05第五章 供配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和電壓調(diào)整.doc

第五章 供配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和電壓調(diào)整VAR compensation and voltage adjustment of power supply and distribution system5-1 供配電系統(tǒng)的電壓偏移與無(wú)功平衡Voltage deviation and VAR balance of power supply and distribution system一、 電壓偏移影響 influence of voltage deviation1.電力系統(tǒng)的負(fù)荷：電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備、電熱器具、家用電器、沖擊性負(fù)荷（電弧爐、軋鋼機(jī)等）2.所有的用電設(shè)備都是以額定電壓為條件制造的，最理想的工作電壓是額定電壓。3.電壓偏移的影響： 對(duì)用電設(shè)備的影響a 異步電動(dòng)機(jī)（電力系統(tǒng)負(fù)荷中占較大比重，如起重機(jī)、磨煤機(jī)、碎石機(jī)）轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比。 端電壓降低太多，使帶額定負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)可能停止，重載電機(jī)可能無(wú)法起動(dòng)。且?guī)ж?fù)載的電動(dòng)機(jī)電流增大，使繞組溫升，加速絕緣老化。 電壓過高，對(duì)絕緣不利。b 白熾燈端電壓低于額定電壓，會(huì)使發(fā)光效率和光通量下降。端電壓高于額定電壓5，則壽命會(huì)減少一半，但發(fā)光效率會(huì)提高。c 電熱器具 （阻抗值不隨電壓變化的負(fù)荷）電壓變化會(huì)影響其出力；d 精密儀器加工業(yè)如電子元件加工業(yè)，電壓大幅波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量不合格產(chǎn)品。綜上所述，電壓偏移越小越好。但由于電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，負(fù)荷分布不均又經(jīng)常變動(dòng)，故保證所有節(jié)點(diǎn)電壓都是額定電壓是不可能的。 對(duì)電力系統(tǒng)本身電壓降低，使網(wǎng)絡(luò)中功率損耗和電能損耗加大，可能危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性；電壓過高，電氣設(shè)備絕緣易受損。二、電壓偏移標(biāo)準(zhǔn)正常情況下：35Kv及以上 ; 10Kv及以下 ;低壓照明 +5，10 ; 低壓照明與動(dòng)力混合使用 +5，7事故情況下：電壓偏移允許值比正常值多5%，但電壓的正偏移不大于10。三、 負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性 static voltage characteristic of load 系統(tǒng)頻率一定時(shí)，負(fù)荷功率隨電壓變化的關(guān)系。 有功負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性 static voltage characteristic of active load取決于負(fù)荷性質(zhì)及各類負(fù)荷所占的比重。1.電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)的有功功率與電壓無(wú)關(guān)。異步電動(dòng)機(jī)的有功功率基本上電壓無(wú)關(guān)。2.白熾燈其電阻值隨溫度而變化,PKU1。63.阻抗不隨電壓變化的負(fù)荷如電熱、電爐、整流負(fù)荷P 無(wú)功負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性static voltage characteristic of reactive load1.異步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁功率Qm與電壓平方成正比，電壓比較高時(shí)，由于磁飽和曲線的影響，Xm有所下降，則Qm隨電壓變化曲線略高于二次曲線。電壓降低時(shí)，負(fù)載不變的情況下，定子電流增大，則漏抗中損耗也增大。故：在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功隨電壓升降而增減。當(dāng)電壓顯著低于額定電壓時(shí)，漏抗損耗占主要部分，隨電壓降低而升高。2.阻抗不隨電壓變化的負(fù)荷 四、無(wú)功功率平衡 reactive balance、 基本知識(shí) basic knowledge1. 無(wú)功功率平衡：無(wú)功功率電源發(fā)出的無(wú)功功率用戶所需的無(wú)功系統(tǒng)無(wú)功損耗2. 無(wú)功功率電源: 發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、靜電電容器、靜止補(bǔ)償器等。3. 無(wú)功負(fù)荷: 除白熾燈和純電阻性加熱設(shè)備外的其它用電設(shè)備均需要無(wú)功，其中異步電動(dòng)機(jī)占很大比重。