电力系统电压的调整与调压装置(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上电力系统电压的调整与调压装置班 级： 电气0901姓 名： 赵钱孙学 号： 电力系统电压的调整与调压装置摘要：电力系统的电压水平主要决定于无功功率的平衡。当无功功率电源变化或者无功功率的需求变化时，电力系统的无功功率平衡就被破坏，整个电力系统的电压水平就会受到影响。即便整个电力系统在无功功率平衡条件下，由于电力网络中无功功率分配的不合理，也有可能造成某些节点的电压过高或者过低。本论文从上述两个方便，分析了电力系统电压偏移导致的影响，总结了电力系统电压的调整规律及方法，并给出了相应的调压装置。关键词：电压调整，无功功率平衡，无功功率分配，调压装置，输变电1. 前言1.1 电压偏移的影响对负荷的影响电力系统的负荷包括电动机、照明设备、电热器具、家用电器、冲击性负荷（电弧炉、轧钢机等）所有的用电设备都是以额定电压为条件制造的，最理想的工作电压是额定电压。当网络电压偏离额定电压时，将会对电气设备产生影响。1.1.1 异步电动机。当异步电动机端子电压为负偏差时，负荷电流将增大，起动转矩、最大转矩和最大负荷能力均显著减小，严重时甚至不能起动或堵转；当电压为正偏差时，转矩增加，严重时可能导致联轴器剪断，或损坏设备。1.1.2 同步电动机。与异步电动机相似，电压变化虽然不引起转速变动，但其起动转矩与端电压平方成正比，最大转矩直接与端电压成正比变化；如同步电动机励磁电流由晶闸管整流器器供给，且整流器交流侧电源是与同步机共同的，则其最大转矩将与端电压的平方成正比变化。1.1.3 电热设备。电阻炉热能输出与外施电压平方成正比，端电压降低10%，热能输出降低19%，溶化和加热时间显著延长，影响生产效率；端电压升高10%，热能输出升高21%，致使电热元件寿命缩短。1.1.4 电气照明灯。白炽灯的使用寿命约与其端电压的负14次方成正比，电压升高10%，寿命减少约70倍。其光通量约与电压的3.6次方成正比，电压降低10%，光通量减少约32倍。还有，荧光灯的光通量约与其端电压平方成正比，过低，启辉发生困难，过高，镇流器过热而缩短寿命；高压水银荧光灯和金属卤化物灯的光通量约与电压的3次方成正比；高压钠灯的光通量为电压降低10%，光通量降低37%，电压升高10%，光通量升高50%。1.1.5 并联电容器。电容器输出无功功率与电压平方成正比，电压偏差不超过±10%时，电容器可长期运行；如果电压偏差长期超过10%，将因过负荷引起电容器内部热量增加，绝缘老化加速，介质损失角增大，造成过热而击穿。1.1.6 电阻焊机。当电压正偏差过大时，将使焊接处热量过多而造成焊件过熔，负偏差过大则影响焊机输出功率，是焊接热量不够而造成虚焊。1.2 电压偏移对系统的影响 当电压过低时，将加大网络中的功率损耗，造成不必要的电力资源的浪费，还可能危及电力系统运行的稳定性；而电压过高，则可能损害各种电气设备的绝缘，为了增加并维持高绝缘水平，势必引起庞大的资金投入。1.3 电压偏移标准正常情况如下表1-1所示：表1-135Kv及以上低压照明+51010Kv及以下 低压照明与动力混合使用+57事故情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。2. 电力系统电压的管理2.1电力系统进行电压调整的目的，就是使系统中各负荷点的电压偏移限制在规定的范围内，但由于电力系统结构复杂，复合垫很多很分散，要对每个负荷点的电压进行监视和调整，不仅很难做到，而且也没有必要。因此，对电力系统电压的监视和调整实际上是通过监视、调整中枢点的电压来实现的。电压中枢点一般选择区域性发电厂的高压母线、有大量地方性负荷的发电厂母线以及枢纽变电所的二次母线。2.2在进行电力系统规划设计时，由于各负荷点对电压质量的的要求还不明确，所以难以具体确定各中枢点电压控制的范围。为此规定了“逆调压”、“顺调压”、“常调压”等几种中枢点电压控制的方式。每一中枢点可以根据具体情况选择一种作为设计的依据。2.2.1逆调压：若由中枢点供电的各负荷的变化规律大体相同，考虑到高峰负荷时供电线路的电压损耗大，可将中枢点电压适当升高，以抵偿电压损耗的增大。反之，则将中枢点电压适当降低。这种高峰负荷时升高电压（取1.05UN），低谷负荷时降低电压（取UN）的中枢点电压调整方式，成为逆调压。这种方式适用于中枢点供电线路较长、负荷变化范围较大的场合。2.2.2顺调压：适用于用户对电压要求不高或供电线路不长、负荷变动不大的中枢点。可采用顺调压方式，即高峰负荷时允许中枢点电压略低（取1.025UN），低谷负荷时允许中枢点电压略高（取1.075UN）。2.2.3常调压：介于以上两种情况之间的中枢点，可以采用常调压方式，即在任何负荷下都保持中枢点电压为一个基本不变的数值，取（1.021.05）UN。