1、6 電力系統(tǒng)的電壓與無功功率6.1 概述6.2 無功功率平衡6.3 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整6.1 概述一、電壓偏移的影響對生產(chǎn)、生活的影響 影響用電設備的運行性能，亦即技術經(jīng)濟指標：影響照明和電熱設備的效率或壽命；異步電動機的最大轉矩即功率/出力，與其端電壓的平方成正比；影響電動機的絕緣（發(fā)熱老化或燒毀）；影響電子設備的穩(wěn)定工作以及壽命。概述對電力系統(tǒng)的影響：低壓運行降低系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；負荷功率一定的情況下，低壓會使機組、變壓器、線路過流，進而過熱；影響汽輪機、鍋爐的正常工作；過高電壓危害設備絕緣。概述對額定電壓為UN的各級電網(wǎng)，國家允許一定的電壓偏移，即允許電壓有一定波動。 正常情況下：

2、事故情況下：可在上述基礎上再加5%，但正的最大偏移不能超過10%。 綜合無功負荷的電壓靜態(tài)特性-用電設備實際取用的無功功率隨系統(tǒng)電壓變化的關系。實際運行情況表明：無功負荷對電壓的變動更敏感(相對有功負荷而言)。系統(tǒng)所能提供的無功功率越少，負荷運行的電壓水平將越低。概述二、無功功率與系統(tǒng)電壓的關系概述要維持負荷點一定的電壓水平，須向負荷提供其所需的無功；換言之，無功平衡決定系統(tǒng)的運行電壓水平;若系統(tǒng)中無功電源相對無功負荷不足，負荷的端電壓會被迫降低（“犧牲電壓水平”），以求達到新的無功平衡;須具備足夠的無功電源，才能在允許電壓偏移范圍內(nèi)保持無功平衡，維持所要求的電壓水平。6.2 無功功率平衡一、

3、無功負荷除白熾燈和電阻加熱設備外的其它用電設備，以異步電動機為主。（P一定時，提高負荷的功率因數(shù)，可減少無功負荷功率。）二、無功損耗主要為線路和變壓器的無功損耗 ；小部分并聯(lián)電抗器的無功損耗 用以吸取輕載線路過剩的感性無功，對高壓遠距離輸電有益降低過電壓。無功功率平衡變壓器的無功損耗，包括：勵磁損耗-近似等于空載電流百分數(shù)，約12（其對額定容量的百分數(shù) ）。繞組漏抗損耗-具體與變壓器所帶負荷大小有關；當變壓器滿載時，近似等于短路電壓百分值，約10。若一臺變壓器的I0%1.5，Uk%10.5，則由上式可知：其額定滿載運行時，無功損耗為12的SN ，不很大；但對多級網(wǎng)絡，其總的無功損耗可能會超過5

4、0%，遠大于有功損耗。無功功率平衡電力線路的無功損耗 ，包括：串聯(lián)電抗中的無功功率損耗（感性）并聯(lián)電納中的充電功率（容性，看作無功損耗時應取負號）。jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2無功功率平衡阻性，線路無損容性，無功電源感性，無功負荷jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2無功功率平衡三、無功電源主要包括：同步發(fā)電機以及過勵運行的同步電動機靜電電容器靜止無功補償器110KV及以上線路的充電功率惟一的有功電源，最基本的無功電源。無功補償裝置無功電源1、發(fā)電機：可通過改變功率因數(shù)，“適當”調(diào)節(jié)發(fā)電機的無功功率輸出。機組可發(fā)出的無功范圍是有限的：前提有功備用充

5、分、有功平衡滿足受P-Q運行極限的限制無功電源功率因數(shù)的改變受額定視在功率、轉子勵磁電流和有功輸出的限制，范圍有限；同時，發(fā)電機只有在額定狀態(tài)運行，定、轉子電流才能利用充分。發(fā)電機發(fā)出的無功可調(diào)；但若機組非額定狀態(tài)運行，其容量不能充分利用-盡量少用發(fā)電機調(diào)發(fā)功；若確實需要時，利用靠近負荷中心的發(fā)電機多發(fā)無功，使得無功盡快就地平衡，提高電壓水平。無功電源2、電力/靜電電容器 優(yōu)點：損耗小，投資省，運行靈活，維護方便，適于集中或分散使用。 缺點：調(diào)節(jié)性能差當電壓下降時，其無功輸出不能增加，反而減少-負調(diào)節(jié)效應；只能成組投入或切除運行，不能平滑調(diào)壓（為階躍式調(diào)壓）。無功電源3、靜止（無功）補償器（S

6、VC）FACTS的一員，由特種電抗器和電容器組成，是一種并聯(lián)聯(lián)接的動態(tài)無功補償裝置?；竟ぷ髟恚弘娙萜靼l(fā)出可調(diào)（TSC型）或固定的無功功率（TCR型）；電抗器則根據(jù)負荷變化調(diào)節(jié)其吸收的無功功率；兩者配合響應負荷變化，相應改變無功輸出大小及方向，從而穩(wěn)定或調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。特點：可充當無功電源和負荷的雙重角色；調(diào)節(jié)性能好、迅速；靜止元件、工作可靠。無功電源4、高壓輸電線路的充電功率 高壓及超高壓遠距離輸電線路可能是一種數(shù)量可觀的無功功率電源。線路在系統(tǒng)中運行時究竟是充當無功負載還是無功電源，受三個因素影響：運行電壓等級、長度及傳輸功率大小電力系統(tǒng)的無功功率四、無功功率的平衡方程平衡方程式：無功備用

