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电力系统分析第电压调整本讲稿第一页，共七十一页本章提示本章提示1.1.调压的意义及电压的允许波动范围；调压的意义及电压的允许波动范围；2.2.电力系统的无功功率平衡及无功补偿装置的应用；电力系统的无功功率平衡及无功补偿装置的应用；3.3.电压中枢点的概念及中枢点的调压方式；电压中枢点的概念及中枢点的调压方式；4.4.调压的措施。调压的措施。本讲稿第二页，共七十一页6.1 电压调整的必要性电压调整的必要性6.1.1 电压偏移对用电设备的影响电压偏移对用电设备的影响白炽灯白炽灯电压偏低时，发光效率低，发光不足；电压偏高时，灯电压偏低时，发光效率低，发光不足；电压偏高时，灯泡寿命缩短。泡寿命缩短。异步电动机异步电动机电压降低过多时，带额定负载的电动机可能停转，带重载的电压降低过多时，带额定负载的电动机可能停转，带重载的电动机可能启动不了。电动机可能启动不了。电压过低将导致电动机电流显著增电压过低将导致电动机电流显著增大，使电动机绕组的温度升高，加大，使电动机绕组的温度升高，加速绝缘老化甚至烧毁电动机。速绝缘老化甚至烧毁电动机。本讲稿第三页，共七十一页6.1 电压调整的必要性电压调整的必要性6.1.2 用户允许的电压偏移值用户允许的电压偏移值一般规定一般规定节点电压节点电压偏移不超过电力网额定电压的偏移不超过电力网额定电压的5%220kV用户为用户为-10%+5%10kV及以下电压供电的用户为及以下电压供电的用户为7%35kV及以上用户为及以上用户为010%本讲稿第四页，共七十一页一.无功功率负荷和无功功率损耗.无功负荷：以滞后功率因数运行的用电设备所吸收的无功功率。以滞后功率因数运行的用电设备所吸收的无功功率。6.2 电力系统中无功功率的平衡异步电动机等值电路异步电动机所消耗的无功功率异步电动机所消耗的无功功率P11异步电动机无功功率异步电动机无功功率电压电压静态特性如图静态特性如图本讲稿第五页，共七十一页在额定电压附近，电动机消耗的无功在额定电压附近，电动机消耗的无功功率随着电压的升高而增加，随电压功率随着电压的升高而增加，随电压的降低而减少的降低而减少当电压低于临界电压时，漏磁当电压低于临界电压时，漏磁电抗中的无功损耗其主导作用，电抗中的无功损耗其主导作用，随着电压的下降，随着电压的下降，QQMM反而增大反而增大P11异步电动机无功功率电压静态特性如图本讲稿第六页，共七十一页jB/2jB/2.电力系统的无功损耗：u电力线路无功损耗电力线路无功损耗 消耗消耗消耗消耗QQL L（感性）（感性）（感性）（感性）提供提供提供提供QQC C（充电功率）（充电功率）（充电功率）（充电功率）消耗消耗消耗消耗发出发出发出发出本讲稿第七页，共七十一页变压器无功损耗 消耗消耗消耗消耗QQL L本讲稿第八页，共七十一页二、无功功率电源二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源包括电力系统的无功功率电源包括同步发电机同步发电机、同期调相机同期调相机、并并联电容器联电容器和和静止补偿器静止补偿器（无功补偿装置）等（无功补偿装置）等。讨论：非额定功率因数下发电机可能发出的无功功率讨论：非额定功率因数下发电机可能发出的无功功率1 1、同步发电机、同步发电机 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：本讲稿第九页，共七十一页假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压V VN N，发电机等值，发电机等值电路电路向量图ACOAC长正比于长正比于SGN空载电势正空载电势正比于比于ifN改变发电机的功率因数时，发电机要受到下列条件的限制：改变发电机的功率因数时，发电机要受到下列条件的限制：本讲稿第十页，共七十一页ACO可发视在功率可发视在功率以A为圆心，AC为半径做弧CF表示视在功率保持额定值的轨迹转子励磁电流转子励磁电流以O为圆心，OC为半径做弧CD可发有功功率可发有功功率FDE以直线EC表示额定功率轨迹发电机的发电机的P-Q极限极限 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可将负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功以可将负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功以提高系统的电压水平。提高系统的电压水平。