3电力系统的调压措施3.1调压原理解释图3-1以图为例，略去线路、变压器的对地导纳支路，并且不考虑网损，则负荷点的电压为： （3-1）则调整用户端电压可采取以下措施：1) 调整励磁以改变发电机端电压；2) 改变变压器分接头位置，即改变变压器的变比；3) 改变电力网无功功率分布，即就地补偿无功功率；4) 改变输电线路的参数，即降低输电线路的电抗。下面将具体逐一介绍集中主要的调压措施3.2利用发电机进行调压 3.2.1改变发电机的励磁电流就可以调节其端电压。现代同步发电机在端电压偏离额定值不超过±5%时，仍能够以额定功率运行。由于这种调压措施不需要另外增加设备，所以在各种调压方式中，应该予以首先考虑采用。3.2.2对于发电机不经升压直接供电的小型电力系统，因供电线路不长，网络电压损耗不大。在负荷最大时，网络的电压损耗也最大，这时发电机可以保持较高的端电压以提高网络的电压。一般情况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%。原理如图。图3-2发电机逆调压时的电压分布（a）系统图（b）电压分布曲线1-最大负荷时电压分布；曲线2-最小负荷时电压分布3.2.3如果供电线路不长，电压损耗不大，仅用发电机逆调压就可满足要求；但若经多级变压向远处负荷供电，仅依靠发电机调压不能满足负荷对电压质量的要求。但是这时发电机采用逆调压方式可以解决近处地方负荷的电压质量，并减轻远处负荷采用其他调压设备的负担，从而使整个系统的调压问题得到解决。3.3改变变压器变比调压改变变压器的变比，即可改变用户处得电压。但是从本质上看，这种调压措施并不增加系统的无功功率。因此，当系统无功功率不足时，不能单靠这种措施来提高系统的电压水平。3.3.1电气设备基础：改变变压器的变比，可以通过改变变压器的分接头来实现。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。其中对应于的分接头成为主接头。6000KV·A以下的变压器有三个分接头，电压分别为；8000KV·A以上的变压器有五个分接头，电压分别为3.3.2调压原理3.3.2.1降压变压器如图3-2所示：图3-2简单电力系统为升压变压器，为降压变压器。现以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，变压器的电压损失为，低压侧母线要求的电压为。求：最大负荷时应选择的的高压侧分接头电压分析： （3-2）其中：为最大负荷时，归算至高压侧的低压母线电压；为最大负荷时应选的变比。 （3-3）（3-4）为低压侧的额定电压。则联立上式，可得： （3-5）同理：可得最小负荷时变压器应选择的高压侧分接头电压 （3-6）若为无载调压，则变压器分接头应取： （3-7）根据计算得出的选择与之最接近的分接头，然后校验所选的分接头能否使的低压侧母线电压满足调压要求。应注意的是，在选择好一次侧分接头后，还应校验在最大负荷、最小负荷时低压制的实际电压是否满足要求，如果不符合，则要重新选择分接头。如果重新选择分接头还不能满足调压的要求，则说明仅靠改变变压器分接头已经不能满足调压要求，而必须考虑采用或者附加其他的调压措施。3.3.2.2升压变压器：升压变压器高压侧分接头的选择方法与降压变压器分接头的选择方法类同。但不同的是，升压变压器功率的传送方向是从低压侧送往高压侧。计算时仍应按照最大负荷、最小负荷的条件分别计算之后取平均值，随后选择与该值最接近的分接头，最后仍要对低压侧的电压要求进行校验。 2）         升压变压器分接头选择 （3-8） （3-9） （3-10）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。3.4 改变电力网中的无功功率分布进行调压通过改变变压器变比调压，实质上仅仅是改变了无功功率的分布，并没有增加整个电力系统的无功功率容量。因此，当电力系统的无功功率电源不足而造成的电压低下时，仅靠改变变压器的变比无异于“拆东墙补西墙”，并不能根本性地解决整个电力网的电力质量问题。这时必须考虑增加电力系统，使电力系统能在较高的电力水平下实现无功功率的平衡。无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功率在电力网中传送却要引起有功功率损耗P和无功功率损耗Q，还将引起电压损耗。 （3-11）由于高压电网中XR，即电压损耗几乎全部都是因传输Q而产生的。因此在负载点配置合理的无功功率补偿容量，从而减少电力网中有功功率损耗和电压损耗，改善用户处的电压质量。3.4.1改变电力网无功分布原理：在输电线路末端靠近负荷处装设并联电容器或调相机。如图3-3所示图3-3简单电力系统无功补偿令：补偿前后不变。分析：未装无功补偿设备时： （3-12） 为折算至高压侧的低压电压装无功补偿设备后： （3-13）则： （3-14）故：（3-15）近似的： （3-16）补偿后低压侧实际电压为，则： （3-17）由上式可见，若要确定，则应先确定变压器变比K，而K的确定与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，最小负荷时吸收或（5060），最大负荷时发出。