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1、第五章供配电系统的无功补偿和电压调整VARcompensationandvoltageadjustmentofpowersupplyanddistributionsystem5-1供配电系统的电压偏移及无功平衡VoltagedeviationandVARbalanceofpowersupplyanddistributionsystem一、电压偏移影响influenceofvoltagedeviation1 .电力系统的负荷：电动机、照明设备、电热器具、家用电器、冲击性负荷（电弧炉、轧钢机等）2 .全部的用电设备都是以额定电压为条件制造的，最志向的工作电压是额定电压。3 .电压偏移的影响：对用电
2、设备的影响a.异步电动机（电力系统负荷中占较大比重，如起重机、磨煤机、碎石机）转矩及端电压平方成正比。端电压降低太多，使带额定负荷的电动机可能停止，重载电机可能无法起动。且带负载的电动机电流增大，使绕组温升，加速绝缘老化。电压过高，对绝缘不利。b.白炽灯端电压低于额定电压，会使发光效率和光通量下降。端电压高于额定电压5%,则寿命会削减一半，但发光效率会提高。c. 电热器具（阻抗值不随电压变更的负荷）电压变更会影响其出力；d. 精密仪器加工业如电子元件加工业，电压大幅波动会产生大量不合格产品。综上所述，电压偏移越小越好。但由于电力系统节点多，结构困难，负荷分布不均又常常变动，故保证全部节点电压都
3、是额定电压是不行能的。对电力系统本身电压降低，使网络中功率损耗和电能损耗加大，可能危及电力系统稳定性；电压过高，电气设备绝缘易受损。二、电压偏移标准正常状况下：35KV及以上5%;IOKV及以下7%;低压照明+5%,-10%;低压照明及动力混合运用+5%,-7%事故状况下：电压偏移允许值比正常值多5%,但电压的正偏移不大于10%o三、负荷的电压静态特性staticvoltagecharacteristicofload系统频率肯定时，负荷功率随电压变更的关系。一有功负荷的电压静态特性staticvoltagecharacteristicofactiveload取决于负荷性质及各类负荷所占的比重。
4、1 .电动机同步电动机的有功功率及电压无关。异步电动机的有功功率基本上电压无关。2 .白炽灯其电阻值随温度而变更，P=KlJi3 .阻抗不随电压变更的负荷如电热、电炉、整流负荷P=R二无功负荷的电压静态特性staticvoltagecharacteristicofreactiveload1 .异步电动机U22w=na=-+/xA-nt励磁功率Qm及电压平方成正比，电压比较高时，由于磁饱和曲线的影响,Xm有所下降，则Qm随电压变更曲线略高于二次曲线。电压降低时，负载不变的状况下，定子电流增大，则漏抗中损耗&也增大。故：在额定电压旁边，电动机的无功随电压升降而增减。当电压显著低于额定电压时，漏抗损
5、耗占主要部分，随电压降低而上升。2 .阻抗不随电压变更的负荷四、无功功率平衡reactivebalance一、基本学问basicknowledge1,无功功率平衡：无功功率电源发出的无功功率=用户所需的无功+系统无功损耗2 .无功功率电源：发电机、调相机、静电电容器、静止补偿器等。3 .无功负荷：除白炽灯和纯电阻性加热设备外的其它用电设备均须要无功，其中异步电动机占很大比重。4 .无功损耗：线路和变压器上的无功损耗。5 .据统计：用户须要的无功250%SIo0%用户须要的有功。6 .由负荷无功功率电压静止特性可知：要维持负荷点电压在额定值旁边就必需供应足够的无功，否则电压会降低。二、电力系统中
6、的无功电源reactivepowersources1、发电机generator发电机作为无功源即可发出感性无功，又可发出容性无功.在进行无功调整时，首先应充分利用发电机的无功输出实力.2、调相机synchronouscondenser(1)是只发无功功率的同步发电机.过励磁运行时，向系统发出感性无功功率；欠励磁运行时，从系统汲取感性无功。(2)欠励磁运行时的容量约为过励磁运行时容量的50%。(3)带励磁调整装置的调相机，可依据其所在点的电压自动平滑的变更出力；有强行励磁装置时，系统故障状况下也可维持该机的出口电压。(4)特点：a)运行维护困难。b)有功损耗大，满载时达额定容量的1.5%s3%,