7、容量，一般為最大無功負荷的78%，以防止系統(tǒng)無功負荷增大時，電壓水平的下降。無功平衡，特指在一定節(jié)點電壓下的平衡。而系統(tǒng)節(jié)點眾多，無功的平衡不只是全系統(tǒng)的，還需要各地區(qū)就地平衡。若無功電源不充足，將導致節(jié)點電壓下降無功負荷及損耗的需求相應下降而達到低電壓下的無功平衡-無功負荷的電壓靜特性 故而，除了充分利用發(fā)電機的無功功率外，系統(tǒng)常需要進行無功補償來維持無功平衡 維持符合要求電壓水平。電力系統(tǒng)的無功功率電力系統(tǒng)的無功功率-小結總之，無功平衡是一個比有功平衡更復雜的問題。 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，還要計及超高壓線路充電功率、網(wǎng)損、線路改造、投運、新變壓器投運及大用戶

8、各種對無功平衡的影響。系統(tǒng)一般需按無功功率就地平衡的原則進行無功補償。電力系統(tǒng)的無功功率-小結無功功率對電壓有決定性的影響無功功率是引起電壓損耗的主要內(nèi)容無功功率的遠距離傳輸和就地平衡節(jié)點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定性作用無功功率和電壓的關系6.3 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整一、造成用戶端電壓偏移的原因-電壓損耗的大小影響電壓損耗大小變化的因素：負荷大小的改變-P、Q。個別設備因檢修或故障停運，導致的電網(wǎng)阻抗參數(shù)的改變，進而造成電壓損耗的改變-R、X。系統(tǒng)接線方式的改變-功率分布及阻抗改變。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整二、中樞點的電壓管理（電壓）中樞點系統(tǒng)中選定進行電壓監(jiān)視、控制和調(diào)整的母線節(jié)點。（代表

9、性的負荷點，重要的電壓支撐點）一般選擇下列母線為電壓中樞點：區(qū)域性水、火電廠的高壓母線；樞紐變電站二次母線；有大量地方負荷的機壓母線。一般：中樞點設置數(shù)量不少于 全網(wǎng)220KV及以上電壓等級變 電所總數(shù)的7 逆調(diào)壓模式 順調(diào)壓模式 恒調(diào)壓模式 順調(diào)壓模式電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整中樞點的三種調(diào)壓方式：（1）順調(diào)壓大負荷時允許中樞點母線電壓略低，小負荷時允許中樞點母線電壓略高。中樞點的三種調(diào)壓方式： 逆調(diào)壓模式 順調(diào)壓模式 恒調(diào)壓模式 逆調(diào)壓模式電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整（2）逆調(diào)壓大負荷時升高中樞點母線電壓，小負荷時降低中樞點母線電壓。 逆調(diào)壓模式 順調(diào)壓模式 恒調(diào)壓模式 恒調(diào)壓模式電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整中樞點的

10、三種調(diào)壓方式：（2）恒調(diào)壓任何負荷下，中樞點母線電壓基本不變。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施（一）系統(tǒng)調(diào)壓的基本措施電力系統(tǒng)中的電壓管理1、發(fā)電機調(diào)壓改變發(fā)電機轉子電流，可以改變其端電壓（5范圍內(nèi)），從而調(diào)整母線電壓。 適用于直接用發(fā)電機電壓向用戶供電的小系統(tǒng)中、線路不長。 易于逆調(diào)壓。 單電源發(fā)電機進行逆調(diào)壓前后的網(wǎng)絡電壓分布情況分析：機組電壓恒定，最大、最小負荷時，機端母線至末端負荷點的電壓損耗分別為20%和8%，末端電壓波動范圍為12%；若機組進行逆調(diào)壓： 最大負荷時，機端電壓升高5% UN ，最小負荷時為UN ，末端負荷電壓將分別為0.95和1.02 UN ，達到電壓質(zhì)量要求

11、。發(fā)電機調(diào)壓發(fā)電機調(diào)壓注意：機端電壓調(diào)整能力有限，不能超出5%，難以滿足遠方負荷要求：即一般單靠發(fā)電機調(diào)壓，不適于較長線路、多電壓級的供電系統(tǒng)。若電壓質(zhì)量不能滿足要求，必須配合其它調(diào)壓措施。因此，發(fā)電機調(diào)壓能力有限，但經(jīng)濟方便，一般為輔助調(diào)壓措施。2、改變變壓器變比（分接頭）調(diào)壓改變變比調(diào)壓實質(zhì)上就是根據(jù)調(diào)壓要求適當選擇分接頭電壓。改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇即低壓繞組額定電壓改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓 顯然，當變壓器通過不同負荷功率時，其高壓側電壓、電壓損耗及低壓側實際運行電壓均會相應改變。 然而，普通變壓器須停電才能換分接頭，即正常運行時，無論負荷如何變化，只

