電力工程河海大學(xué)第9章電力系統(tǒng)的電壓電力工程河海大學(xué)9.1電力系統(tǒng)電壓概述電壓質(zhì)量電壓偏移、電壓波動(dòng)、電壓閃變電網(wǎng)諧波和三相不對(duì)稱(chēng)內(nèi)容無(wú)功功率平衡、電壓管理和調(diào)壓電力工程河海大學(xué)保證電壓質(zhì)量的條件首先應(yīng)有充足的無(wú)功電源無(wú)功電源的配置要合理必要的電壓調(diào)整措施電力工程河海大學(xué)9.1.1無(wú)功功率負(fù)荷與電壓的關(guān)系有功平衡與無(wú)功平衡全系統(tǒng)只有一個(gè)頻率各節(jié)點(diǎn)電壓不同系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓的變動(dòng)主要由無(wú)功功率變動(dòng)引起書(shū)上式（10-5）表明節(jié)點(diǎn)電壓特性曲線電力工程河海大學(xué)9.1.2電壓偏移的危害電源電壓下降電流上升功率下降（防止發(fā)熱）負(fù)荷電動(dòng)機(jī)：如下圖所示電力工程河海大學(xué)9.1.3電壓偏移的標(biāo)準(zhǔn)所有節(jié)點(diǎn)電壓額定是不可能的一般用電設(shè)備允許一定的電壓偏移電壓偏移的標(biāo)準(zhǔn)正常運(yùn)行電壓偏移小、事故運(yùn)行方式電壓偏移大

系統(tǒng)電壓不能低、負(fù)荷側(cè)電壓不能高電力工程河海大學(xué)我國(guó)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：（1）500(330)kV母線正常運(yùn)行時(shí)，最高運(yùn)行電壓不得超過(guò)系統(tǒng)額定電壓的10％；最低運(yùn)行電壓不應(yīng)影響電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、廠用電的正常使用及下一級(jí)電壓的調(diào)節(jié)。（2）發(fā)電廠和500kV變電所的220kV母線，正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏移為系統(tǒng)額定電壓的0～＋10％；事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的－5～＋10％。電力工程河海大學(xué)（3）發(fā)電廠和220（330）kV變電所的110～35kV母線，正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏移為相應(yīng)額定電壓的－3～＋7％；事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的。（4）用戶受電端的電壓允許偏移值如下：35kV及以上用戶的電壓偏移不大于；10kV用戶為系統(tǒng)額定電壓的；0.38kV用戶為系統(tǒng)額定電壓的；0.22kV用戶為系統(tǒng)額定電壓的。（5）發(fā)電廠和變電所的10（6）kV母線應(yīng)使用戶電壓符合（4）中用戶電壓的規(guī)定值。電力工程河海大學(xué)9.2電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡與補(bǔ)償9.2.1電力系統(tǒng)中無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗1、無(wú)功功率負(fù)荷

電力工程河海大學(xué)系統(tǒng)中主要的負(fù)荷（特別是無(wú)功負(fù)荷）是異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)吸收無(wú)功。其消耗的無(wú)功功率為無(wú)功電壓特性曲線為電力工程河海大學(xué)2.變壓器中的無(wú)功功率損耗

1）勵(lì)磁支路損耗，近似為I0％，約為1～2％SN；

2）繞組漏抗中的損耗，變壓器通過(guò)額定負(fù)荷時(shí)，基本上與短路電壓的百分值相等，約10％SN；因此一臺(tái)變壓器總的無(wú)功損耗，在變壓器滿載時(shí)約為11~12%SN。對(duì)多電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)，其值更是可觀！電力工程河海大學(xué)其典型計(jì)算結(jié)果為：所有變壓器都滿載