7、容量越小，损耗占的比重越大。故容量小于5Mvar时，不宜用调相机。c)可平滑调整无功出力，系统故障时也可按要求输出无功。3、静电电容器staticcapacitor(1)按三角形或星形接法并联在线路上。(2)只能向系统供应感性无功，当端口电压下降时，出力会显著下降。(3)特点：1)无功输出调整实力差，输出无功受端口电压限制。2)单位容量成本低，且及总容量大小无关，安装维护便利。3)有功损耗小，满载时仅为额定容量的0.3%s.5%4)可集中运用，也可分散就地供应无功，从而削减网络电能损耗。4、静止补偿器SVCstaticVARcompensator可控硅限制的电抗器及电容器并联组成的。(1)汲取
8、或发出感性无功。(2)快速跟踪负荷，响应速度快。(3)运行时有功损耗小，满载时不超过额定容量的1%。(4)牢靠性高，维护工作量小。(5)不增加短路电流。(6)可控硅限制电抗器时，电网中产生高次谐波。三、电力系统的无功负荷和无功功率损耗reactiveloadandVARlosses无功负荷reactiveload除白炽灯等少数纯阻性用电设备外大部分用电设备都须要无功。无功损耗VARlosses1 .变压器变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中的损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流的百分值，约为1%2%;绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压的百分值
9、，约为10%o对于一台变压器或一级变压的网络而言，变压器中的无功损耗并不大，满载时约为它额定容量的百分之十几。但对多电压级网络，变压器中的无功损耗就相当可观。2 .电力线路上的无功损耗线路上的无功损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，及线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗及负荷电流的平方成正比，呈感性。35KV及以下架空线的充电功率较小，总体上是消耗无功的；IIOKV及以上架空线，当输送功率较大时，电抗总消耗的无功大于电纳中产生的无功，总体上是无功负载；输送功率较小时，为无功电源。其次节无功功率补偿Reactivepowercompe
10、nsation一、无功补偿原理theoryofreactivepowercompensation可提高电力网功率因数。详见图5-5。二、无功补偿的意义meaningofreactivepowercompensation1 .提高电网输送实力，削减系统元件容量；2 .降低网络功率损耗和电能损耗；3 .改善电压质量。三、高压电力网的无功补偿reactivepowercompensationofhighvoltagepowersystem330500kv分层分区就地平衡安装并联电抗器补偿线路充电功率；220kv变电所最大负荷时一次侧功率因数不低于0.95;最小负荷时一次侧功率因数不高于0.98.二次
11、侧功率因数不小于0.95-1.IlokV及以下变电所最小负荷时，一次侧功率因数不高于0.98。四、中低压配电网无功功率补偿的管理方法无功功率应就地补偿详细管理方法：1. 提高用户的功率因数；2. 配电线路及变电所分散安装电力电容器；3. 对大容量轧钢设备等冲击性的动态无功负荷，装设静止无功补偿设备或采纳可控硅开关自动快速投切电容器组。五、配电网无功补偿的配置原则“就地补偿、分级分区平衡”1 .总体平衡和局部平衡相结合尽量避开不同分区之间无功的远距离输送和交换。2 .电业部门补偿和用户补偿相结合3 .分散补偿和集中补偿相结合，以分散为主集中补偿是指在变电所集中装设容量较大的补偿设备；分散补偿是指