本讲稿第十一页，共七十一页2 2、同步调相机、同步调相机(只能发出无功功率的发电机)过激运行时向系统输送其额定容量的无功功率，做无功电源；欠励运行时从系统吸取0.50.65倍额定容量的无功功率，做无功负载 既可以过励运行，也可以欠励运行，其运行状态取决于系统电压调整的要求作无功电源时，调相机输出无功功率与电压之间的关系（X为发电机电抗Xd与线路电抗XL之和）本讲稿第十二页，共七十一页3 3、电力电容器、电力电容器只能作为无功电源向系统输送无功功率，一般采用三角形或星形接法组只能作为无功电源向系统输送无功功率，一般采用三角形或星形接法组成电容器组。成电容器组。电力电容器提供的无功功率与其安装处的电压平方成正比，即：电力电容器提供的无功功率与其安装处的电压平方成正比，即：电力电容器是电力系统中广为使用的一种无功补偿装置电力电容器是电力系统中广为使用的一种无功补偿装置优点：优点：维护方便，有功损耗小（占其额定容量的维护方便，有功损耗小（占其额定容量的0.3%0.5%0.3%0.5%），），单位容量投资小，既可集中使用，又可以分散安装单位容量投资小，既可集中使用，又可以分散安装本讲稿第十三页，共七十一页缺点：1)无功功率调节性能差。由(6-4)可见，电压下降时，电容器不但不能增发无功以提高运行电压，而是按电压的平方减少无功功率输出。2）阶跃性的调整电压，电力电容器组的投入或切除与负荷运行方式有关，一般为最大负荷运行时，电容器组全部投入；最小负荷运行时，电容器组全部或部分切除。这种调压方式不是平滑的。4 4、静止补偿器、静止补偿器(Static Var Compensator,SVC)兼有电容器投资小和调相机可连续调节无功功率的优点。可以迅速按负荷的变化改变无功功率输出的大小和方向，调节或稳定电压，尤其适合做冲击性负荷的无功补偿装置。常见的静止无功补偿器：是一种动态无功补偿装置，其特点是将可控的电抗器与静止电容器并联使用，电容器可发出无功功率，可控电抗器则可吸收无功功率。可按照负荷变动情况进行调节，从而使母线电压保持不变。本讲稿第十四页，共七十一页自自饱和电抗器静止补偿器饱和电抗器静止补偿器SR固定连接电容器加可控硅控制电抗器固定连接电容器加可控硅控制电抗器 FC-TCR可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器 TSC-TCR高次谐波调谐电感，与C串联 滤波1）自饱和电抗器型（Saturated Reactors）不需要外加控制设备，自饱和电抗器的特性：a.电压低于额定电压时，铁心不饱和，呈现大感抗值，基本上不消耗无功功率，整个装置由并联电容器组发出无功，使母线电压回升；b.电压达到或超过额定电压时，铁心急剧饱和，感抗接近零，从外界大量吸收无功功率，使母线电压降低；c.在额定电压，电抗器吸收的无功功率随电压变化从而达到稳压目的。2）固定连接电容器（Fixed Capacitor）加可控硅控制电抗器 （Thyristor Controlled Reactors）通过控制晶闸管的导通来改变L吸收的无功功率，调节供电系统进线无功功率的大小，以达到调压目的。本讲稿第十五页，共七十一页3）可控硅控制电容器（Thyristor Switched Capacitor）加可控硅控制电抗器(TCR)可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器 TSC-TCRTSC的主要缺点是不能吸收无功，且是阶梯性调节，若分组较少，在投入时会对系统有较大的干扰。因此在超高压线路上通常与TCR组合运行。三.无功功率平衡TCRTSC 电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。电源提供的无功功率之和无功负荷之和网络无功损耗之和 表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。无功备用本讲稿第十六页，共七十一页 系统无功电源的总输出功率包括发电机发出的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率 总无功功率损耗包括变压器无功损耗、线路电抗无功损耗和线路电纳的无功损耗四.无功功率平衡和电压水平的关系1.负荷的无功电压静态特性本讲稿第十七页，共七十一页2.2.发电机发电机发电机发电机的无功的无功的无功的无功电压静态特性电压静态特性电压静态特性电压静态特性 图为隐极发电机等值电路图，设X则向量图为UEjXI当有功功率不变时，发电机送至负荷点的无功功率为本讲稿第十八页，共七十一页 当E为一定值时，Q同U的关系如图中曲线2所示3.3.电力系统的无功电力系统的无功电力系统的无功电力系统的无功电压静特性电压静特性电压静特性电压静特性QLDQGA 设系统初始运行于A点 若无功负荷增加到 ，无功电源不变，则系统重新运行于B点。此时电压降低。