第四章 电力系统运行状况的优化和调整2.ppt

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1、第二节第二节 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整基本要求：了解调压的必要性；掌握无功功率平衡与电压的基本要求：了解调压的必要性；掌握无功功率平衡与电压的关系；掌握电压调整原理、方法及措施。关系；掌握电压调整原理、方法及措施。前面讲过，有功功率电源是各类发电厂中的发电机，前面讲过，有功功率电源是各类发电厂中的发电机，而无功电源除发电机外。而无功电源除发电机外。还有还有电容器电容器调相机调相机静止补偿器静止补偿器分散在各变电所且不消耗一次能源，但系分散在各变电所且不消耗一次能源，但系统中无功损耗统中无功损耗有功损耗有功损耗调频调频调整原动机功率，而且全系统频率相同调整原动机功

2、率，而且全系统频率相同调压调压有多种手段，电压水平则全系统各点不同，有多种手段，电压水平则全系统各点不同，电压调整可分散进行，电压调整可分散进行，电压偏移过大对电压偏移过大对电力系统本身电力系统本身以及以及用电设备用电设备会带会带来不良的影响。来不良的影响。（1 1）效率下降，经济性变差。）效率下降，经济性变差。（2 2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。（3 3）电压过低，电机发热。）电压过低，电机发热。（4 4）系统电压崩溃）系统电压崩溃 一 电压调整的必要性1、电力系统电压偏移的原因及影响电力系统电压偏移的原因及影响“电压崩溃电压崩溃”现象现象

3、 35kV35kV及以上电压供电负荷及以上电压供电负荷:5%:5%10kV10kV及以下电压供电负荷及以下电压供电负荷:7%:7%低压照明负荷低压照明负荷:+5%:+5%-10%-10%农村电网农村电网:+7.5%:+7.5%-10%-10%2 我国规定的允许电压偏移我国规定的允许电压偏移电压是衡量电压是衡量电能质量电能质量的重要指标。的重要指标。电力系统的电力系统的运行电压水平运行电压水平取决于取决于无功功率的平衡无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗和网络损耗在额定电压下在额定电压下对无功功率的需求，否则对无功功率

4、的需求，否则电压就会偏离额定值。电压就会偏离额定值。二 电力系统中无功功率的平衡1、无功功率负荷和无功功率损耗、无功功率负荷和无功功率损耗1）无功功率负荷无功功率负荷 各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业习户都以滞后功率因率。因此，无论工业或农业习户都以滞后功率因数运行，其值约为数运行，其值约为0.60.6-0.90.9。其中，较大的数值对其中，较大的数值对应于采用

5、大容量异步电动机的场合。应于采用大容量异步电动机的场合。2 2）变压器中的无功功率损耗）变压器中的无功功率损耗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损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载漏抗中损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流电流I I0 0的百分值，约为的百分值，约为1 2；绕组漏抗中损耗。在变；绕组漏抗中损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，约为的百分值，约为10。但对多电压级网络。变压器中的无功功率损耗就相当可观。但对多电压级网络。变压器中的无功功

6、率损耗就相当可观。以一个五级变压的网络为例：以一个五级变压的网络为例：RTjXTU1N.-jBTGT 由此可见，系统中变压器的无功功率损耗占相当大由此可见，系统中变压器的无功功率损耗占相当大比例，较有功功率损耗大得多。比例，较有功功率损耗大得多。3 3）电力线路上的无功功率损耗）电力线路上的无功功率损耗 电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗与

7、负荷电流的平方呈容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。成正比，呈感性。RjXU1.U2.因此，线路作为电力系统的一个元件究竟消耗容性因此，线路作为电力系统的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。或感性无功功率就不能肯定。2 2、无功功率电源、无功功率电源、无功功率电源、无功功率电源电力系统的无功功率电源有电力系统的无功功率电源有发电机发电机电容器和同步调相机电容器和同步调相机静止补偿器静止补偿器并联电抗器并联电抗器后四种装置又称为后四种装置又称为无功补偿装置无功补偿装置。1）发电机发电机 同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功同步发电机既是有功功率电源，又是最

8、基本的无功功率电源功率电源。2 2、无功功率电源、无功功率电源、无功功率电源、无功功率电源2）电容器和调相机电容器和调相机 并联电容器只能向系统供应感性无功功率。它所并联电容器只能向系统供应感性无功功率。它所供应的感性无功功率与其端电压约平方成正比。供应的感性无功功率与其端电压约平方成正比。3）同步调相机）同步调相机同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机相当于空载运行的同步电动机。在在过励磁过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；起无功电源的作用，能提高系统电压；在在欠励磁欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容运行时

