1、第五章 供配電系統的無功補償和電壓調整VAR compensation and voltage adjustment of power supply and distributionsystem5-1 供配電系統的電壓偏移與無功平衡Voltage deviation and VAR balance of power supply and distribution system一、電壓偏移影響influence of voltage deviation1. 電力系統的負荷：電動機、照明設備、電熱器具、家用電器、沖擊性負 荷（電弧爐、軋鋼機等）2. 所有的用電設備都是以額定電壓為條件制造的，最理想

2、的工作電壓是額 定電壓。3. 電壓偏移的影響：<1> 對用電設備的影響a 異步電動機（電力系統負荷中占較大比重，如起重機、磨煤機、 碎石機）轉矩與端電壓平方成正比。 端電壓降低太多， 使帶額定負荷的電動機可能停止， 重載電機可 能無法起動。且帶負載的電動機電流增大，使繞組溫升，加速絕 緣老化。 電壓過高，對絕緣不利。b 白熾燈端電壓低于額定電壓，會使發光效率和光通量下降。端電壓高于 額定電壓5%,則壽命會減少一半，但發光效率會提高。c. 電熱器具 （阻抗值不隨電壓變化的負荷）電壓變化會影響其出力；d. 精密儀器加工業如電子元件加工業，電壓大幅波動會產生大量不合格產品。綜上所述，電壓

3、偏移越小越好。但因為電力系統節點多，結構復雜, 負荷分布不均又經常變動，故保證所有節點電壓都是額定電壓是不可能 的。<2> 對電力系統本身電壓降低，使網絡中功率損耗和電能損耗加大，可能危及電力系統穩 定性；電壓過高，電氣設備絕緣易受損。二、電壓偏移標準正常情況下：35Kv及以上 一 5% ;10Kv及以下_7% ;低壓照明 +5 %，- 10% ； 低壓照明與動力混合使用+5 %，- 7%事故情況下：電壓偏移允許值比正常值多 5%但電壓的正偏移不大于10%。三、負荷的電壓靜態特性 static voltage characteristic of load系統頻率一定時，負荷功率隨電

4、壓變化的關系一有功負荷的電壓靜態特性static voltage characteristic of active load 取決于負荷性質及各類負荷所占的比重。1. 電動機同步電動機的有功功率與電壓無關。異步電動機的有功功率基本上電壓無關。2. 白熾燈其電阻值隨溫度而變化,p = kU。63. 阻抗不隨電壓變化的負荷如電熱、電爐、整流負荷P=二 無功負荷的電壓靜態特性static voltage characteristic of reactive load1. 異步電動機I2XQm勵磁功率Q與電壓平方成正比，電壓比較高時，因為磁飽和曲線的影響,Xm有所下降，則Q隨電壓變化曲線略高于二次曲線

5、。電壓降低時，負載不變的情況下，定子電流增大，則漏抗中損耗Q.也增 大。故：在額定電壓附近，電動機的無功隨電壓升降而增減。當電壓顯著低于額定電壓時，漏抗損耗占主要部分，隨電壓降低而升高。2. 阻抗不隨電壓變化的負荷Q =X四、無功功率平衡 reactive bala nee一、基本知識 basic knowledge1. 無功功率平衡：無功功率電源發出的無功功率=用戶所需的無功+系統無功損耗2. 無功功率電源：發電機、調相機、靜電電容器、靜止補償器等。3. 無功負荷：除白熾燈和純電阻性加熱設備外的其它用電設備均需要無功，其中異步電動機占很大比重。4. 無功損耗：線路和變壓器上的無功損耗。5.

