無功功率平衡和電壓調(diào)整

4.4無功功率平衡和電壓調(diào)整

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性

4.4.3了解利用電容器進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓的原理與方法

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

考試大綱要求：14.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性1.無功功率平衡電力系統(tǒng)中無功電源所發(fā)出的無功功率應(yīng)與系統(tǒng)中的無功負(fù)荷及無功損耗相平衡，同時(shí)還應(yīng)有一定的無功功率備用電源。允許合理的無功功率源配置是保證電壓合理的關(guān)鍵。2異步電動(dòng)機(jī)是電力系統(tǒng)主要的無功負(fù)荷系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定

無功功率負(fù)荷4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性3無功功率損耗變壓器的無功損耗

輸電線路的無功損耗

變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗QLT包括勵(lì)磁損耗△Q0和漏抗中的損耗△QT

QLT＝△Q0＋△QT＝V2BT＋(S/V)2XT≈SN＋(VN/V)24.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性4輸電線路的無功損耗△QL＝△QB＝△QL+△QB無功功率損耗變壓器的無功損耗

輸電線路的無功損耗

輸電線路的無功損耗4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性5無功功率電源

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性6無功功率電源

發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是唯一的有功功率電源，又是最基本的無功功率電源QBDCAPOEjXdIN4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性7無功功率電源

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性8無功功率電源

同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。在過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)供給無功功率，起無功電源的作用；在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它吸收感性無功功率，起無功負(fù)荷作用。由于相應(yīng)速度較慢，難以適應(yīng)動(dòng)態(tài)無功控制的要求，20世紀(jì)70年代以來已逐漸被靜止無功補(bǔ)償裝置所取代

同步調(diào)相機(jī)4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性9無功功率電源

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性10無功功率電源

靜電電容器

靜電電容器

靜電電容器供給的無功功率Qc與所在節(jié)點(diǎn)的電壓V的平方成正比，即

Qc＝V2/Xc式中，Xc＝1/wc為靜電電容器的電抗。當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，它供給系統(tǒng)的無功功率將減少。因此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或由于其他原因電壓下將時(shí)，電容器無功輸出的減少將導(dǎo)致電壓繼續(xù)下降。換言之，電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性111213無功功率電源

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性14無功功率電源

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功補(bǔ)償器

SVC由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成，SVC在我國電力系統(tǒng)中將得到廣泛應(yīng)用飽和電抗器型可控硅控制電抗器型(TCR)可控硅投切電容器型(TSC)TCR和TSC組合型4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性15無功功率電源

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性16無功功率電源

靜止無功發(fā)生器

靜止無功發(fā)生器

它是一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置(SVG),它的主體是電壓源型逆變器。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變SVG地運(yùn)行工況，使其處于容性負(fù)荷、感性負(fù)荷或零負(fù)荷狀態(tài)。與SVC比較，SVG具有響應(yīng)快、運(yùn)行范圍寬、諧波電流含量少等優(yōu)點(diǎn)。尤其是電壓較低時(shí)仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性17無功功率電源

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性18無功功率平衡無功功率平衡的基本要求無功電源發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容量盡量避免通過電網(wǎng)元件大量的傳送無功功率，應(yīng)該分地區(qū)分電壓級(jí)地進(jìn)行無功功率平衡一般情況下按照正常最大和最小負(fù)荷的運(yùn)行方式計(jì)算無功平衡，必要時(shí)還應(yīng)校驗(yàn)?zāi)承┰O(shè)備檢修時(shí)或故障后運(yùn)行方式下的無功功率平衡4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性19無功功率平衡系統(tǒng)無功功率平衡關(guān)系式：

QGC－QLD－QL＝Qres

QGC為電源供應(yīng)的無功功率之和，QLD為無功負(fù)荷之和，QL為網(wǎng)絡(luò)無功功率損耗之和，Qres為無功功率備用

Qres>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；Qres<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補(bǔ)償裝置4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性20無功功率平衡系統(tǒng)電源的總無功出力QGC包括發(fā)電機(jī)的無功功率QG∑和各種無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率QC∑，即

QGC＝QG∑＋QC∑總無功負(fù)荷QLD按負(fù)荷的有功功率和功率因數(shù)計(jì)算。

網(wǎng)絡(luò)的總無功損耗QL包括變壓器的無功損耗QLT∑、線路電抗的無功損耗ΔQL∑和線路電納的無功功率ΔQB∑，即

QL＝QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑

4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性21總之，無功平衡是一個(gè)比有功平衡更復(fù)雜的問題。一方面，不僅要考慮總的無功功率平衡還要考慮分地區(qū)的無功平衡，還要計(jì)及超高壓線路充電功率、網(wǎng)損、線路改造、投運(yùn)、新變壓器投運(yùn)及大用戶各種對(duì)無功平衡有影響的變化