B 这是因为在A点时电源不能向负荷提供所需的无功功率，系统被迫降压运行，以取得较低电压下的无功平衡 若系统增发无功到2，则新交点C对应的电压接近原电压C本讲稿第十九页，共七十一页 结论：当系统有足够的无功电源时，就有较高的运行电压水平；当系统无功电源不足时，就只能维持较低的运行电压水平。因此，电力系统的无功功率必须保持平衡一.电压调整的必要性6.3 电力系统的电压管理1.1.电压偏移对负荷的影响电压偏移对负荷的影响照明、电热炉、电动机照明、电热炉、电动机2.电压偏移对电力系统的影响功率损耗、电能损耗、设备绝缘、运行稳定性功率损耗、电能损耗、设备绝缘、运行稳定性二.中枢点电压管理1.什么是电压中枢点什么是电压中枢点电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。本讲稿第二十页，共七十一页n区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线n枢纽变电所二次母线n有大量地方负荷的发电厂母线n城市直降变电所二次母线2 2、调压的基本思想、调压的基本思想3 3、中枢点的调压方式、中枢点的调压方式 逆调压、顺调压和恒调压三类。1)逆调压：在大负荷时升高中枢点电压，小负荷时降低中枢点电压。很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。适用范围：中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大且变化规律大致 相同。具体要求：最大负荷方式运行时，中枢点电压高于线路额定电压5；在最小负荷方式运行时，中枢点的电压等于线路额定电压。本讲稿第二十一页，共七十一页n顺调压：大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5的。适用范围：多用于供电距离较近，负荷变动不大的电压中枢点。n恒调压：即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高25。三、电压调整的基本原理 电力系统实际运行中，要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。适用范围：常用于向负荷波动小的用户供电的电压中枢点。本讲稿第二十二页，共七十一页（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；（2）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变网络无功功率Q的分布；（4）改变网络参数R+jX（主要是X）电压调整的措施：本讲稿第二十三页，共七十一页6.4 电力系统的几种调压方式一、改变发电机端电压调压 负荷增大时，会造成用户端电压降低，此时增加发电机励磁电流以提高发电机电压；负荷降低时，减小发电机励磁电流，以降低发电机电压逆调压 n主要适用于发电厂不经升压直接供电的小型电力系统，供电线路不长，线路上电压损耗不大，基本可以满足负荷点要求的电压质量。n对线路较长，供电范围较大，由发电机经多级变压的电力系统，从发电厂到最远处的负荷之间的电压损耗和变化幅度都很大。这时，单靠发电机调压是不能解决问题，必须配合其它调压方式。n对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，发电机调压只作为一种辅助的调压措施，这是因为1）提高发电机的电压时，该发电机会增发无功，这就要求进行电压调整的电厂有充足的无功容量储备；2）在并联运行的发电厂中，调整个别电厂的母线电压，会引起系统中无功功率的重新分配，还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。本讲稿第二十四页，共七十一页二、改变变压器变比调压1、降压变压器分接头的选择为了达到调压的目的，双绕组变压器在高压侧、三绕组变压器在高压侧和中压侧都装有分接头开关。容量在6300kVA及以下的双绕组变压器高压侧一般有3个分接头，即1.05UN、UN、0.95UN，调压范围为5%。容量在8000kVA及以上的双绕组变压器高压侧一般有5个分接头，即1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN、0.95UN，调压范围为22.5%。