半載變壓器勵(lì)磁支路損耗

7% 7%變壓器繞組中漏抗損耗

50% 12.5%變壓器總無(wú)功損

57% 19.5%變壓器總損耗/變壓器負(fù)荷

57/100 19.5/100因此，變壓器的無(wú)功損耗占總負(fù)荷的比例相當(dāng)高。比有功損耗大得多。（有功損耗一般10%左右）例：電力工程河海大學(xué)3.輸電線路的無(wú)功功率損耗一般35kV及以下架空線充電功率很小，這種線路吸收無(wú)功。110kV及以上線路當(dāng)傳輸功率較大時(shí)，電抗中消耗的無(wú)功功率大于充電功率，因而吸收無(wú)功；當(dāng)線路負(fù)載較輕時(shí)，充電功率大于電抗中消耗的無(wú)功功率，線路成為無(wú)功電源。電力工程河海大學(xué)9.2.2電力系統(tǒng)中的無(wú)功電源1、發(fā)電機(jī)正常發(fā)電機(jī)以滯后功率因數(shù)運(yùn)行特殊運(yùn)行：進(jìn)相運(yùn)行。吸收系統(tǒng)中多余的無(wú)功功率

電力工程河海大學(xué)2.調(diào)相機(jī)過(guò)激（勵(lì)）運(yùn)行：提供無(wú)功功率欠激（勵(lì)）運(yùn)行：吸收無(wú)功功率，欠激時(shí)的最大容量為過(guò)激容量的50~65%。一般：缺點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜；

有功損耗較大，△P=1.5~5%額定容量；

增大系統(tǒng)短路時(shí)的短路電流；投資大。

我國(guó)調(diào)相機(jī)一般裝在大型樞紐變電所，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。電力工程河海大學(xué)3.靜電電容器缺點(diǎn)：電容器的無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能較差。

優(yōu)點(diǎn)：裝設(shè)容量可大可小，既可集中，又可分散就地供應(yīng)無(wú)功；

運(yùn)行時(shí)功率損耗也小，約為額定容量的0.3~0.5%；

由于無(wú)旋轉(zhuǎn)設(shè)備，維護(hù)方便；

實(shí)際運(yùn)行時(shí)可根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，分組的投入或切除。電力工程河海大學(xué)靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC是FACTS家族中的一員電容器＋電抗器＋調(diào)節(jié)裝配置典型的三種SVC如圖所示

TCR型TSC型SR型電力工程河海大學(xué)5.靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)電壓源型逆變器＋變壓器控制GTO的通斷路改變輸出的交流電壓SVG處于容性、感性和零負(fù)荷狀態(tài)電力工程河海大學(xué)比較：1、同步調(diào)相機(jī)調(diào)節(jié)性能好，但其投資維護(hù)費(fèi)用高；2、電容器電壓調(diào)節(jié)性能稍差，投資、運(yùn)行費(fèi)用小， 裝設(shè)靈活、方便；3、靜止補(bǔ)償器介于兩者之間；4、靜止無(wú)功發(fā)生器優(yōu)于靜止補(bǔ)償器

目前，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家已不使用同步調(diào)相機(jī)。電容器使用最普遍。電力工程河海大學(xué)9.2.3

電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡與補(bǔ)償

所謂無(wú)功功率平衡，就是要使系統(tǒng)的無(wú)功電源所發(fā)出的無(wú)功功率與系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗相平衡。同時(shí)，為了運(yùn)行的可靠性及適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷的發(fā)展，還要求有一定的無(wú)功備用。

——無(wú)功功率的備用容量，可取7~8%最大無(wú)功負(fù)荷電力工程河海大學(xué)式中：

—按負(fù)荷的有功功率和功率因數(shù)計(jì)算。而我國(guó)規(guī)程規(guī)定，以35kv及以上電壓直接供電的工業(yè)負(fù)荷，功率因數(shù)不得低于0.9，對(duì)其它負(fù)荷功率因數(shù)不得低于0.85。

—按其額定功率因數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功。這樣，發(fā)電機(jī)還可作為無(wú)功備用。

—調(diào)相機(jī)、電容器等的無(wú)功功率按其額定容量計(jì)算。

無(wú)功損耗由三部分組成：變壓器中的無(wú)功損耗，線路電抗中的損耗和線路電納中的無(wú)功功率損耗，（吸收容性無(wú)功）電力工程河海大學(xué)無(wú)功負(fù)荷的自然功率因數(shù)為0.6~0.8因此作無(wú)功平衡時(shí)，要先補(bǔ)償，提高負(fù)荷的功率因數(shù)。無(wú)功平衡與補(bǔ)償?shù)脑瓌t

