短路電壓，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的12%。如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。 第3章 電力系統(tǒng)的參數(shù)計算 3.1已知的系統(tǒng)參數(shù)變電所T-1：，變壓所T-2：， 變電所T-3: ， 線路LGJ-95/35 =, , , ,3.2各系統(tǒng)元件參數(shù)計算變電所T-1的參數(shù)計算 變壓所T-2的參數(shù)計算 變電所T-3的參數(shù)計算 線路L1=L2：L=60km 導線的充電功率：1/2×

23、3.504Mvar/110km×60km=0.85Mvar 第4章 負荷節(jié)點的無功補償4.1無功補償?shù)南嚓P計算 規(guī)定將個點負荷節(jié)點的功率因數(shù)補償?shù)?.9，則補償計算情況如下：發(fā)電機1節(jié)點無功補償計算：原負荷 4+j3 補償后的負荷 4+j1.93 補償功率(4+j3)-(4+j1.93)=1.07Mvar變電所T-2低壓側無功補償計算：原負荷 50+j37.5 補償后的負荷 50+j24.2 補償功率(50+j37.5)-(50+j24.2)=13.3Mvar變電所T-3低壓側無功補償計算：原負荷 30+j22.5 補償后的負荷 30+j14.5 補償功率（30+j22.5）-(30

24、+j14.5)=8Mvar4.2電容組的選擇第5章 無功補償后電網的潮流計算5.1變電所T-2的功率損耗和潮流計算變壓器T-2低壓側經補償后的負載50+j24.2MVA變壓器T-2歸算的到高壓側的電壓10電流經過變壓器T-2的功率損耗電壓經過變壓器T-2的電壓降落經過變壓器T-2高壓側的功率=(50+0.267+0.069)+j(24.2+5.96+0.046)=50.33+j30.213MW線路L-2末端的充電功率0.85Mvar =50.336+j29.363MVA5.2線路L耗和潮流計算-2的功率損電流經過線路L-2的功率損耗電壓經過線路L-2的電壓降線路L-2首段的充電功率0.85Mv

25、ar經過線路L-2首段的功率=(50.33+2.92)+(30.213+3.77-0.85)=53.25+j33.133MW5.3變電所T-3的功率損耗和潮流計算變壓器T-3低壓側經補償后的負荷30+j14.5MVA變壓器電壓歸算到高壓側的電壓10變壓器T-3的有功和無功功率損耗電壓經過變壓器T-3的電壓降經過變壓器T-3高壓側的功率(30+0.16+0.04)+j(14.5+2.61-0.3) =30.2+j16.8MW經過線路L-1末端的功率(53.25+30.2)+j(33.13+16.8) =83.45+j49.94MW 5.4線路L-1的功率損耗和潮流計算經過線路L-1的功率損耗經過

26、線路L-1的電壓降線路L-1首段的充電功率0.85Mvar線路L-1首段的功率=(50.33+2.92)+(30.213+3.77-0.85)=53.25+j33.133MW5.5變電所T-1的功率損耗和潮流計算變壓器T-1的功率損耗經過變壓器T-1電壓降 變壓器T-1高壓側的功率=(89.88+0.16+0.12)+(56.27+5.72-0.8)=90.17+j61.19MVA發(fā)電機應發(fā)出的功率=(90.17+4)+j（61.19+1.93）=94.17+j62.12MVA第6章 電路系統(tǒng)的調壓計算6.1調整電壓的必要性 電壓是電能質量的重要指標，電壓不合格會對電網造成嚴重的危害。電壓偏移

27、過大，會影響工農業(yè)生產的質量和產量，損壞電力設備，甚至引起系統(tǒng)性“電壓崩潰造成大面積停電。 6.1.1電網電壓偏低 （1）電網電壓偏低的原因。由于早期設計的供電網絡或配電網絡結構不合理，特別是一些線路送電距離長，供電半徑大，導線截面小，使線路電壓損失較大。電網無功功率電源不足或無功補償設備管理不善、長期失修、經常停用等，使無功平衡破壞，這是電網電壓水平普遍降低的根本原因。變電所變壓器分接頭位置放置不合理，電網接線不合理，負荷過重，負荷功率因數(shù)低，電力設備檢修及線路故障等，都可使電網電壓下降。1 （2）電網電壓偏低的危害。對發(fā)電機的危害：發(fā)電機定子電流隨其功率角的增

28、大而增大。假設發(fā)電機在正常電壓時定子電流為額定值，若系統(tǒng)電壓降低，發(fā)電機仍要保持其出力，功率角就要增大，必然引起定子電流增大超過額定值。所以這種情況下，必須減少發(fā)電機的出力。對異步電動機的危害：在電力系統(tǒng)的負荷中，異步電動機占很大的比例，如果電壓降低，異步電動機的轉差率將增大，從而電動機定子繞組中電流將隨之增大，導致電動機溫升增加，效率降低，壽命縮短。對照明負荷的危害：電網電壓下降，引起電燈功率下降，照明亮度降低。有關數(shù)據(jù)顯示，電壓降低10%，白熾燈的亮度降低35%；水銀燈亮度減少20%；日光燈亮度降低10%，而且壽命縮短。如果電壓降低20%，日光燈將不能啟動。對冶金等行業(yè)的危害：電路的有功功率與電壓平方成正比，電路將因為電壓過低而影響冶煉時間，可能導致產品不合格，甚至報廢。電網電壓偏低還可能造成電網振蕩、系統(tǒng)解列、大面積停電，導致斷水、斷氣、電訊中斷，嚴重影響人民生活和社會安全。 6.1.2電網電壓偏高 （1）電