12、能使用一個固定的分接頭。 故選定的分接頭應兼顧各種負荷水平！改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓即選最接近的！小結：降壓變壓器分接頭的選擇-求解步驟如下：1、根據(jù)最大和最小負荷的運行情況，求出其一次側電壓 和 ，以及通過變壓器的負荷 ， 求取變壓器的電壓損耗 。2、套用公式分別計算最大負荷和最小負荷時的分接頭選擇改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓4、選擇鄰近的接頭作為所選擇的接頭 3、取其算數(shù)平均值5、套用低壓則電壓計算公式進行驗算改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓（與降壓變類似）（2）普通雙繞組變壓器：升壓變?nèi)鐖D所示，此時功率方向從低壓側送往高壓側，故前公式中的U應反號，即應將電壓損

13、耗和高壓側電壓相加。改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓此處的UNL一般為發(fā)電機額定電壓。實際應用公式計算時，要注意三點：功率流動的方向、已知的功率處于哪一側、是否考慮功率損耗。三繞組變壓器分接頭的選擇（類似雙繞變，算兩次。） 將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組接頭 將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭位置。改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓（1）采用固定分接頭的變壓器調(diào)壓，不能改變電壓損耗的數(shù)值，也不能改變負荷變化時次級電壓的變化幅度；通過對變比的適當選擇，只能把這一電壓變化幅度對于次級額定電壓的相對位置進行適當?shù)恼{(diào)整。（

14、2）如果計及變壓器電壓損耗在內(nèi)的總損耗，最大負荷和最小負荷時的電壓變化幅度超過了分接頭的可能調(diào)整范圍，則此時要裝設帶負荷調(diào)壓的變壓器或采用其它調(diào)壓措施。 有載調(diào)壓變壓器（加壓調(diào)壓變壓器） 1、 目前國內(nèi)外廣泛采用。這種變壓器的高壓側有可調(diào)節(jié)分接頭的調(diào)壓繞組，能在帶負荷時改變分接頭，調(diào)壓范圍較大，一般在15%以上。 2、 價格較貴，一般只用于樞紐變電所。改變變壓器分接頭（變比）調(diào)壓P和Q的傳輸都將導致電壓損耗；然而，系統(tǒng)的根本目的就是最大限度的傳送P；故減小電壓損耗，主要應從無功功率的調(diào)整入手。雖然無功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源，但無功的沿輸電線傳輸卻會引起有功及電壓的損耗。3、改變電網(wǎng)的無功分

15、布調(diào)壓由前述，電壓損耗主要為：合理在負荷端配置無功功率補償設備，以就近補償無功。改變電網(wǎng)的無功分布調(diào)壓注意：利用無功補償調(diào)壓的效果與網(wǎng)絡性質(zhì)及負荷情況有關。 又由 只有對高壓電網(wǎng)、導線截面大，RX時，無功功率引起的電壓損耗才為主，此時利用改變電網(wǎng)無功分布的調(diào)壓方法效果才明顯。 否則，對于截面不大的架空導線和電纜線路，該調(diào)壓方法并不合適。改變電網(wǎng)無功分布調(diào)壓(高壓電網(wǎng)效果明顯)未補償時，變電所低壓側母線電壓歸算到高壓側的值改變電網(wǎng)無功分布調(diào)壓補償后低壓側實際保持的運行電壓（6-9）進而，補償容量為：改變電網(wǎng)無功分布調(diào)壓即按最小負荷時無補償考慮改變電網(wǎng)無功分布調(diào)壓即在第一步已考慮變壓器調(diào)壓后4、改

16、變輸電線路參數(shù)調(diào)壓低壓電網(wǎng)中：增大導線截面，降低線路電阻，進而減小電壓損耗。高壓電網(wǎng)中：最常用利用串聯(lián)電容提高線路末端電壓利用容抗補償線路的感抗，使電壓損耗中QX/U分量減?。辉诰€路負荷功率因數(shù)較低、無功負荷份額大時作用更顯著。補償前補償后改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓補償前補償后補償前補償后假定補償前后Ui一定改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓實際串聯(lián)電容器是由單個標準電容器串、并聯(lián)而成；依據(jù)其額定電流、電壓需滿足的關系，確定電容器的串聯(lián)個數(shù)n和并聯(lián)串數(shù)m；三相電容器實際容量：改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓電容器串、并聯(lián)補償?shù)谋容^電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整（二）合理使用調(diào)壓措施 -綜合考慮，合理配合，力求在電壓安全的條件下經(jīng)濟性能最好。1.各種調(diào)壓措施中，應首先考慮發(fā)電機調(diào)壓。無任何附加投資，優(yōu)先利用，可減輕其他調(diào)壓措施的負擔。2. 對無功電源充裕的系統(tǒng)，采用變壓器調(diào)壓靈活且方便。利用普通變壓器的分接頭調(diào)壓，不需附加投資，但操作不便；有載調(diào)壓變壓器造價高，但性能優(yōu)越