一般無功功率按照就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。小容量的、分散的無功補(bǔ)償可采用靜電電容器；大容量的配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無功補(bǔ)償則宜采用同步調(diào)相機(jī)或SVC4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性22無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系總之，實(shí)現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件4.4.1了解無功功率平衡概念及無功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系統(tǒng)中各無功電源的調(diào)節(jié)特性23中樞點(diǎn)的定義電力系統(tǒng)中重要的電壓支撐點(diǎn)電力系統(tǒng)中負(fù)荷點(diǎn)數(shù)目眾多又很分散，有必要選擇一些有代表性的負(fù)荷點(diǎn)這些點(diǎn)的電壓質(zhì)量符合要求，其它各點(diǎn)的電壓質(zhì)量也能基本滿足要求中樞點(diǎn)的選擇區(qū)域性水、火電廠的高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線中樞點(diǎn)設(shè)置數(shù)量不少于全網(wǎng)220KV及以上電壓等級(jí)變電所總數(shù)的7％電壓調(diào)整的基本概念

中樞點(diǎn)的電壓管理24OABSUttSASBUOAUOB0.1UN0.03UN0.01UN0.04UN要求：UA、UB都在0.95UN～1.05UN之間4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理25OABSUUOtttSASBUOAUOB0.1UN0.03UN0.01UN0.04UN（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)要求：UA、UB都在0.95UN～1.05UN之間4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理26結(jié)論：只需要控制中樞點(diǎn)O的電壓在綠色的公共區(qū)域內(nèi)，這負(fù)荷點(diǎn)A、B兩點(diǎn)的電壓都在規(guī)定的0.95UN～1.05UN范圍內(nèi)。OUOtUO(B)UO(B)UO(A)UO(A)4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理27OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)？4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理28OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)？上移紅線？下移黑線？4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理29OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)！下移黑線，減小OA線路電壓損耗4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理30OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)如何下移黑線？4.3電力系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓管理31電壓調(diào)整的基本概念中樞點(diǎn)調(diào)壓模式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式在大負(fù)荷時(shí)升高電壓，小負(fù)荷時(shí)降低電壓的調(diào)壓方式。一般采用逆調(diào)壓方式，在最大負(fù)荷時(shí)可保持中樞點(diǎn)電壓比線路額定電壓高5％，在最小負(fù)荷時(shí)保持為線路額定電壓。供電線路較長(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)往往要求采用這種調(diào)壓方式

逆調(diào)壓模式32電壓調(diào)整的基本概念中樞點(diǎn)調(diào)壓模式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5％；小負(fù)荷時(shí)允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5％的調(diào)壓模式。對(duì)于某些供電距離較近，或者負(fù)荷變動(dòng)不大的變電所，可以采用這種調(diào)壓方式

順調(diào)壓模式33電壓調(diào)整的基本概念中樞點(diǎn)調(diào)壓模式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式介于前面兩種調(diào)壓方式之間的調(diào)壓方式是恒調(diào)壓。即在任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)電壓保持為大約恒定的數(shù)值，一般較線路額定電壓高2％～5％

恒調(diào)壓模式34電壓調(diào)整的基本概念

電壓調(diào)整的基本原理R+jXP+jQ1:K1VbK2:1VGVb=(VGk1－△V)/k2≈(VGk1－)/k2

式中k1和k2分別為升壓和降壓變壓器的變比，R和X分別為變壓器和線路的總電阻和總電抗35電壓調(diào)整的基本概念

電壓調(diào)整的基本原理由公式可見，為了調(diào)整用戶端電壓Vb可以采取以下措施（1）調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Vg（2）適當(dāng)選擇變壓器的變比（3）改變線路的參數(shù)（4）改變無功功率的分布36電壓調(diào)整的措施電壓調(diào)整措施發(fā)電機(jī)調(diào)壓改變變壓器變比調(diào)壓利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓371．補(bǔ)償調(diào)壓原理采用靜電電容器補(bǔ)償，當(dāng)將電容器與感性負(fù)載（用電設(shè)備）并聯(lián)后，電感性負(fù)載的功率因數(shù)仍然不變，但和的相位差減?。ǎa(bǔ)償后的功率因數(shù)比補(bǔ)償前的功率因數(shù)提高（即）。靜電電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償改善的是包括電容器在內(nèi)的整個(gè)線路的功率因數(shù)。

4.4.3了解利用電容器進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓的原理與方法382．補(bǔ)償方式采用靜電電容器作無功補(bǔ)償裝置時(shí)，可以采用就地補(bǔ)償和集中補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式。就地補(bǔ)償是低壓部分的無功負(fù)荷由低壓電容器補(bǔ)償，高壓部分由高壓電容器補(bǔ)償。容量較大、負(fù)荷集中且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M宜在變電所內(nèi)集中補(bǔ)償。居住區(qū)的無功負(fù)荷宜在小區(qū)變電所低壓側(cè)集中補(bǔ)償。