4. 無(wú)功損耗：線路和變壓器上的無(wú)功損耗。5. 據(jù)統(tǒng)計(jì)：用戶需要的無(wú)功50100用戶需要的有功。6. 由負(fù)荷無(wú)功功率電壓靜止特性可知：要維持負(fù)荷點(diǎn)電壓在額定值附近就必須提供足夠的無(wú)功，否則電壓會(huì)降低。、 電力系統(tǒng)中的無(wú)功電源 reactive power sources1、發(fā)電機(jī) generator發(fā)電機(jī)作為無(wú)功源即可發(fā)出感性無(wú)功,又可發(fā)出容性無(wú)功.在進(jìn)行無(wú)功調(diào)整時(shí),首先應(yīng)充分利用發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出能力.2、 調(diào)相機(jī) synchronous condenser（1）是只發(fā)無(wú)功功率的同步發(fā)電機(jī).過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)發(fā)出感性無(wú)功功率;欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功。（2） 欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的容量約為過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)容量的50。（3） 帶勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的調(diào)相機(jī)，可根據(jù)其所在點(diǎn)的電壓自動(dòng)平滑的改變出力;有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置時(shí)，系統(tǒng)故障情況下也可維持該機(jī)的出口電壓。（4） 特點(diǎn)：a) 運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。b) 有功損耗大，滿載時(shí)達(dá)額定容量的1.53，容量越小，損耗占的比重越大。故容量小于5Mvar時(shí)，不宜用調(diào)相機(jī)。c) 可平滑調(diào)整無(wú)功出力，系統(tǒng)故障時(shí)也可按要求輸出無(wú)功。3、靜電電容器 static capacitor（1）按三角形或星形接法并聯(lián)在線路上。（2）只能向系統(tǒng)提供感性無(wú)功，當(dāng)端口電壓下降時(shí)，出力會(huì)顯著下降。（3）特點(diǎn)：1)無(wú)功輸出調(diào)節(jié)能力差，輸出無(wú)功受端口電壓限制。2)單位容量成本低，且與總?cè)萘看笮o(wú)關(guān)，安裝維護(hù)方便。3)有功損耗小，滿載時(shí)僅為額定容量的0.30.5%。4)可集中使用，也可分散就地供應(yīng)無(wú)功，從而減少網(wǎng)絡(luò)電能損耗。4、靜止補(bǔ)償器SVC static VAR compensator可控硅控制的電抗器與電容器并聯(lián)組成的。（1） 吸收或發(fā)出感性無(wú)功。（2）快速跟蹤負(fù)荷，響應(yīng)速度快。（3）運(yùn)行時(shí)有功損耗小，滿載時(shí)不超過額定容量的1%。（4）可靠性高，維護(hù)工作量小。（5）不增加短路電流。（6）可控硅控制電抗器時(shí)，電網(wǎng)中產(chǎn)生高次諧波。、電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功功率損耗 reactive load and VAR losses無(wú)功負(fù)荷 reactive load 除白熾燈等少數(shù)純阻性用電設(shè)備外大部分用電設(shè)備都需要無(wú)功。無(wú)功損耗 VAR losses1.變壓器變壓器中的無(wú)功功率損耗分兩部分，即勵(lì)磁支路損耗和繞組漏抗中的損耗。其中，勵(lì)磁支路損耗的百分值基本上等于空載電流的百分值，約為1%2%；繞組漏抗中損耗，在變壓器滿載時(shí)，基本上等于短路電壓的百分值，約為10%。對(duì)于一臺(tái)變壓器或一級(jí)變壓的網(wǎng)絡(luò)而言，變壓器中的無(wú)功損耗并不大，滿載時(shí)約為它額定容量的百分之十幾。但對(duì)多電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)，變壓器中的無(wú)功損耗就相當(dāng)可觀。2電力線路上的無(wú)功損耗 線路上的無(wú)功損耗也分兩部分，即并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗中的無(wú)功損耗。并聯(lián)電納中的這種損耗又稱充電功率，與線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯(lián)電抗中的這種損耗與負(fù)荷電流的平方成正比，呈感性。 35KV及以下架空線的充電功率較小，總體上是消耗無(wú)功的； 110KV及以上架空線，當(dāng)輸送功率較大時(shí)，電抗總消耗的無(wú)功大于電納中產(chǎn)生的無(wú)功，總體上是無(wú)功負(fù)載；輸送功率較小時(shí)，為無(wú)功電源。第二節(jié) 無(wú)功功率補(bǔ)償Reactive power compensation一、無(wú)功補(bǔ)償原理 theory of reactive power compensation可提高電力網(wǎng)功率因數(shù)。