第六章电力系统

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1、第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整第一节电力系统中无功功率的平衡一、无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。一般综合负荷的 功率因数为0.6-0.9。2、电力系统的无功损耗（1）变压器的无功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 上等于空载电流的百分值，约为1% 2%；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压UK的百分 值，约为10%。（2）电力线路的无功损耗 电力线路的无功损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称

2、充电损耗，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功功率与负荷电流的平方成正比，呈感性。 对线路不长，长度不超过100Km，电压等级为220Kv电力线路，线路将消耗感性无功功率； 对线路较长，其长度为300Km左右时，对220Kv电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容 性无功功率，呈电阻性； 线路大于300Km时，线路为电容性的。二、无功功率电源电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同期调相机、并联电容器和静止补偿器等。1、同步发电机：发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：11STQ = S sin 9= P tg 9GNGNNGNN图6-1发电机的P-Q极限当系统中

3、无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多 发无功功率以提高电力系统的电压水平。但是发电机的运行点不应越出P-Q极限曲线的范围。2、同期调相机调相机实际上就是只能发无功功率的发电机。它在过激运行时向电力系统供给感性无功功率，欠激运行时从 电力系统吸取感性无功功率。欠激运行时的容量约为过激运行时容量的50%-60%：这些也就是作为无功功率电 源的调相机的运行极限。3、并联电容器及静止补偿器静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成 Q = V 2 / X正比，即： cc 缺点：电容器的无功功率调节性能

4、比较差。 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费 用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。三、无功功率的平衡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。Q-QQG CL DQ-Q+ AQLL :T ZQG CQ+G ZQ二 QLr es+ A QL为C ZQ re0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Q rez电压调整原理图= (VGk 1 - V ) 2电压调整的措施：(1) 调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压VG；(2) 改变变压器的变比k1、

5、k2；(3) 改变功率分布P+jQ (主要是Q),使电压损耗AV变化；(4) 改变网络参数R+jX (主要是X),改变电压损耗AV。第三节电力系统的几种调压方式一、改变发电机机端电压调压 这种调压手段是一种不需要耗费投资，且是最直接的调压方法，应首先考虑采用。发电机的电压调整是借 助于调整发电机的励磁电压，以改变发电机转子绕组的励磁电流，就可以改变发电机定子端电压。 不同类型的供电网络，发电机调压所起的作用是不同的。 对于发电机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，借改变发电机端电 压的方法，例如实行逆调压，就可以满足负荷点要求的电压质量。 对由发电机经多级变压向负

6、荷供电的大中型电力系统，线路较长，供电范围大，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的。发电机调压主要是为了满 足近处地方负荷的电压质量要求，即发电机采用逆调压方式。对于远处负荷电压变动，只能靠其它调压方 式来解决。 对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，利用发电机调压，会出现新的问题。首先，当要提高发电机的 电压时，则该发电机就要多输出无功功率，这就要求进行电压调整的电厂的母线电压，会引起系统中无功 功率的重新分配，这还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。所以在大型电力系统中发电机调压一般只作 为一种辅助的调压措施。二、改变变压器变比调压1、

7、降压变压器分接头的选择A V = ( PR + QX ) / VTTT1V = (V - A V ) K21Tk - V / VVV式中，k 一 V11 / V 2N是变压器的变比，即高压绕组分接头电压It和低压绕组额定电压2N之比。将k代V = (V -AV )/V *V入上式，得高压侧分接头电压1t1T 22N。当变压器通过不同得功率时，可以通过计算求出在不同负荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压。普通的双绕组变压器的分接头只能在停电得情况下改变，在正常的运行中无论负荷怎样变化只能使用一个固 定的分接头。这样可以计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压V=(V-AV)VV1

8、 t max1 maxt max2 N2 maxV=(V-AV)VV1 t min1 mintmin2N2 minV(V-A V) / 2然后求取它们的算术平均值，即1 tav1,t max11 min根据值可选择一个与它最接近的分接头。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电 压上的实际电压是否符合要求当考虑负荷变化时，分别求出最大和最小负荷时的抽头选择，然后取其算术平均值，再进行校验是否满足电压 要求，基本步骤如下：1、根据最大和最小负荷的运行情况，求出其一次侧电压和，以及通过变压器的负荷求取变压器的电压损耗2、套用公式计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择V1t maxV

9、-A V1maxmaxV11 minV1minVmin V2 N2max2 min3、取其算数平均值1 t max+ V )1 t min4、选择邻近的接头作为所选择的接头5、套用低压则电压计算公式进行验算V2maxV -A V VlmaxT max VV2 N11V2minV -A VlminT min VV2 NIt2、升压变压器分接头的选择选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同。V2 Rr+迓r由于升压变压器中功率V侧电压相加。因而有 1tVT前的应将电压损耗和高压付是从低压侧送往高压侧=(V + A V ) V * V1T 22 N式中，V2为变压器低压侧的实际电压或给定