3.4.2用静电电容器：最小负荷确定K： （3-18） （3-19）最大负荷确定： （3-20）3.4.3用调相机： （3-21） （3-22） （3-23）通常的取值为0.50.65，用上式求出K，然后选择合适的分接头，用下式求 （3-24）实际计算步骤：1) 计算出， 2) 选择无功补偿装置类型3) 确定K（先确定变压器高压侧分接头）4) 计算5) 验算电压偏移3.5改变输电线路参数来调压 从另一个角度分析电压损耗的计算公式，可以发现在传输功率一定的条件下，电压损耗的大小取决于线路参数电阻R和电抗X的大小。可见，改变线路参数也同样能起到调压的作用。一般来说，电阻R是不容易减小的。在高压电网中，由于XR，PR/U在电压损耗中所占的比例一般较QX/U要小，因此，通常都采用减小电抗来降低电压损耗。减小电抗的方法有：采用分裂导线；在电力线路中串联入静电电容器等。图3-4高压网中X>>R,用串联电容器的方法改变线路电抗以减少电压损耗（P、Q一定时）低压网中，R较大，通过增大导线截面来改变电阻以减少电压损耗未串联时， （3-25）串联后， （3-26）电压损耗减小了，则电压水平提高了。 （3-27）则： （3-28）若已知，且末端要提高的电压也已经给定，则： （3-29）  以上调压方式，当负荷功率因数低时，调压效果好；相反，则不宜使用。4结论各种调压措施的合理应用电压质量问题，从全局来讲是电力系统电压水平问题。为了解决运行中的系统具有的的电压水平，系统拥有的无功功率电源必须满足在正常情况下的无功需求。利用发电机调压不需要增加费用，是发电机直接供电的小系统的主要调压手段。在多机系统中，调压发电机的励磁电流要引用发电机间无功功率的重新分配，应根据发电机与系统的连接方式和承担的有功负荷情况，合理地规定各发电机调压装置的整定值。利用发电机调压时，发电机的无功功率输出不应超出允许的限值。当系统的无功功率供应比较充裕时，各变压器的调压问题可以通过合理选择变压器的分接头来解决。当最大负荷和最小负荷两种情况下的电压变化幅度不很大又不要求逆调压时，适当调整普通变压器的分接头一般就可以满足要求。当电压变化幅度比较大货要求逆调压时，宜采用带负调压的变压器。有载调压变压器可以装设在枢纽变电所，也可以装设在大容量的用户处。加压调压变压器还可以串联在线路上，对于辐射型线路，其主要目的是为了调压，对于环网，还能改善功率分布。装设在系统间联络线上的串联加压器，还可以起隔离作用，使两个系统的电压调整互不影响。必须指出在系统无功功率不足的条件下，不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电压。因为当某一处地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需要的无功功率也增大了，这就扩大了系统的无功需求，从而导致整个系统的电压水平进一步下降。从全局来看，这样做的效果是不好的。从调压的角度看，并联电容补偿和串联电容补偿的作用都在于教案少电压损耗中的QX/U分量。并联补偿减少Q，串联补偿减少X。只有在电压损耗中QX/U分量占较大比重时，其调压效果才明显。对于35kV或10kV的较长线路，导致截面较大、负荷波动大而频繁、功率因数又偏低时，采用串联补偿调压可能比较适宜。这两种调压措施都需要增加设备费用，但采用并联补偿时可以从网损节约中得到抵偿。 对于10kV及以下电压级的电力网，由于负荷分散、容量不大，常按允许电网损耗来选择导线截面，以保证电压质量问题。上述各种调压措施的具体应用，只是一种粗略的概括，对于实际电力系统的调压问题，需要根据具体情况对可能采用的措施进行技术经济比较后，才能得出合理地解决方案，最后还要指出，在处理电压调整问题时，保证系统在正常运行方式下有合乎标准的电压质量是最基本的要求。此外还要使系统在某些特殊运行方式下（如检修或故障后）的电压偏移不超过允许的范围。如果正常状态下的调压措施不能满足这一要求，还应考虑特殊运行方式下的补充调压手段。参考文献1 韦钢.电力系统分析基础.北京:中国电力出版社,2006，2 温步瀛,唐巍.电力工程基础.北京:中国电力出版社,20063 朱永利，杨淑英，李俊卿.输变电系统及其保护与控制.北京:中国电力出版社4 蒋春敏.电力系统结构与分析运算.北京:中国水利水电出版社,20115 王柳,李家坤.电网降损方法与管理技术.北京:中国水利水电出版社,20106 王玉学.线损管理与降损技术问答.北京:中国电子出版社,20117 赵新卫,周志军,贾永莲.中低压电网无功补偿实用技术.北京:中国电子工业出版社,20118 杨淑英.电力系统概论.北京:中国电力出版社,20079 房大中，家宏杰.电力系统分析.北京:科学出版社,2010专心-专注-专业