6、據統計：用戶需要的無功50%s 100%用戶需要的有功。6. 由負荷無功功率電壓靜止特性可知：要維持負荷點電壓在額定值附近就 必須提供足夠的無功，否則電壓會降低。二 、 電力系統中的無功電源reactive power sources1、發電機 generator發電機作為無功源即可發出感性無功，又可發出容性無功 在進行無功調整時，首先應充分利用發電機的無功輸出能力2、調相機 synchronous condenser（1）是只發無功功率的同步發電機 . 過勵磁運行時，向系統發出感性無 功功率 ; 欠勵磁運行時，從系統吸收感性無功。（2）欠勵磁運行時的容量約為過勵磁運行時容量的 50。（3）帶

7、勵磁調節裝置的調相機，可根據其所在點的電壓自動平滑的改 變出力; 有強行勵磁裝置時， 系統故障情況下也可維持該機的出口 電壓。（4）特點：a）運行維護復雜。b）有功損耗大，滿載時達額定容量的1.5 %"3%,容量越小，損耗 占的比重越大。故容量小于5Mvar時，不宜用調相機。c）可平滑調整無功出力,系統故障時也可按要求輸出無功。3、靜電電容器 static capacitor（ 1）按三角形或星形接法并聯在線路上。（ 2）只能向系統提供感性無功,當端口電壓下降時,出力會顯著下降。（ 3）特點：1）無功輸出調節能力差,輸出無功受端口電壓限制。2）單位容量成本低,且與總容量大小無關,安裝

8、維護方便。3）有功損耗小,滿載時僅為額定容量的 0.3 %" 0.5%。4）可集中使用,也可分散就地供應無功,從而減少網絡電能損耗4、靜止補償器 SVC static VAR compensator可控硅控制的電抗器與電容器并聯組成的。（1）吸收或發出感性無功。（2）快速跟蹤負荷，響應速度快。（3）運行時有功損耗小，滿載時不超過額定容量的 1%。（4）可靠性高，維護工作量小。（5）不增加短路電流。（6）可控硅控制電抗器時，電網中產生高次諧波。三、電力系統的無功負荷和無功功率損耗reactive load and VAR losses無功負荷 reactive load除白熾燈等少數純

9、阻性用電設備外大部分用電設備都需要無功。 無功損耗 VAR losses1. 變壓器 變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即勵磁支路損耗和繞組漏抗中的損耗。其中，勵磁支路損耗的百分值基本上等于空載電流的百分值， 約為1%7 2%；繞組漏抗中損耗，在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓的百分值， 約為 10%。對于一臺變壓器或一級變壓的網絡而言，變壓器中的無功損耗并不大， 滿載時約為它額定容量的百分之十幾。但對多電壓級網絡，變壓器中的無 功損耗就相當可觀。2電力線路上的無功損耗線路上的無功損耗也分兩部分，即并聯電納和串聯電抗中的無功損耗。 并聯電納中的這種損耗又稱充電功率， 與線路電壓的平方成正比， 呈

10、容性。 串聯電抗中的這種損耗與負荷電流的平方成正比，呈感性。35KV 及以下架空線的充電功率較小，總體上是消耗無功的；110KV 及以上架空線， 當輸送功率較大時， 電抗總消耗的無功大于電納中 產生的無功，總體上是無功負載；輸送功率較小時，為無功電源。第二節 無功功率補償Reactive power compensation一、無功補償原理 theory of reactive power compensation 可提高電力網功率因數。詳見圖 5-5 。二、無功補償的意義 meaning of reactive power compensation1 提高電網輸送能力，減少系統元件容量；2

11、降低網絡功率損耗和電能損耗；3 改善電壓質量。三、高壓電力網的無功補償reactive power compensation of high voltage power system330 500kv 分層分區就地平衡 安裝并聯電抗器補償線路充電功率；220kv 變電所 最大負荷時 一次側功率因數不低于 0.95;最小負荷時 一次側功率因數不高于 0.98. 二次側功率因數不小于 0.95-1.110kv 及以下變電所 最小負荷時，一次側功率因數不高于 0.98 。四、中低壓配電網無功功率補償的管理辦法無功功率應就地補償具體管理方法：1 提高用戶的功率因數；2 配電線路及變電所分散安裝電力電容