9、（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（量的（50%50%65%65%）)，它从系统吸取感性无功功，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。率而起无功负荷作用，可降低系统电压。它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。因而吸取）的无功功率，进行电压调节。因而调节性调节性能较好能较好。缺点：缺点：同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；有功功率损耗有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量较大，在满负荷时约为额定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；

10、，容量越小，百分值越大；同步调相机常安装在枢纽变电所同步调相机常安装在枢纽变电所 。静止补偿器由静止补偿器由静电电容器静电电容器与与电抗器电抗器并联组成并联组成电电容容器器可可发发出出无无功功功功率率，电电抗抗器器可可吸吸收收无无功功功功率率，两两者者结结合合起起来来，再再配配以以适适当当的的调调节节装装置置，就就能能够够平平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。滑地改变输出（或吸收）的无功功率。4）静止补偿器静止补偿器静止无功补偿器的原理图静止无功补偿器的原理图(a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型；(c)可控硅控制电抗器型；(d)可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型3、无功功率平衡无

11、功功率平衡电力系统无功功率平衡的基本要求电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无：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。负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。l Q Qresres00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可以平衡且有适量的备用；lQ Qresres00表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。置。l应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。1.电压中枢点的调压方式电

12、压中枢点的调压方式电力系统结构复杂，不可能也没必要对每个设电力系统结构复杂，不可能也没必要对每个设备的端点压进行监视和控制。备的端点压进行监视和控制。（1 1）电压中枢点：）电压中枢点：指那些能够反映和控制整个指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节点（母线）。如：系统电压水平的节点（母线）。如：（1）大型发电厂的高压母线；大型发电厂的高压母线；（2 2）枢纽变电所的二次母线；）枢纽变电所的二次母线；（3 3）有大量地方性负荷的发电厂母线。）有大量地方性负荷的发电厂母线。三、电力系统电压的调整电力系统的电压中枢点电力系统的电压中枢点 例：中枢点中枢点中枢点中枢点（2 2）中枢点电压的调整方式）

13、中枢点电压的调整方式逆调压逆调压：对于供电线路较长，负荷波动较大的网：对于供电线路较长，负荷波动较大的网络，考虑在络，考虑在最大负荷最大负荷时线路上的电压损耗增加，这时线路上的电压损耗增加，这时适当时适当提高中枢点电压提高中枢点电压以补偿增大的电压损耗，比以补偿增大的电压损耗，比线路线路U UN N高高5 5（即（即1.051.05U UN N）；最小负荷最小负荷时线路上电压时线路上电压损耗减小，损耗减小，降低中枢点电压为降低中枢点电压为U UN N。中枢点电压调整方式一般分为三类：中枢点电压调整方式一般分为三类：逆调压逆调压、顺调压顺调压和和常调压常调压。常调压常调压（恒调压恒调压）：负荷变

14、动小，供电线路电）：负荷变动小，供电线路电压损耗也较小的网络，无论最大或最小负荷时，压损耗也较小的网络，无论最大或最小负荷时，只要中枢点电压维持在允许电压偏移范围内只要中枢点电压维持在允许电压偏移范围内某个某个值值或较小的范围内（如或较小的范围内（如1.0251.025U UN N1.05U1.05UN N），），就可就可保证各负荷点的电压质量。这种保证各负荷点的电压质量。这种在任何负荷情况在任何负荷情况下，中枢点电压保持基本不变的调压方式下，中枢点电压保持基本不变的调压方式。顺调压顺调压：负荷变动小，供电线路不长，在允许电压：负荷变动小，供电线路不长，在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内

15、，偏移范围内某个值或较小的范围内，最大负荷最大负荷时电压时电压可以可以低低一些，但一些，但1.0251.025U UN N，小负荷小负荷时电压可以时电压可以高高一一些，但些，但1.0751.075U UN N。要求对负荷点要求对负荷点i i的电压进行调整的电压进行调整2、调整电压的基本原理、调整电压的基本原理（1 1）调节发电机励磁电流以）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压改变发电机机端电压V VG G；（2 2）改变变压器的变比改变变压器的变比k k1 1、k k2 2；（3 3）改变功率分布改变功率分布P+jQP+jQ（主要是（主要是Q Q），使电压损耗），使电压损耗V V 变化；变化

16、；（4 4）改变网络参数改变网络参数R+jXR+jX（主要是（主要是X X），改变电压损耗），改变电压损耗 V V。电压调整的措施：电压调整的措施：3.电力系统调压措施电力系统调压措施通过自动励磁调节装置通过自动励磁调节装置I If fEEq qUUG G，不需另增不需另增设备，简便可行且经济。设备，简便可行且经济。由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行逆调压。逆调压。适合于由孤立发电厂不经升压直接供电的适合于由孤立发电厂不经升压直接供电的小型电小型电力网力网。在大型电力系统中发电机调压一般只作为。在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种辅助性的调压措