分區(qū)平衡分層補(bǔ)償就地平衡避免長(zhǎng)距離輸送無(wú)功功率電力工程河海大學(xué)9.3電力系統(tǒng)中的電壓管理與調(diào)壓方法1、電壓管理電力系統(tǒng)復(fù)雜沒(méi)有必要控制每一點(diǎn)的電壓?？刂脐P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓中樞點(diǎn)（1）區(qū)域性水、火電廠的母線；（2）樞紐變電所的二次母線；（3）有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線。

電力工程河海大學(xué)9.3.1中樞點(diǎn)電壓管理負(fù)荷點(diǎn)電壓要求負(fù)荷點(diǎn)j對(duì)中樞點(diǎn)i的電壓要求時(shí)時(shí)電力工程河海大學(xué)負(fù)荷點(diǎn)k對(duì)中樞點(diǎn)i的電壓要求：時(shí)時(shí)圖（d）中的公共部分即為中樞點(diǎn)i的電壓變化范圍。中樞點(diǎn)電壓變化范圍縮小了最大7％、最小1％。電力工程河海大學(xué)向多個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電的中樞點(diǎn)電壓按兩種極端情況中樞點(diǎn)滿足調(diào)壓要求有公共部分。中樞點(diǎn)不滿足調(diào)壓要求沒(méi)有公共部分。在負(fù)荷點(diǎn)安裝補(bǔ)償設(shè)備。電力工程河海大學(xué)2、調(diào)壓方式進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，提一般要求。（1）逆調(diào)壓

高峰負(fù)荷時(shí)升高電壓：中樞點(diǎn)電壓保持105%UN

低谷負(fù)荷時(shí)降低電壓：中樞點(diǎn)電壓保持UN

逆調(diào)壓一般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。中樞點(diǎn)采用逆調(diào)壓可以改善負(fù)荷點(diǎn)的電壓質(zhì)量。

電力工程河海大學(xué)（2）順調(diào)壓

高峰負(fù)荷：中樞點(diǎn)電壓不低于102.5%UN

低谷負(fù)荷：中樞點(diǎn)電壓不高于107.5%UN

順調(diào)壓一般適用于供電線路不長(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)較小，線路上電壓損耗小的中樞點(diǎn)調(diào)壓。（3）常調(diào)壓常調(diào)壓：在任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)電壓保持一基本數(shù)值不變。一般取102~105%UN電力工程河海大學(xué)9.3.2電壓調(diào)整的基本原理

擁有充足的無(wú)功功率電源是保證電力系統(tǒng)有較好的運(yùn)行電壓水平的必要條件，但要使所有用戶的電壓質(zhì)量都符合要求，還必須采用各種調(diào)壓手段。負(fù)荷點(diǎn)的電壓：電力工程河海大學(xué)為了調(diào)整負(fù)荷點(diǎn)的電壓，可采取如下措施：

①調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓UG；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(wú)功功率的分布電力工程河海大學(xué)1.發(fā)電機(jī)調(diào)壓

當(dāng)然，在各種調(diào)壓手段中，首先應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)調(diào)壓，因?yàn)樗恍枰ㄙM(fèi)額外的投資。（1）完全靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓

孤立發(fā)電廠（或發(fā)電機(jī)母線直接供電）不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)，因供電線路不長(zhǎng)，線路上電壓損耗小，故可改變發(fā)電機(jī)母線電壓，實(shí)行逆調(diào)壓以滿足負(fù)荷對(duì)電壓質(zhì)量的要求。電力工程河海大學(xué)最大負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷時(shí)電力工程河海大學(xué)（2）發(fā)電機(jī)輔助調(diào)壓當(dāng)發(fā)電機(jī)經(jīng)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)向負(fù)荷供電時(shí)，僅靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓往往不能滿足電壓要求。最大負(fù)荷時(shí)，線路末端的電壓損耗為：