改变变压器变比调压，实质上就是如何根据低压侧的调压要求合理选择变压器的分接头电压U1t降压变压器高压侧运高压侧运行电压行电压归算到高压侧归算到高压侧后的电压损耗后的电压损耗变压器低压侧按调压要求的实际运行电压U2为高压侧分接高压侧分接头电压头电压低压绕组额低压绕组额定电压定电压得高压侧分接头电压为本讲稿第二十五页，共七十一页 当变压器通过不同的负荷时，分接头电压有不同的计算值然后求取它们的算术平均值，即 选择一个与它最接近的标准分接头电压作为公用分接头，然后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线的实际电压是否符合要求最大负荷方式下变压最大负荷方式下变压器低压母线要求的运器低压母线要求的运行电压行电压最小负荷方式下变压最小负荷方式下变压器低压母线要求的运器低压母线要求的运行电压行电压【例6.1】本讲稿第二十六页，共七十一页2、升压变压器分接头的选择升压变压器 分接头电压的选择同降压变压器相同。注意：升压变压器中功率方向从低压侧指向高压侧，因此式中UT为正上面各式中U2N的取值同式(1)(2)中不同，通常为发电机的额定电压。【例6.2】本讲稿第二十七页，共七十一页3、三绕组变压器分接头的选择 将高低绕组看作双绕组，根据低压母线对调压的要求，确定高压侧分接头电压；根据中压侧所要求的电压和选定的高压侧分接头电压，确定中压侧绕组分接头位置。4、有载调压变压器 有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头而且调节范围也比较大，一般在15%以上。目前我国暂定，110kV级的调压变压器有7个分接头，即UN32.5%；220kV级的有9个分接头即UN42.5%。本讲稿第二十八页，共七十一页 采用有载调压变压器时，可根据最大负荷运行方式算出的U1tmax和最小负荷运行方式下算出的U1tmin，分别选择各自合适的标准分接头电压，然后按调压要求校验。有载调压变压器接线图调节分接头时，先切断调节分接头时，先切断Ja，移动，移动Ka到选定的分到选定的分接头上，然后再接通接头上，然后再接通Ja其次切断其次切断Jb，移动，移动Kb到到Ka所在的分接头，再接所在的分接头，再接通通Jb。为了限制两个可动触头为了限制两个可动触头处于不同分接头时产生处于不同分接头时产生的短路电流，切换装置的短路电流，切换装置中还装有电抗器中还装有电抗器注意：在无功有裕或无功平衡的电力系统中，改变变压器变比有注意：在无功有裕或无功平衡的电力系统中，改变变压器变比有很好的调压效果。但在无功不足的系统中，不宜采用改变变比调很好的调压效果。但在无功不足的系统中，不宜采用改变变比调压。压。由负荷电压特性知，当改变变比提高用户端电压后，设备从系统由负荷电压特性知，当改变变比提高用户端电压后，设备从系统中吸收的无功功率就相应增大，使得电力系统的无功缺额进一步中吸收的无功功率就相应增大，使得电力系统的无功缺额进一步增加，导致电压继续下降，最终发生增加，导致电压继续下降，最终发生“电压崩溃电压崩溃”，造成系统大，造成系统大面积停电。在无功不足的电力系统中，应在适当地点面积停电。在无功不足的电力系统中，应在适当地点采用无功功率采用无功功率补偿装置补偿装置补偿无功缺额，这样也就改变了电力网中无功功率的分补偿无功缺额，这样也就改变了电力网中无功功率的分布。布。本讲稿第二十九页，共七十一页三、改变网络中无功功率分布调压已知电力网络中电压损耗当网络参数R、X和运行电压给定时，影响电压损耗的因素就是两个，即通过网络的有功功率P和无功功率Q。显然，为了减小电压损耗而改变有功功率的分布是不合理的，改变网络功率分布调压，即指改变网络的无功功率分布调压。可在负荷点装设无功补偿装置。如图所示系统中，不计电压降落横分量补偿前变压器低压侧折算到高压侧的电压补偿前本讲稿第三十页，共七十一页装设无功补偿容量QC后，电压由U2提高到U2C，则按照补偿前后U1不变的假设，则有第二项很小 如果降压变压器的变比 本讲稿第三十一页，共七十一页补偿后其低压侧实际电压为U2C 则 1、选用并联电容器电容器只能发出无功功率提高电压，不能吸收无功功率来使电容器只能发出无功功率提高电压，不能吸收无功功率来使电压降低。为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容器应电压降低。为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。全部投入，在最小负荷时全部退出。