12、器；3 對大容量軋鋼設備等沖擊性的動態無功負荷，裝設靜止無功補償 設備或采用可控硅開關自動快速投切電容器組。五、配電網無功補償的配置原則“就地補償、分級分區平衡”1 總體平衡和局部平衡相結合 盡量避免不同分區之間無功的遠距離輸送和交換。2 電業部門補償和用戶補償相結合3 分散補償和集中補償相結合，以分散為主 集中補償是指在變電所集中裝設容量較大的補償設備； 分散補償是指在配電網的分散區，如配電線路、變壓器和用電設備，分散進行無功補償4 .降損與調壓相結合，以降損為主第二節 供配電系統電壓調整Voltage adjustme nt of power supply and distributi o

13、n system一、中樞點電壓管理 voltage management of load-center bus1、電壓調整的目的：使用戶的電壓偏移在規定的范圍內。2、中樞點電壓管理：選幾個可代表系統電壓水平的發電廠或變電所母線 作為電壓中樞點，因大多數負荷都在中樞點供電，故如能控制住中樞點的 電壓偏移，也就控制住了大部分負荷的電壓偏移。電力系統的電壓調整問題轉化為控制各中樞點電壓的電壓偏移不超 出范圍的問題。例：如圖所示WlVi根據Sm對電壓要求,A點|（中樞點）的電壓應維持為:s 0 B 1624o 31624(111根據S對電壓要求,A點（中樞點）的電壓應維持為：3Un+3U綜合以上要求一

14、中樞點允許電壓為:_ * 佰應708 時：(0.99 1.06)Un8ng0 8浮16時:1皿!r)U016 24 時：（1.05 1.13 ） UN由此可見：為同時滿足兩點負荷對電壓偏移的要求，中樞點電壓的允 許變動范圍大為縮小，有時甚至僅有1%若兩條線路上的電壓損耗的大小和變化規律相差更懸殊，完全有可能 在某些時段內，無論中樞點電壓取何值都不能同時滿足兩個負荷對電壓質 量的要求，此時就需要在負荷點處增設必要的調壓措施。3. 電力系統正常運行時的調壓方法1）逆調壓：高峰負荷時升高中樞點電壓（至105%jQ,低谷負荷時降低中樞點電壓（至UQ。適用于供電線路較長，負荷變動較大的中樞 點。調壓設備

15、：調相機、靜電電容器、有載調壓變壓器。2）順調壓：高峰負荷時允許中樞點電壓降低（但不低于102.5%Un ）,低谷負荷時允許中樞點電壓升高（但不允許高于107.5%Un）。適用于供電線路不長，負荷變動不大的中樞點。不用裝特殊的調壓設備。3）常調壓：任何情況下都保證中樞點電壓基本不變。如（102%-105% Un。通過合理選擇變壓器變比和并聯電容器來調壓。故障時允許電壓偏移較正常時大 5%二、電力系統的調壓措施 voltage adjustme nt methods以圖3-1只例，略去線路、變壓器的對地導"不計網損）F；帛則負荷點的納支路，m3 is筋用電力殺統Uf =(Ua kiPR

16、 QXUn1k2則調整用戶端電壓Uf可采取以下措施:1）調整勵磁以改變發電機端電壓 Ua ；2）改變變壓器分接頭位置；3）改變電力網無功功率分布；4）改變輸電線路的參數。< 一 > 禾 I用發電機進行調壓 voltage adjustme nt using gen erator1. 在各種調壓手段中，應首先考慮利用發電機進行調壓。2 .利用發電機進行逆調壓，可使最遠端負荷點電壓變動范圍縮小5%3. 如果供電線路不長，電壓損耗不大，僅用發電機逆調壓就可滿足要求; 但若經多級變壓向遠處負荷供電，僅依靠發電機調壓不能滿足負荷對電 壓質量的要求。<二 > 改變變壓器變比調壓vo