12、在配电网的分散区，如配电线路、变压器和用电设备,分散进行无功补偿。4 .降损及调压相结合，以降损为主第三节供配电系统电压调整Voltageadjustmentofpowersupplyanddistributionsystem一、中枢点电压管理VOItagemanagementofload-centerbus1、电压调整的目的：运用户的电压偏移在规定的范围内。2、中枢点电压管理：选几个可代表系统电压水平的发电厂或变电所母线作为电压中枢点，因大多数负荷都在中枢点供电，故如能限制住中枢点的电压偏移，也就限制住了大部分负荷的电压偏移。电力系统的电压调整问题转化为限制各中枢点电压的电压偏移不超出范围的
13、问题。例：如图所示（三）负荷Sm、Sn允许的电压偏移；（e）AUAm的变化；d）AUAn的变化依据Sm对电压要求，A点（中枢点）的电压应维持为：Ulll+AUm依据Sn对电压要求，A点（中枢点）的电压应维持为：Un+MJ.综合以上要求，中枢点允许电压为：08时：(0.991.06)UN816时：(1.051.06)Un1624时：(1.051.13)UN由此可见：为同时满意两点负荷对电压偏移的要求，中枢点电压的允许变动范围大为缩小，有时甚至仅有1%o若两条线路上的电压损耗的大小和变更规律相差更悬殊，完全有可能在某些时段内，无论中枢点电压取何值都不能同时满意两个负荷对电压质量的要求，此时就须要在
14、负荷点处增设必要的调压措施。3.电力系统正常运行时的调压方法1) 逆调压：高峰负荷时上升中枢点电压(至105%UN),低谷负荷时降低中枢点电压(至UN)。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点。调压设备：调相机、静电电容器、有载调压变压器。2) 顺调压：高峰负荷时允许中枢点电压降低(但不低于102.5%tjv),低谷负荷时允许中枢点电压上升(但不允许高于107.5%jv)o适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点。不用装特别的调压设备。3) 常调压：任何状况下都保证中枢点电压基本不变。如(102%105%)Uno通过合理选择变压器变比和并联电容器来调压。故障时允许电压偏移较正常时大5%o二、
15、电力系统的调压措施VOltageadjustmentmethods以图3T5为例，略去线路、变压器的对地导纳支路,则负荷点的电压为（不计网损）：U1.(UAUN2则调整用户端电压U,可实行以下措施:1)调整励磁以变更发电机端电压力;2)变更变压器分接头位置;3)变更电力网无功功率分布;4)变更输电线路的参数。一利用发电机进行调压voltageadjustmentusinggenerator1 .在各种调压手段中，应首先考虑利用发电机进行调压。2 .利用发电机进行逆调压，可使最远端负荷点电压变动范围缩小5%。AUa=4%3 .假如供电线路不长，电压损耗不大，仅用发电机逆调压就可满意要求；但若经多
16、级变压向远处负荷供电，仅依靠发电机调压不能满意负荷对电压质量的要求。二变更变压器变比调压voltageadjustmentviachangingtransformer,stap1 .双绕组变压器的高压侧和三绕组变压器的高、中压侧往往有若干个分接头可供选择。其中对应于UN的分接头成为主接头。6000KVA以下的变压器有三个分接头，65%8000KVA以上的变压器有五个分接头，UN土2x25%2 .如图所示：G211Tj2G3D1.IgdI图3-18简单电力系统Ti为升压变压器，为降压变压器。D现以q为例说明降压变压器分接头的选择方法已知：最大负荷时高压侧母线电压为UjlM，变压器Tj的电压损失为