最小负荷方式运行时，按无补偿情况计算变压器分接头电压，选择标准分接头，确定其变比 设最小负荷时低压侧归算到高压侧的电压为设最小负荷时低压侧归算到高压侧的电压为U U2min2min，低压侧要，低压侧要求的电压为求的电压为 则高压侧分接头电压则高压侧分接头电压（6-206-20）本讲稿第三十二页，共七十一页 校验实际电压是否满足要求选择最接近选择最接近U1tmin的标准分接头电压为的标准分接头电压为U1t，则实际变比为，则实际变比为 按最大负荷计算无补偿时低压侧归算到高压侧的电压U2max，若最大负荷时低压侧应保持的电压为 ，依式6-20，应装设的无功补偿容量本讲稿第三十三页，共七十一页（6-226-22）2、选用同期调相机调相机在最大负荷时可以过励运行，作为无功电源发出额定容量的调相机在最大负荷时可以过励运行，作为无功电源发出额定容量的无功；在最小负荷可以欠励磁运行，作为无功负载从系统吸取其额无功；在最小负荷可以欠励磁运行，作为无功负载从系统吸取其额定容量定容量50%50%65%65%的无功功率的无功功率同步调相机容量选择同步调相机容量选择 最大负荷过励运行时的调相机容量 最小负荷欠励运行时调相机的容量最小负荷时变压器低压侧要求保持的电压最小负荷无补偿时变压器低压侧归算到高压侧的电压 联立上两式，解出变比k本讲稿第三十四页，共七十一页 按计算变比确定分接头电压Ut选择最选择最接近接近Ut的标准分接头的标准分接头U1t，则实际变比为，则实际变比为 计算调相机容量：将k0值带入(6-22)四、改变电力网参数调压串联电容器分析电压损耗公式当输送功率不变时，改变电力网参数R和X也能改变电压损耗达到调压目的。改变网络参数常用方法有：按允许电压损耗选择合适的导线截面；在高压电力网中串联电容器以容抗补偿线路的感抗等最常用【例6.3】本讲稿第三十五页，共七十一页1、串联电容器调压如图，设串联电容器前如图，设串联电容器前线路末端电压线路末端电压U U2 2，则电，则电压损耗压损耗串联电容器后末端电压为串联电容器后末端电压为U U2C2C末端电压提高量为末端电压提高量为串联电容的容抗串联电容的容抗串联电容的补偿容量串联电容的补偿容量本讲稿第三十六页，共七十一页实际系统中三相电容器组的总容量实际系统中三相电容器组的总容量实际系统中串联电容器是若干个标准电容器串、并联组成的，设每相电容器的串联个数为n，并联个数为mnm设每个所选电容器IC额定容量额定容量QNC额定电压UNC额定电流INC额定容抗XNC则每个电容器额定电压和额定电流应满足通过电容器组的最大工作电流式中m、n应取稍大于计算值的正整数本讲稿第三十七页，共七十一页三相电容器组的实际容量为串联电容器安装的一般原则是应使沿电力线路的电压分布尽可能均匀，且各负荷点的电压都在允许范围内。当负荷集中在线路末端时，电容器应串联在末端；当沿线路有多个负荷时，可将电容串接在补偿前产生二分之一线路电压损耗处（见图6-11）。补偿度用来衡量串联电容补偿性能kc1，过补偿；kc=1全补偿若串联电容主要用于低压电网调压，通常采用过补偿或全补偿；若主要用于提高电力网的输送容量和稳定性，通常采用欠补偿。2、串联电容与并联电容在不同条件下的补偿效果(1)调压要求相同时，两种补偿方式容量大小比较并联补偿时，线路电压损耗串联补偿时本讲稿第三十八页，共七十一页由于调压要求相同，即考虑到串联电容的补偿容量线路无功损耗可得为减少同样大小的电压损耗，需设置串联电容器的容量仅为并联电容器的容量的17%-25%(2)调压效果比较(3)适用场合比较(4)降低功率损耗方面比较参见课本120页【例6.4】本讲稿第三十九页，共七十一页某降压变压器归算至高压侧的参数及负荷功率均标注于图中。在最大负荷时，在最小负荷时要求在变压器的低压母线采用顺调压方式，选择变压器分接头电压。【例6.1】解：1）变压器阻抗中的功率损耗2）变压器环节首端功率return本讲稿第四十页，共七十一页3）最大最小负荷下变压器阻抗的电压损耗4）计算变压器分接头电压 选最接近Ultav的标准分接头为112.75KV。return本讲稿第四十一页，共七十一页5）校验由计算结果可见，所选分接头电压满足调压要求。return本讲稿第四十二页，共七十一页某升压变压器的额定容量为某升压变压器的额定容量为63MVA63MVA，电压为，电压为归算到高压侧的变压器阻抗归算到高压侧的变压器阻抗。已知。已知要求发电机电压在要求发电机电压在1010.5kV范围范围【例6.2】内变化，试选择变压器的分接头电压。内变化，试选择变压器的分接头电压。解：1）计算最大最小负荷下 变压器的电压损耗 return本讲稿第四十三页，共七十一页2）计算变压器分接头电压 3）选最接近Ultav的标准分接头为124.025KV。4）校验由计算结果可见，所选分接头电压满足调压要求。由计算结果可见，所选分接头电压满足调压要求。return本讲稿第四十四页，共七十一页例【6.3】简单系统接线如下图所示。降压变电所低压侧母线要求常调压,保持10.5kV。试确定无功补偿设备的容量：()补偿设备采用电容器;(2)补偿设备采用调相机解:补偿前最大、最小负荷时变电所低压侧归算至高压侧的电压为本讲稿第四十五页，共七十一页(1)补偿采用电容器选用选用 110+2.5 即即112.75kV的接头的接头最小负荷时补偿设备全部退出,高压侧分接头电压为按最大负荷时的调压要求确定补偿容量本讲稿第四十六页，共七十一页校验：最大负荷时补偿设备全部投入低压母线实际电压为最小负荷时补偿设备全部退出，已知 可得低压侧实际电压为最大负荷时电压偏移为最小负荷时电压偏移为可见选择的电容器容量能满足常调压的要求return本讲稿第四十七页，共七十一页(2)补偿设备采用调相机时首先确定应选用的变比(6-24)解得k=9.91选用主接头110kv按最大负荷时调压要求确定QC本讲稿第四十八页，共七十一页选用容量为7.5Mvar的调相机.