4.4.3了解利用電容器進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓的原理與方法391．變壓器的分接頭的確定雙繞組變壓器的高壓側(cè)繞組和三繞組變壓器的高、中壓側(cè)繞組都設(shè)有幾個(gè)分接頭供選擇使用。容量在6300kVA以下的變壓器一般設(shè)有三個(gè)分接頭，即1.05、、0.95，調(diào)節(jié)范圍為±5％。容量在8000kVA以上的變壓器有五個(gè)分接頭，分別在1.05、1.025、、0.975、0.95幾處引出。調(diào)壓范圍為±2×2.5％。

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

402.降壓變壓器分接頭的選擇計(jì)算（1）最大負(fù)荷時(shí)，變壓器分接頭電壓

（4-4-3）式中——最大負(fù)荷時(shí)，變壓器電壓損耗；——變壓器低壓側(cè)的額定電壓；——變壓器在最大負(fù)荷時(shí)，應(yīng)選擇的高壓側(cè)分接頭電壓；

、

——變壓器在最大負(fù)荷時(shí)，高、低壓側(cè)的電壓。

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

41（2）最小負(fù)荷時(shí)，變壓器分接頭電壓上式中各符號(hào)分別與最小負(fù)荷相對(duì)應(yīng)。

（3）正常運(yùn)行時(shí)變壓器分接頭，取兩者的平均值：根據(jù)計(jì)算出的選擇一個(gè)接近的分接頭，然后校驗(yàn)所選的分接頭是否能使低壓母線電壓的要求得到滿足。

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

42例：

某降壓變電所有一變比

k=110±2×2.5%/11的變壓器。歸算到高壓側(cè)的阻抗為Z=2.44+j40，最大負(fù)荷為Smax=28+j14MVA，最小負(fù)荷為Smin=10+j6MVA。

最大負(fù)荷時(shí)高壓母線電壓為113kV，最小負(fù)荷時(shí)為115kV。

低壓側(cè)母線允許電壓變化范圍為10～11kV。試選擇分接頭。43解：一次側(cè)二次側(cè)U1max=113kVU2max=10kVU1min=115kVU2min=11kV

（1）高壓側(cè)提供的電壓44（2）選擇分接頭（3）取平均值（4）選最接近（計(jì)算值115.45kV）的分接頭電壓115.5kV，即110+5%的分接頭。45

（5）校驗(yàn)

最大最小負(fù)荷時(shí)，低壓母線的實(shí)際電壓為即低壓側(cè)母線的電壓變化在10~11kV范圍內(nèi)。所選擇的分接頭能滿足調(diào)壓要求。46（2）升壓變壓器分接頭的選擇選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基本相同

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

47

有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器的高壓側(cè)有可以調(diào)節(jié)分接頭的調(diào)壓繞組，能在帶有負(fù)荷的情況下改變分接頭，調(diào)壓范圍也比較大，一般在15％以上。目前我國110kV電壓級(jí)的有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓范圍為±3×2.5％，有七個(gè)分接頭。220kV電壓級(jí)的有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓范圍為±4×2.5％，有九個(gè)分接頭。對(duì)于特殊要求的有載調(diào)壓變壓器還可有更多的分接頭。

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

48

有載調(diào)壓變壓器

1、分接頭多于普通變壓器，從而調(diào)節(jié)范圍寬；2、能在帶負(fù)荷情況下切換分接頭，調(diào)壓靈活方便，效果好；3、造價(jià)高，維修復(fù)雜。

4.4.4了解變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，分接頭的選擇計(jì)算

49實(shí)戰(zhàn)題目：1.關(guān)于并聯(lián)電容器補(bǔ)償，正確的說法是（）。A.在最大負(fù)荷時(shí)電容器應(yīng)全部退出，在最小負(fù)荷時(shí)全部投入。B.根據(jù)調(diào)壓要求，按最大負(fù)荷時(shí)沒有補(bǔ)償?shù)那闆r確定變壓器的分接頭；按最小負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量。C.根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負(fù)荷時(shí)沒有補(bǔ)償?shù)那闆r確定變壓器的分接頭；按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量。D.只能吸收感性無功功率來降低電壓。答案C2.在下列無功電源中，無功功率的控制性能最差的是（）。A.同步發(fā)電機(jī)B.同步調(diào)相機(jī)C.并聯(lián)電容器D.靜止補(bǔ)償器答案C3.在無功功率不足的電力系統(tǒng)中，首先應(yīng)該采取的措施是（）。A.采用無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償無功的缺額B.改變變壓器變比調(diào)壓C.增加發(fā)電機(jī)的有功出力D.調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流來改變其端電壓答案A4.4無功功率平衡和電壓調(diào)整504.三繞組變壓器分接頭的位置一般設(shè)在（）。A.高壓和中壓繞組