17、施一种辅助性的调压措施。1）借改变发电机端电压调整）借改变发电机端电压调整例：例：发电机逆调压时电压分布发电机逆调压时电压分布G+5%-5%-9%+1%-5%-4%-5.6%+4.4%+2%发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求足负荷对电压质量的要求，这时需借助其他措施。这时需借助其他措施。2）.借改变变压器变比调压借改变变压器变比调压G双绕组变压器的高压绕组和三绕组的高、中压绕组有双绕组变压器的高压绕组和三绕组的高、中压绕组有若干分接头可供选择，如有若干分接头可供选择，如有U UN N5 5、U UN

18、 N2 22.52.5 或或U UN N4 42 2 。其中对应于其中对应于U UN N的分接头常称主接头或主抽的分接头常称主接头或主抽头。合理选择变压器的分接头也可实现调压。头。合理选择变压器的分接头也可实现调压。降压变压器调压降压变压器调压升压变压器调压升压变压器调压以下讨论：以下讨论：用线电压表示的抽头额定电压用线电压表示的抽头额定电压220kV升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器1.普通变压器普通变压器和和有载调压变压有载调压变压器器1.普通变压器：普通变压器：不能带负荷调分接头，只能停电后不能带负荷调分接头，只能停电后改变分接头，因此需要事先选择一个合适的分接头，改变分接头，因此

19、需要事先选择一个合适的分接头，以使系统在最大、最小运行方式下电压偏移都能满以使系统在最大、最小运行方式下电压偏移都能满足要求。足要求。1.有载调压变压器有载调压变压器：可以带负荷调分接头，因此可以可以带负荷调分接头，因此可以根据系统最大负荷、最小负荷分别选择各自合适的根据系统最大负荷、最小负荷分别选择各自合适的分接头。分接头。对于普通双绕组降压变压器对于普通双绕组降压变压器i对于双绕组降压变压器对于双绕组降压变压器i（续）（续）普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。此，必须

20、在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的要求的Uimax，Uimin大体相等，分接头电压应取大体相等，分接头电压应取UtImax，UtImin的的平均值。平均值。根据根据UtI选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。母线上的实际电压能否满足要求。如果选不出变压器分接头，只能如果选不出变压器分接头，只能选有载调压变压器。选有载调压变压器。对于普通双绕组升压变压器对于普通双绕组升压变压器g对于双绕组对

21、于双绕组升压变压器升压变压器g（续）（续）发电厂升压变压器和降压变压器分接头的选则方法基本相同。发电厂升压变压器和降压变压器分接头的选则方法基本相同。差别仅在于推算低压母线电压时，因功率是从低压流向高压侧，差别仅在于推算低压母线电压时，因功率是从低压流向高压侧，因此应将变压器中电压损耗和高压母线电压相加。因此应将变压器中电压损耗和高压母线电压相加。为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的要求的Ugmax，Ugmin大体相等，分接头电压应取大体相等，分接头电压应取UtGmax，UtGmin的的平均值。平均值。根据根据UtI

22、选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。母线上的实际电压能否满足要求。如果选不出变压器分接头，只能如果选不出变压器分接头，只能选有载调压变压器。选有载调压变压器。有有载载调调压压变变压压器器可可以以在在带带负负荷荷的的条条件件下下切切换换分分接接头而且调节范围也比较大，一般在头而且调节范围也比较大，一般在15%15%以上。以上。目目前前我我国国暂暂定定，110kV110kV级级的的调调压压变变压压器器有有7 7个个分分接接头头，即即U UN N3 32.5%2.5%；220kV220kV级级的的有有9 9个个分分

23、接接头头即即U UN N4 42.0%2.0%。采采用用有有载载调调压压变变压压器器时时，可可以以根根据据最最大大负负荷荷算算得得的的U U1tmax1tmax值值和和最最小小负负荷荷算算得得的的U U1tmin1tmin 分分别别选选择择各各自自合合适的分接头。不需校验。适的分接头。不需校验。有载调压变压器有载调压变压器例：发电厂装有一台容量为例：发电厂装有一台容量为31.5MVA、额定变比为额定变比为121/10.5kV的的变压器。由变压器输出的最大负荷为变压器。由变压器输出的最大负荷为50+j40MVA、最小负荷为最小负荷为25+j15MVA。高压母线电压高压母线电压UH维持维持116k

24、V恒定不变，要求：发恒定不变，要求：发电机母线须实行逆调压电机母线须实行逆调压(Umax为为1.05UN，及及Umin为为1.0UN)以满足地以满足地方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高压侧的等值阻抗方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高压侧的等值阻抗为为1.47+j24.4。试确定变压器的变比。试确定变压器的变比。UHUd解：变压器的电压损耗（忽略电压降落横分量）解：变压器的电压损耗（忽略电压降落横分量）最大负荷时：最大负荷时：最小负荷时：最小负荷时：根据发电机母线逆调压要求，该母线期望电压根据发电机母线逆调压要求，该母线期望电压Udmax=1.05UN=1.0510=10.5kV，U