校验:最大负荷时调相机过激运行,输出7.5Mvar无功功率低压母线实际电压为最小负荷时,调相机欠激运行,吸取3.75Mvar无功功率本讲稿第四十九页，共七十一页低压母线实际电压为return最大及最小负荷时的电压偏移分别为可见选用的调相机容量是恰当的.最小负荷时适当减小吸取的无功功率就可使低压母线电压达到 10.5kv.换言之,选用的调相机容量还有一定的裕度.本讲稿第五十页，共七十一页例【6.4】阻抗为R+jX=13.5+j12()的35kV电力线路，输送功率4MW，功率因数0.7，线路末端电压为30.4kV，要将其提高为32kV。试求：串联电容器组的容量；为达到同样调压要求所需设置的并联电容器容量，并比较两种补偿方案的功率损耗。解：解：已知串联电容的容抗已知串联电容的容抗查表，选用查表，选用U UNCNC=0.6KV=0.6KV，Q QNCNC=20kvar=20kvar的单相串联电容器的单相串联电容器电容器组的最大工作电流电容器组的最大工作电流取取m=4 n=3m=4 n=3本讲稿第五十一页，共七十一页三相电容器组的实际容量为校验：电容器组的实际容抗末端电压实际升高大于1.6，满足要求。采用并联电容器依依（6-196-19）本讲稿第五十二页，共七十一页return并联电容器后线路功率损耗串联电容器后线路功率损耗本讲稿第五十三页，共七十一页6.5 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 导线截面选择的基本原则导线截面选择的基本原则1发热条件：发热条件：导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时产生的发热导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。温度不超过其正常运行时的最高允许温度。2电压损失条件：电压损失条件：导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损失应小于要求的电压损失，以保证供电质量。损失应小于要求的电压损失，以保证供电质量。3机械强度条件：机械强度条件：在正常工作条件下，导线应有足够的机械强度以在正常工作条件下，导线应有足够的机械强度以防止断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。防止断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。4 经济条件：经济条件：选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和维选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消耗量，修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消耗量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。本讲稿第五十四页，共七十一页5电晕条件：电晕条件：高压输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕损耗，高压输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕损耗，而且还产生噪声和无线电干扰，为了避免电晕的发生，导线的外而且还产生噪声和无线电干扰，为了避免电晕的发生，导线的外径不能过小。径不能过小。根据设计经验，导线截面选择的原则如下：根据设计经验，导线截面选择的原则如下：对区域电力网：对区域电力网：先按经济电流密度按选择导线截面，然后再校验先按经济电流密度按选择导线截面，然后再校验机械强度和电晕条件。机械强度和电晕条件。对地方电力网：对地方电力网：先按允许电压损失条件选择导线截面，以保证用先按允许电压损失条件选择导线截面，以保证用户的电压质量，然后再校验机械强度和发热条件。户的电压质量，然后再校验机械强度和发热条件。对低压配电网：对低压配电网：通常先按发热条件选择导线截面，然后再校验通常先按发热条件选择导线截面，然后再校验机械强度和电压损失。机械强度和电压损失。