詳見圖5-5。二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x meaning of reactive power compensation 1提高電網(wǎng)輸送能力，減少系統(tǒng)元件容量； 2降低網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電能損耗； 3改善電壓質(zhì)量。三、高壓電力網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償 reactive power compensation of high voltage power system 330500kv 分層分區(qū)就地平衡 安裝并聯(lián)電抗器補(bǔ)償線路充電功率； 220kv 變電所 最大負(fù)荷時(shí) 一次側(cè)功率因數(shù)不低于0.95; 最小負(fù)荷時(shí) 一次側(cè)功率因數(shù)不高于0.98. 二次側(cè)功率因數(shù)不小于 0.95-1. 110kv及以下變電所 最小負(fù)荷時(shí)，一次側(cè)功率因數(shù)不高于0.98。四、中低壓配電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)墓芾磙k法無(wú)功功率應(yīng)就地補(bǔ)償 具體管理方法： 1 提高用戶的功率因數(shù)；2 配電線路及變電所分散安裝電力電容器；3 對(duì)大容量軋鋼設(shè)備等沖擊性的動(dòng)態(tài)無(wú)功負(fù)荷，裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備或采用可控硅開關(guān)自動(dòng)快速投切電容器組。五、配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲迷瓌t “就地補(bǔ)償、分級(jí)分區(qū)平衡” 1總體平衡和局部平衡相結(jié)合 盡量避免不同分區(qū)之間無(wú)功的遠(yuǎn)距離輸送和交換。 2電業(yè)部門補(bǔ)償和用戶補(bǔ)償相結(jié)合 3分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主集中補(bǔ)償是指在變電所集中裝設(shè)容量較大的補(bǔ)償設(shè)備；分散補(bǔ)償是指在配電網(wǎng)的分散區(qū)，如配電線路、變壓器和用電設(shè)備，分散進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。 4降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主第三節(jié) 供配電系統(tǒng)電壓調(diào)整Voltage adjustment of power supply and distribution system一 、中樞點(diǎn)電壓管理 voltage management of load-center bus1、電壓調(diào)整的目的：使用戶的電壓偏移在規(guī)定的范圍內(nèi)。2、中樞點(diǎn)電壓管理：選幾個(gè)可代表系統(tǒng)電壓水平的發(fā)電廠或變電所母線作為電壓中樞點(diǎn)，因大多數(shù)負(fù)荷都在中樞點(diǎn)供電，故如能控制住中樞點(diǎn)的電壓偏移，也就控制住了大部分負(fù)荷的電壓偏移。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整問題轉(zhuǎn)化為控制各中樞點(diǎn)電壓的電壓偏移不超出范圍的問題。例：如圖所示根據(jù)Sm對(duì)電壓要求，A點(diǎn)（中樞點(diǎn)）的電壓應(yīng)維持為：根據(jù)Sn對(duì)電壓要求，A點(diǎn)（中樞點(diǎn)）的電壓應(yīng)維持為：綜合以上要求，中樞點(diǎn)允許電壓為：08時(shí)：(0.991.06)UN 816時(shí)：(1.051.06)UN1624時(shí)：（1.051.13）UN 由此可見：為同時(shí)滿足兩點(diǎn)負(fù)荷對(duì)電壓偏移的要求，中樞點(diǎn)電壓的允許變動(dòng)范圍大為縮小，有時(shí)甚至僅有1%。若兩條線路上的電壓損耗的大小和變化規(guī)律相差更懸殊，完全有可能在某些時(shí)段內(nèi)，無(wú)論中樞點(diǎn)電壓取何值都不能同時(shí)滿足兩個(gè)負(fù)荷對(duì)電壓質(zhì)量的要求，此時(shí)就需要在負(fù)荷點(diǎn)處增設(shè)必要的調(diào)壓措施。3電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的調(diào)壓方法1） 逆調(diào)壓：高峰負(fù)荷時(shí)升高中樞點(diǎn)電壓（至105%），低谷負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓（至）。適用于供電線路較長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)。調(diào)壓設(shè)備：調(diào)相機(jī)、靜電電容器、有載調(diào)壓變壓器。2） 順調(diào)壓：高峰負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓降低（但不低于102.5%）,低谷負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓升高（但不允許高于107.5%）。