25、 dmin=1.0UN=1.010=10kV选取最接近的标准接头电压选取最接近的标准接头电压121(1+2.5%)=124.02kV校验：校验：对网络额定电压的偏移：对网络额定电压的偏移：对网络额定电压的偏移：对网络额定电压的偏移：因接头电压之间的距离为因接头电压之间的距离为2.5，计算电压偏移和要求的电，计算电压偏移和要求的电压偏移相差不超过压偏移相差不超过1.25是允许的。从计算结果看出，所是允许的。从计算结果看出，所确定的变比确定的变比124.02/10.5满足要求。满足要求。对于三绕组变压器对于三绕组变压器g（略略）三绕组变压器除高压绕组有抽头外，一般中压绕组也具三绕组变压器除高压绕组

26、有抽头外，一般中压绕组也具有抽头可供选择。对高、中压绕组都具有抽头的三绕组有抽头可供选择。对高、中压绕组都具有抽头的三绕组变压器，各绕组接头电压的确定仍按上述双绕组变压器变压器，各绕组接头电压的确定仍按上述双绕组变压器的方法分两步进行。的方法分两步进行。首先。根据低压母线的调压要求在高首先。根据低压母线的调压要求在高低压绕组之间低压绕组之间进行计算，选取高压绕组的接头电压即变比进行计算，选取高压绕组的接头电压即变比UtH/UNL；然后根据中压的调压要求及选取的高压绕组接头电压然后根据中压的调压要求及选取的高压绕组接头电压UtH，在高在高中压绕组之间进行计算，选取中压绕组的接头电压中压绕组之间进

27、行计算，选取中压绕组的接头电压UtM。确定的变比即为确定的变比即为UtH/UtM/UtL。注意注意：只有当系统无功功率电源容量充足时，用只有当系统无功功率电源容量充足时，用改变变压器变比调压改变变压器变比调压才能改变变压器变比调压改变变压器变比调压才能奏效。奏效。当系统无功功率不足时，首先应装设无功当系统无功功率不足时，首先应装设无功功率补偿设备功率补偿设备。供电点电压供电点电压V1V1和负荷功率和负荷功率+jQjQ已给定，线路电容和变已给定，线路电容和变压器的励磁功率略去不计。且不计电压降落的横分量。压器的励磁功率略去不计。且不计电压降落的横分量。当系统电压偏移的原因是由于无功不足时，需设置

28、无功补偿。当系统电压偏移的原因是由于无功不足时，需设置无功补偿。作用：减小线路上无功的传输作用：减小线路上无功的传输 提高电压质量；提高系统运行的经济性。提高电压质量；提高系统运行的经济性。3）、利用并联补偿调压）、利用并联补偿调压补偿前补偿前 补偿后补偿后 如果补偿前后如果补偿前后V1保持不变，则有保持不变，则有 归算到高压侧的变电所低压侧电压归算到高压侧的变电所低压侧电压并联补偿设备容量的计算并联补偿设备容量的计算由上式可解得由上式可解得 忽略第二项忽略第二项4）、利用线路串联电容补偿改善电压质量）、利用线路串联电容补偿改善电压质量 未加串联电容前未加串联电容前串联了容抗串联了容抗X XC

29、 C后后 因此，根据线路末端电压需要提高的数值因此，根据线路末端电压需要提高的数值（V V-V Vc c），就可求得需要补偿的电容器就可求得需要补偿的电容器的容抗值的容抗值X XC C。电电力力线线路路采采用用串串联联电电容容补补偿偿，也也带带来来一一些些特特殊殊问问题题，因因此此作作为为改改善善电电压压质质量量的的措措施施，串串联联电电容容器器只只用用于于110kV110kV以以下下电电压压等等级级、长长度度特特别别大大或或有有冲冲击击负负荷荷的的架架空空分分支支线线路路上上。10kV10kV及及以以下下电电压压的的架架空空线线路路，由由于于R RL L/X XL L很很大大，所所以以使使用用串串联联电电容容补补偿偿是是不经济和不合理的。不经济和不合理的。220kV220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。电能力。例例57调压措施的比较和使用调压措施的比较和使用l首选发电机调压首选发电机调压l无功电源缺乏无功电源缺乏 ：静电电容器、静止补偿器：静电电容器、静止补偿器 调相机调相机 l无功充足无功充足 ：调节抽头：调节抽头l线路电压损耗大时，采用串联电容补偿线路电压损耗大时，采用串联电容补偿