本讲稿第五十五页，共七十一页 一、按经济电流密度选择导线截面一、按经济电流密度选择导线截面1经济电流密度的概念经济电流密度的概念导线截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小（即年运行费导线截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小（即年运行费用越小），但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反之，导线用越小），但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反之，导线截面越小，线路投资和有色金属消耗量越少，但是线路的功率损耗截面越小，线路投资和有色金属消耗量越少，但是线路的功率损耗和电能损耗却要增大（即年运行费用越大）。和电能损耗却要增大（即年运行费用越大）。综合以上两种情况，综合以上两种情况，使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面，称为经济截面，用而确定的符合总经济利益的导线截面，称为经济截面，用Aec表示。表示。对应于经济截面的导线电流密度，称为对应于经济截面的导线电流密度，称为经济电流密度经济电流密度，用，用jec表示。表示。本讲稿第五十六页，共七十一页如图如图 是年运行费用是年运行费用F与导线截面与导线截面A的关系曲线。的关系曲线。1年折旧费和年维修管理费之和与导线截面的关系曲线；年折旧费和年维修管理费之和与导线截面的关系曲线；3为曲线为曲线1与曲线与曲线2的叠加，表示线的叠加，表示线路的年运行费与导线截面的关系曲线。路的年运行费与导线截面的关系曲线。2年电能损耗费与导线截面的关系曲线；年电能损耗费与导线截面的关系曲线；由图可知，曲线由图可知，曲线3的最低点的最低点（a点）的年运行费用最小，但点）的年运行费用最小，但从综合经济效益考虑，导线截面从综合经济效益考虑，导线截面选选Ab比选比选Aa更为经济合理，即更为经济合理，即 Ab为为经济截面。经济截面。线路年运行费用与导线线路年运行费用与导线 截面的关系曲线截面的关系曲线本讲稿第五十七页，共七十一页2按经济电流密度选择导线截面的方法按经济电流密度选择导线截面的方法我国现行的我国现行的经济电流密度经济电流密度见书中表见书中表6-3。则。则例例6-5 有一条长有一条长15km的的35kV架空线路，计算负荷为架空线路，计算负荷为4850kW，功率因，功率因数为数为0.8，年最大负荷利用小时数为，年最大负荷利用小时数为4600h。试按经济电流密度选择其。试按经济电流密度选择其导线截面，并校验其发热条件和机械强度。导线截面，并校验其发热条件和机械强度。解：（解：（1）按经济电流密度选择导线截面）按经济电流密度选择导线截面说明：说明：计算出经济截面计算出经济截面Aec后，应选后，应选最接近而又偏小最接近而又偏小一点的标准截面。一点的标准截面。本讲稿第五十八页，共七十一页查附录表查附录表II-1得得LGJ-70的允许载流量的允许载流量（室外（室外25）A，满足要求。满足要求。线路的计算电流为：线路的计算电流为：由表由表6-3，查得，查得jec=1.15A/mm2,因此，导线的经济截面为因此，导线的经济截面为选选LGJ-70型铝绞线。型铝绞线。（2）校验发热条件：）校验发热条件：（3）校验机械强度：）校验机械强度：查表查表6-4得，得，35kV钢芯铝绞线的最小允许截面为钢芯铝绞线的最小允许截面为25mm2，因此所选，因此所选LGJ-70满足机械强度要求。满足机械强度要求。本讲稿第五十九页，共七十一页线路电压（KV）导线型号最大负荷年利用小时数Tmax（h）3000 4000 5000 6000 7000 10 LJ LGJ 1.19 1.40 1.00 1.17 0.86 1.00 0.75 0.87 0.67 0.7835220 LGJ 1.53 1.28 1.10 0.96 0.84表 经济电流密度本讲稿第六十页，共七十一页二、按机械强度的要求选择导线最小容许截面二、按机械强度的要求选择导线最小容许截面 为了保证电力线路在运行中安全，导线必须有必要的机械强度，这就要求导线截面不能太小。所以在规程中对各种不同电压等级的电力线路和不同的导线材料，按机械强度的要求规定了导线最小容许截面。(书上表6-4)三、按发热条件选择导线截面三、按发热条件选择导线截面 按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法:应使导线的允许应使导线的允许载流量载流量Ial不小于通过相线的计算电流不小于通过相线的计算电流I30，即，即 u导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。