適用于供電線路不長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)不大的中樞點(diǎn)。不用裝特殊的調(diào)壓設(shè)備。3） 常調(diào)壓：任何情況下都保證中樞點(diǎn)電壓基本不變。如（102%105%）。通過合理選擇變壓器變比和并聯(lián)電容器來(lái)調(diào)壓。故障時(shí)允許電壓偏移較正常時(shí)大5%。二、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施 voltage adjustment methods以圖3-15為例，略去線路、變壓器的對(duì)地導(dǎo)納支路，則負(fù)荷點(diǎn)的電壓為（不計(jì)網(wǎng)損）：則調(diào)整用戶端電壓可采取以下措施：1）調(diào)整勵(lì)磁以改變發(fā)電機(jī)端電壓；2）改變變壓器分接頭位置；3）改變電力網(wǎng)無(wú)功功率分布；4）改變輸電線路的參數(shù)。 利用發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓 voltage adjustment using generator1.在各種調(diào)壓手段中，應(yīng)首先考慮利用發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓。2利用發(fā)電機(jī)進(jìn)行逆調(diào)壓，可使最遠(yuǎn)端負(fù)荷點(diǎn)電壓變動(dòng)范圍縮小5%。3如果供電線路不長(zhǎng)，電壓損耗不大，僅用發(fā)電機(jī)逆調(diào)壓就可滿足要求；但若經(jīng)多級(jí)變壓向遠(yuǎn)處負(fù)荷供電，僅依靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓不能滿足負(fù)荷對(duì)電壓質(zhì)量的要求。改變變壓器變比調(diào)壓 voltage adjustment via changing transformers tap1雙繞組變壓器的高壓側(cè)和三繞組變壓器的高、中壓側(cè)往往有若干個(gè)分接頭可供選擇。其中對(duì)應(yīng)于的分接頭成為主接頭。 6000KVA以下的變壓器有三個(gè)分接頭，8000KVA以上的變壓器有五個(gè)分接頭，2如圖所示：為升壓變壓器，為降壓變壓器。1） 現(xiàn)以為例說明降壓變壓器分接頭的選擇方法已知：最大負(fù)荷時(shí)高壓側(cè)母線電壓為，變壓器的電壓損失為，低壓側(cè)母線要求的電壓為。求：最大負(fù)荷時(shí)應(yīng)選擇的的高壓側(cè)分接頭電壓分析： 其中：為最大負(fù)荷時(shí)，歸算至高壓側(cè)的低壓母線電壓；為最大負(fù)荷時(shí)應(yīng)選的變比。 ，為低壓側(cè)的額定電壓。則聯(lián)立上式，可得： 同理：可得最小負(fù)荷時(shí)變壓器應(yīng)選擇的高壓側(cè)分接頭電壓若為無(wú)載調(diào)壓，則變壓器分接頭應(yīng)取： 根據(jù)計(jì)算得出的選擇與之最接近的分接頭，然后校驗(yàn)所選的分接頭能否使的低壓側(cè)母線電壓滿足調(diào)壓要求。2） 升壓變壓器分接頭選擇以上為無(wú)載調(diào)壓；若為有載調(diào)壓，則可分別選擇最大、最小負(fù)荷時(shí)應(yīng)選擇的分接頭，不必取平均。 改變電力網(wǎng)中的無(wú)功功率分布進(jìn)行調(diào)壓 voltage regulation with reactive power distribution1 電壓損耗是造成電壓偏移的主要原因，當(dāng)線路參數(shù)一定時(shí)，決定電壓損失的因素有兩個(gè)：P和Q。1） 由于有功源只有發(fā)電機(jī)，且發(fā)電機(jī)、有功負(fù)荷不宜改動(dòng)， 故不可能通過改變有功分布來(lái)調(diào)壓。2） 由于無(wú)功源除發(fā)電機(jī)外，還有調(diào)相機(jī)、電容器等，這些無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝位置可動(dòng)，故可通過改變無(wú)功分布來(lái)調(diào)壓。3） 并非所有場(chǎng)合都可用改變無(wú)功分布的方法來(lái)調(diào)壓，只有當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)中RX時(shí)，才可用。2 改變電力網(wǎng)無(wú)功分布的具體做法：在輸電線路末端靠近負(fù)荷處裝設(shè)并聯(lián)電容器或調(diào)相機(jī)。 例：如圖所示令：補(bǔ)償前后不變。分析： 未裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)： ， 折算至高壓側(cè)的低壓電壓裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后：則：故：近似的：補(bǔ)償后低壓側(cè)實(shí)際電壓為，則：由上式可見，若要確定，則應(yīng)先確定變壓器變比K，而K的確定與補(bǔ)償設(shè)備的類型有關(guān)用靜電電容器，最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出，最大負(fù)荷時(shí)全部投入。用調(diào)相機(jī)時(shí)，最小負(fù)荷時(shí)吸收或（5060