17、ltage adjustment via changing transformer' s tap1.雙繞組變壓器的高壓側和三繞組變壓器的高、中壓側往往有若干個分 接頭可供選擇。其中對應于Un的分接頭成為主接頭。6000KV A以下的變壓器有三個分接頭，Un二5%8000KV- A以上的變壓器有五個分接頭，Un _2 2.5%2 如圖所示：，.1T為升壓變壓器，T為F+旳1) 現以Tj為例說明降壓變壓器分接頭的選擇方法已知：最大負荷時高壓側母線電壓為Ujimax，變壓器Tj的電壓損失為Tj的高壓側分接頭電壓Ujt max.-：U jt max，低壓側母線要求的電壓為Uj2max。求：最大

18、負荷時應選擇的分析：U j 2 maxU j2maxK j max其中：Ujzmax為最大負荷時，歸算至高壓側的低壓母線電壓;Kjmax為最大負荷時Tj應選的變比。j2 max=u jimax-U jt maxKjmax竺，Uj2N為Tj低壓側的額定電壓。U j2 N則聯立上式，可得:U jt max(U jimax -u jt. max ) ，U j2NU j 2. max同理：可得最小負荷時變壓器Tj應選擇的高壓側分接頭電壓Ujt.minU jt min 二(Uji.min =U jt.min ) ' U j2 NU j2.min若為無載調壓，則變壓器分接頭應取：u jtU jt

19、.max u jt .min2) 根據計算得出的Ujt選擇與之最接近的分接頭，然后校驗所選的分接頭能否使Tj的低壓側母線電壓滿足調壓要求。i 2.min3）升壓變壓器分接頭選擇U it. max(U i1maxU it.max )U i2NU i 2. maxUit. min(Uil.min- U it.min ) U i2NUit. maxit. minU it2以上為無載調壓；若為有載調壓，則可分別選擇最大、最小負荷時應 選擇的分接頭，不必取平均。三 改變電力網中的無功功率分布進行調壓voltage regulation with reactive power distribution1.

20、 ：u 二 PR QXU電壓損耗是造成電壓偏移的主要原因，當線路參數一定時，決定電壓 損失的因素有兩個：P和Q。1） 因為有功源只有發電機，且發電機、有功負荷不宜改動，故不可 能通過改變有功分布來調壓。2）因為無功源除發電機外，還有調相機、電容器等，這些無功補償 裝置的安裝位置可動，故可通過改變無功分布來調壓。3）并非所有場合都可用改變無功分布的方法來調壓，只有當系統參 數中RX時，才可用。2. 改變電力網無功分布的具體做法：在輸電線路末端靠近負荷處裝設并聯電容器或調相機。令：補償前后Ug不變廠篤di例：如圖所示分析:未裝無功補償設備時:Ug =Ua PRga QXgA， Ua -折算至高壓側

21、的低壓電壓U A故:Qc出 X GAprga qx ga(Uac -Ua)(備GA_U ACPRgaQXgaUa裝無功補償設備后：Ug 二Uac(QQc)XgaU Ac則.U ' + PRGA +QXgA _ U ' + PRGA +(Q - Qc )XgaU AU Ac補償后低壓側實際電壓為Uac，貝心ACXga近似的：Qc =UAC (Uac U)X GA由上式可見，若要確定Qc ,則應先確定變壓器變比K,而K的確定與補償設備的類型有關 用靜電電容器，最小負荷時電容器全部退出，最大負荷時全部投入 用調相機時最小負荷時吸收2Qcn 或( 50%s 60%) Qcn ,最大負荷

22、時發 出 Qcn。則:1)用靜電電容器:最小負荷確定K:U t .minU AC.minU ANU AC.minU t.minK 二U an最大負荷確定Qc :U AC.max 彳(U AC.XgamaxU A. max 2)KK2)用調相機:U AC. maxQCn X -Xga(U AC.max U A.max)-(0.50.6)QcnUAC.min (U AC.min -UA.min)X GA則:(0 50 6) - U AC . min ( U AC .mi _ U A. min )U AC. max ( U AC .max 一 U a .max)U AC . mi n(UAC.mi nK UA.mi n)iU AC . max ( U AC. max K _ U A. max )用上式求