当敷设地点的环境温度与允许载流量所采用的环境温度不同时，则允许载流量应乘以温度校正系数，即 本讲稿第六十一页，共七十一页此时，按发热条件选择截面的条件为：四、按电晕临界电压选择导线截面四、按电晕临界电压选择导线截面电力线路的运行电压超过导线的电晕临界电压时，电力线路会出现电晕。这样，一方面会产生电晕损耗，使网损增大，运行经济性变差；另一方面电晕放电对无线电有干扰作用。因此，应按晴天导线不出现电晕这一条件选择导线最小容许截面或最小容许直径。（表6-6）本讲稿第六十二页，共七十一页 1.树干式线路电压损失计算树干式线路电压损失计算各负荷点的负荷功率各负荷点的负荷功率用用p、q表示；表示；各段干线的功率各段干线的功率 用用P、Q表示；表示；各段线路的长度、电阻和电抗各段线路的长度、电阻和电抗分别用分别用l、r和和x表示；表示；各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗分别用分别用L、R和和X表示。表示。图图6-22中：中：五、按允许电压损耗选择导线截面五、按允许电压损耗选择导线截面在地方电力网中，电力线路导线截面一般是按容许电压损耗来选择的。本讲稿第六十三页，共七十一页 若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支线的负荷若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支线的负荷功率表示，即功率表示，即l1段：段：l2段：段：l3段：段：各线干段的电压损失为各线干段的电压损失为:l1段：段：l2段：段：l3段：段：图图6-22 树干式线路电压损失计算图树干式线路电压损失计算图本讲稿第六十四页，共七十一页n段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即 若将各干线段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：若将各干线段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：本讲稿第六十五页，共七十一页由于导线截面对电抗的影响很小，所以，当、一定时，可认为近似不变。因此，可初选一种导线的单位长度电抗值（6110kV架空线路取0.30.4/km，电缆线路取0.070.08/km），则 而而 本讲稿第六十六页，共七十一页由由 得：得：若若 ，可不计，可不计 ，则，则 式中，为允许电压损失（式中，为允许电压损失（V）。）。说明：说明：求出导线截面求出导线截面S后，应选择一个与其后，应选择一个与其接近而偏大接近而偏大的标准截面作为导线截面。的标准截面作为导线截面。式中，式中，UN、pi、Li 的单位分别为的单位分别为kV、V、kW、km。本讲稿第六十七页，共七十一页例例6-6 如图为某如图为某10kV架空线路，导线采用钢芯铝绞线，按正架空线路，导线采用钢芯铝绞线，按正三角形排列，线间距离三角形排列，线间距离100cm，允许电压损失，允许电压损失5%，全线采用同一，全线采用同一截面的导线，试选择导线截面。截面的导线，试选择导线截面。V解：设解：设x1=0.38/km本讲稿第六十八页，共七十一页所以所以初步选初步选LGJ-95型导线。型导线。校验：校验：查附录表查附录表-4，LGJ-95导线导线r1=0.33/km，x1=0.334/km本讲稿第六十九页，共七十一页设有一条设有一条90km的的110kV电力线路。考虑到电力线路。考虑到5年发展的最大负荷为年发展的最大负荷为32MW，功率因数为，功率因数为0.85，最大负荷利用小时数为，最大负荷利用小时数为5500h，试选择，试选择导线截面。导线截面。解解 1.按经济电流密度选择导线截面按经济电流密度选择导线截面查查表，表，Jec=0.9A/mm2，则则选用导线型号为选用导线型号为LGJ-185LGJ-185。2.按允许载流量、电晕、机械强度及电压损耗等条件校验按允许载流量、电晕、机械强度及电压损耗等条件校验1 1）允许载流量。）允许载流量。查表，该导线的长期允许通过电流为查表，该导线的长期允许通过电流为515A197.8515A197.8，满足；，满足；2 2）按机械强度校验。）按机械强度校验。按机械强度要求，按机械强度要求，LGJLGJ绞线的最小允许截面为绞线的最小允许截面为25mm25mm2 2。满足。满足。本讲稿第七十页，共七十一页3 3）按电晕要求校验。）按电晕要求校验。不必计算电晕的导线最小直径不必计算电晕的导线最小直径在在110KV110KV时时为为LGJ-50LGJ-50，所选导线直径大于此值，满足。，所选导线直径大于此值，满足。4 4）按电压损耗校验。）按电压损耗校验。LGJ-185的r1=0.17 x1=0.409，故线路的电压损