10、电压；V1为高压侧所要求的电压。3、三绕组变压器分接头的选择将高低绕组看作双绕组，确定高绕组接头；将高中绕组看作双绕组，确定中绕组分接头位置。 注意：功率分布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，llOkV级的调压变压器有7个分接头，即VN3X2.5%； 220kV级的有9个分接头即VN4X 2.0%。采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷算得的Vltmax值和最小负荷算得的Vltmin分别选择各自合适 的分接头。这样就能缩小次级电压的变化幅度，甚至改变电压变化的趋势。有载调压变压器接线图三、改变网络中无功功率分布调

11、压当电力系统中无功电源不足时，就不能单靠改变变压器变比调压。而需要在适当地点对所缺无功进行补偿,这样也就改变了电力网中无功功率的分布。 按调压要求选择无功补偿设备容量PR + (Q - Q ) Xe1x2PR + (Q Q ) XcV，2 c1、并联无功补偿调压的基本原理v 二空-QXV22、按调压要选择补偿量的基本原理v = v，+ 空_12V2PR + QXPR + (Q&PR+ QXPRQX第二项很小于是有选择补偿容量的基本原则：在满足各种运行方式下的调压要求下，与其它调压方式配合，使补偿容量最小。有 补偿的变压器选择的基本原则：在满足调压的要求下，使补偿容量最小（1）选用并联电容器通常

12、在大负荷时降压变电所电压偏低，小负荷时电压偏高。电容器只能发出感性无功功率以提高电压，但电压 过高时却不能吸收感性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全部投入，在 最小负荷时全部退出。根据调压要求，按最小负荷时没有补偿这样变 压器变比(Vlmin-A VminV2 r按最大负荷时的调压要求选择补偿容量V f2 maxkVQ =2 c max ( VcX2 c max校验实际电压是否满足要求（2）选用同期调相机调相机的特点是既能过励磁运行，又能欠励磁运行。如果调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷按（0.50.65）额定容量欠励磁运行，那么，调相机的容量将

13、得到最充分的利用。同步调相机容量选择最大负荷时调相机发出全部容性无功最小负荷时吸收感性无功，（VQQ =2 c min （Vcx2c min），有:两式相除:a =可得V(kVV f)2 c min2 c min2 minV2 c max(kV2 c maxV f2 max)V f2min )k 2 Td r V r + V V2 c max 2 max2 c min 2 mindV2 c max2 c min按以上公式选择k和第四节电力线路导线截面的选择电力线路导线的投资在电力线路总投资中所占的比重较大，在一般35110Kv架空电力线路中，导线投资约 占30%左右。正确地选择电力线路的导线截

14、面，对电网的经济运行，提高电能的质量至关重要。一、按经济电流密度选择导线截面根据经济条件选择导线截面，要考虑两方面问题；从降低功率损耗及电能损耗的条件出发，则导线截面越 大越有利；从减少投资和节约有色金属出发，则导线截面越小越好。而电力线路投资和电能损耗都影响年运行 费。综合考虑了各方面的因素，定出符合总的经济利益的导线截面称为经济截面，对应于经济截面的电流称为 经济电源密度。1、电力网的年运行费电力网的年运行费包括四个部分：（1）设备的折旧费：电力网中各种设备在运行期间将逐渐陈旧、老化，更新设备所需的费用叫做折旧费。（2）设备的小修费和维护管理费：为保证电力网中设备的技术质量，设备必须进行经

15、常性的小修和运行中的维 护和管理，这方面所需要的费用称为小修费和维护管理费。（3）电能损耗费：电力网的电能损耗费是以电力网一年的网损电能乘以计算电价而决定的。2、经济电流密度经济电流密度对应于不同的maxf而有不同的值。3、按经济电流密度选择导线截面首先必须确定电力线路输送的最大负荷。然后根据负荷的性质，得知最大负荷利用小时数7max由表可查出所用导线材料的经济电流密度J j。最后计算导线截面为COS申S max 二 max （ mm 2 ）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

16、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。、按导线的长期发热条件选择导线截面导线长期发热问题是牵涉到电力网安全运行的问题，所以不管在哪一种电力网中，其导线中实际通过的电 流都不应超过持续容许电流表所规定的数值。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。五、按容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。这是因为，一方面在地方电力网中 一般没有特殊的调压设备，只有依靠适当地选择导线截面来保证电力线路的电压损耗不超过容许值，从而保证各用户的电压偏移在容许范围内；另一方面地方电网导线的电阻较大，也有可能通过选择适当的导线截面降低 电压损耗。当有n个负荷时=1六、选择导线截面基本方法的应用 工厂电力网持续容许电流或经济电流密度 中、低压配电力网（长线路）容许电压损耗（短线路）容许电流损耗农村电力网一一容许电压损耗区域电力网一一经济电流密度