相差21%最小負(fù)荷時(shí)，線路末端的電壓損耗為：

電力工程河海大學(xué)2.改變變壓器變比的調(diào)壓方式(1)變壓器分接頭的選擇

6300KVA及以下的變壓器有三個(gè)分接頭為

UN±5% 8000KVA及以上的變壓器有五個(gè)分接頭為

UN±2×2.5%

變壓器低壓側(cè)不設(shè)分接頭。對(duì)三繞組變壓器，一般在高、中壓繞組設(shè)分接頭。電力工程河海大學(xué)雙繞組變壓器分接頭的選擇(a)降壓變壓器分接頭的選擇

如圖為一降壓變壓器。若通過(guò)功率為，高壓側(cè)實(shí)際電壓為，低壓側(cè)實(shí)際電壓為，歸算到高壓側(cè)的變壓器阻抗為，歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗為:

為電力工程河海大學(xué)式中：

是變壓器的變比U1t——高壓繞組分接頭電壓，

U2N——低壓繞組額定電壓若將k代入，即可得U1t為

普通的雙繞組變壓器的分接頭只能在停電的情況下改變。在正常的運(yùn)行中無(wú)論負(fù)荷怎樣變化只能有一個(gè)固定的分接頭。為此可以分別求出最大負(fù)荷和最小負(fù)荷下所要求的分接頭電壓，然后取它們的平均值，最后選擇一個(gè)與平均值最接近的分接頭。電力工程河海大學(xué)最大負(fù)荷： 最小負(fù)荷：其算術(shù)平均值為：

選擇與U1tav最接近的分接頭，然后校驗(yàn)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)低壓母線上的實(shí)際電壓是否符合要求。電力工程河海大學(xué)例：

降壓變壓器及等值電路如圖所示。歸算到高壓側(cè)的阻抗為RT+jXT=2.44+j40。最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)通過(guò)變壓器的功率分別為Smax=28+j14MVA和Smin=10+j6MVA，高壓側(cè)的電壓分別為U1max=110kV和U1min=114kV（順調(diào)壓）。要求低壓母線的電壓變化不超過(guò)6.0～6.6kV的范圍，試選擇分接頭。電力工程河海大學(xué)解：先計(jì)算最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)變壓器的電壓損耗假定最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)低壓側(cè)的電壓分別取U2max=6.0kv,U2min=6.6kv,則電力工程河海大學(xué)取平均值：選最接近的分接頭U1t=112.75kV按所選分接頭校驗(yàn)低壓母線的實(shí)際電壓。因此所選分接頭能滿足調(diào)壓要求。電力工程河海大學(xué)（b）升壓變壓器分接頭的選擇

式中

U2：變壓器低壓側(cè)實(shí)際電壓或給定電壓

U1：高壓側(cè)所要求電壓

這里要注意升壓變壓器與降壓變壓器繞組的額定電壓略有差別。另外發(fā)電機(jī)端電壓不能超過(guò)其允許電壓。電力工程河海大學(xué)例：升壓變壓器容量為31.5MVA，變比為121±2×2.5％/6.3kV,歸算到高壓側(cè)的阻抗為3+j48。最大負(fù)荷、最小負(fù)荷時(shí)通過(guò)變壓器的功率分別為Smax=25+j18MVA，Smin=14+j10MVA，高壓側(cè)的要求電壓分別為U1max=120kV和U1min=114kV。發(fā)電機(jī)電壓的調(diào)整范圍是6.0～6.6kV。試選擇分接頭。解：最大負(fù)荷時(shí)U2max=6.6kV,最小負(fù)荷時(shí)U2min=6kV電力工程河海大學(xué)選最接近的分接頭U1t=124.025kV。驗(yàn)算發(fā)電機(jī)端的實(shí)際電壓：經(jīng)驗(yàn)證，滿足要求。電力工程河海大學(xué)三繞組變壓器分接頭的選擇

上述選擇雙繞組變壓器分接頭的計(jì)算公式也適用于三繞組變壓器的分接頭選擇，但需要根據(jù)變壓器的運(yùn)行方式分別地或依次地逐個(gè)進(jìn)行。

步驟：1）根據(jù)低壓母線對(duì)調(diào)壓的要求，選擇高壓繞組分抽頭；2）根據(jù)高壓繞組的分抽頭，選擇中壓繞組分抽頭。

普通變壓器無(wú)法滿足調(diào)壓要求時(shí)，可采用裝設(shè)帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器電力工程河海大學(xué)