17、U2,低压侧母线要求的电压为UAmaX。求：最大负荷时应选择的Tj的高压侧分接头电压U力max分析：其中：02max为最大负荷时，归算至高压侧的低压母线电压；Kjmax为最大负荷时7；应选的变比。Ui=盯maxi,Uj2n为Tj低压侧的额定电压。则联立上式，可得：U.,“ax-2N,Jimaxj0J2.max同理：可得最小负荷时变压器Tj应选择的高压侧分接头电压UmmU_(Uj1.min-AUjtmin)Uj?Njtmin-Uj2min若为无载调压，则变压器分接头应取：依据计算得出的巴选择及之最接近的分接头，然后校验所选的分接头能否使7,的低压侧母线电压满意调压要求。2)升压变压器分接头选择r
18、j_(UiImaX+AU”.ma)Ui2NU.max-rjc,2.maxrj_(Uj1.min+AU”.min)，UnNUkmin-rjUj2min以上为无载调压；若为有载调压，则可分别选择最大、最小负荷时应选择的分接头，不必取平均。三变更电力网中的无功功率分布进行调压voltageregulationwithreactivepowerdistribution1.电压损耗是造成电压偏移的主要缘由，当线路参数肯定时，确定电压损失的因素有两个：P和Q。1）由于有功源只有发电机，且发电机、有功负荷不宜改动，故不行能通过变更有功分布来调压。2）由于无功源除发电机外，还有调相机、电容器等，这些无功补偿装
19、置的安装位置可动，故可通过变更无功分布来调压。3）并非全部场合都可用变更无功分布的方法来调压，只有当系统参数中RX时，才可用。2.变更电力网无功分布的详细做法：在输电线路末端靠近负荷处装设并联电容器或调相机。例：如图所示GOGTlT2UaK）IIGDtp*jQ、-=CRga+）Xga令：补偿前后UG不变。分析：未装无功补偿设备时:UG=Ua+PRGA+QXG八,UA一折算至高压侧的低压电压UA装无功补偿设备后：UG=UAC+-四9二QC)X纷UAC则：=Uac+PRGA+（Q-QC）XGAUAC故：fi）+（空泮XGA1.UACPRGA+QXGA近似的:补偿后低压侧实际电压为Uac,则：Qc=
20、(Um-S)K2XGAK由上式可见，若要确定。一则应先确定变压器变比K,而K的确定及补偿设备的类型有关用静电电容器，最小负荷时电容器全部退出，最大负荷时全部投入。用调相机时，最小负荷时汲取或(50%s60%)qcn9最大负荷时发出Qc”。则：1） 用静电电容器:最小负荷确定K:最大负荷确定QC:C_UACmaX/“A.maxp2QC丁(UAemaX方一XGAK2） 用调相机:UAemaXXGA(UAC.maxUAmaX)-(0.50.6)Qcn=%(UACmin-UAMn)则：-(0.50.6)=UACmin(UACminUA.min)_UACmin(UAC.minKmjn)；一；UAC.ma
21、x(Uac.maxA.max)ACmaxACmaxK-a.max)用上式求出K,然后选择合适的分接头，用下式求QCNC_UACmaX，0A,maxPQCN-J(UAemaX7一)KAGAK实际计算步骤:计算出U-UAEn选择无功补偿装置类型确定K（先确定变压器高压侧分接头）计算QC验算电压偏移变更输电线路参数来调压voltageregulationwithchangingtransmissionlines,parametersUBP图3-23串联电容补偿原理图高压网中XR,用串联电容器的方法变更线路电抗以削减电压损耗，P、Q肯定时)低压网中，R较大，通过增大导线截面来变更电阻以削减电压损耗未串
22、联XC时，由XT，1.-PaR+QA(X-XC)串联XC后，AUA6=空-电压损耗减小了，则/电压水平提高了。AUXAUA8=置DD则：XC=舁(Z-A%)若UA已知，且末端要提高的电压也已经给定，则：以上调压方式，当负荷功率因数低时，调压效果好；相反，则不宜运用。五各种调压措施的合理应用properappIicationofdifferentmethods解决系统的无功功率平衡的方法。将负荷的功率因数提高到规程规定的数值。挖掘系统的无功潜力，如将闲置的发电机改作调相机运行。增加必要的无功补偿设备，并按就地补偿的原则进行安排。留意事项。整个系统的无功供应不足时，不宜通过调整变压器变比的方式来提高电压。系统供应无功较充裕时可用调变压器变比的方法调压。IOKV及以下电力网，由于负荷分散，容量不大，按允许电压损耗来选择导线截面是解决电压质量问题的有效途径。