本身就具有調(diào)壓繞組的有載調(diào)帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器有兩種

壓變壓器

帶有附加調(diào)壓器的調(diào)壓變壓器(2)有載調(diào)壓變壓器

有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)荷的條件下切換分接頭，而且調(diào)節(jié)范圍也較大，一般在15％以上。

目前我國(guó)暫定：110kV的調(diào)壓變壓器有7個(gè)分接頭，即

UN±3×2.5％

220kV的調(diào)壓變壓器有9個(gè)分接頭，即

UN±4×2％

電力工程河海大學(xué)

采用有載調(diào)壓變壓器時(shí)，可以根據(jù)最大負(fù)荷算得的U1tmax值和最小負(fù)荷算得的U1tmin來(lái)分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小副方繞組電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢(shì)。

一般，如系統(tǒng)中不缺無(wú)功功率，凡采用普通變壓器不能滿足調(diào)壓要求的場(chǎng)合，采用有載調(diào)壓器后，都可滿足調(diào)壓要求。具體有載調(diào)壓變壓器的接線圖這里不再介紹了。電力工程河海大學(xué)3.并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓系統(tǒng)中無(wú)功電源不足需采用無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓

補(bǔ)償設(shè)備大致可分為：

并聯(lián)電容器并聯(lián)補(bǔ)償

調(diào)相機(jī)

并聯(lián)在主電路中，提供感性無(wú)功功率

靜止補(bǔ)償器串聯(lián)補(bǔ)償：串聯(lián)在主電路中的電容器，抵償線路中的感抗。電力工程河海大學(xué)

按調(diào)壓要求選擇無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量如圖為一簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，供電點(diǎn)的電壓U1和負(fù)荷功率P+jQ已給定，線路電容和變壓器的勵(lì)磁功率略去不計(jì)。加補(bǔ)償設(shè)備之前（不計(jì)電壓降的橫分量）U2’——?dú)w算到高壓側(cè)的變電所低壓母線電壓。電力工程河海大學(xué)并聯(lián)補(bǔ)償容量QC后：若補(bǔ)償前后U1保持不變，則有：電力工程河海大學(xué)

由上式知補(bǔ)償容量QC與調(diào)壓要求（U2C為多少）和變壓器的變比選擇有關(guān)。

k的選擇原則是：在滿足調(diào)壓的要求下，使無(wú)功補(bǔ)償容量為最小。

如果變壓器的變比為k，經(jīng)補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)要求保持的實(shí)際電壓為U2C，則U2C’=kU2C。將其代入式得：電力工程河海大學(xué)（1）補(bǔ)償設(shè)備為靜電電容器最大負(fù)荷時(shí)電容器應(yīng)全部投入，最小負(fù)荷時(shí)全部退出。

具體計(jì)算步驟如下：按最小負(fù)荷確定變壓器分接頭（變比）：U2min’——最小負(fù)荷時(shí)低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓U2min——最小負(fù)荷時(shí)低壓母線要求保持的實(shí)際電壓電力工程河海大學(xué)最大負(fù)荷時(shí)：按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量。即

式中：U2Cmax——低壓母線補(bǔ)償后要求保持的實(shí)際電壓

U2max’——補(bǔ)償前低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓

由上式計(jì)算求得QC后，從產(chǎn)品目錄（手冊(cè)）中選擇合適的設(shè)備。最后根據(jù)確定的變比和選定的容量，校驗(yàn)實(shí)際的電壓變化。電力工程河海大學(xué)（2）補(bǔ)償設(shè)備為同步調(diào)相機(jī)最大負(fù)荷時(shí)：調(diào)相機(jī)按額定容量過(guò)激運(yùn)行最小負(fù)荷時(shí)：按二分之一額定容量欠激運(yùn)行電力工程河海大學(xué)

按上式求得的k，選擇一個(gè)最接近的U1t，確定實(shí)際變比k=U1t/U2N，將此k代入可求出需要的調(diào)相機(jī)容量。根據(jù)手冊(cè)選擇容量最接近的調(diào)相機(jī)。并校驗(yàn)電壓。靜止補(bǔ)償器的容量選擇同調(diào)相機(jī)，這里不再累