第六章電力系統的無功功率和電壓調整本章主要內容：1、無功負荷和無功電源及無功功率平衡2、電力系統的電壓調整

第一節電力系統中無功功率的平衡一、電壓偏移的要求和影響1、電壓偏移的要求

電壓質量表示方法—用電壓偏移表示：

我國的電力系統一般規定一個電壓偏移的最大允許范圍，例如《電能質量-供電電壓偏差》（GB/T12325-2008）中規定:35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%，-10%。

事故時，電壓偏差允許加大5%，但正偏移≯10%。農村電網:+7.5%～10%。2、電壓偏移的影響①電壓過低的影響

◆發電機有功出力下降電壓過低時（如低于95%UN)，電流將增大（如增大到105%IN）時，為防止定子繞組過熱，必須降低發電機有功出力。◆降低變壓器傳輸的功率

電壓降低電流增大，為防止變壓器線圈過熱，必須降低變壓器的傳輸功率。

◆電燈的光通量降低電壓下降10%，30%；

◆電爐等電阻性設備功率急劇下降

◆異步電動機轉矩下降，定子、轉子繞組發熱；

◆系統網損增大，系統運行穩定性變差，甚至可能導致“系統電壓崩潰”。②電壓過高的影響◆影響電氣設備的絕緣；

◆電動機、變壓器的鐵芯飽和，鐵損增大，溫度升高，壽命縮短；

◆白熾燈使用壽命縮短。3、電力系統電壓的特點

與電力系統的頻率只有一個不同，系統中各點電壓不等，因此不可能維持電力系統所有設備的電壓都在額定值。

頻率調整和電壓調整的相同和不同之處調頻頻率唯一集中調整只能調原動機功率調壓電壓水平各點不同調整分散手段多樣（有多種無功電源）

由上可以看出：維持電壓穩定，應該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。

分析無功功率和電壓分布之間的關系無功損耗﹥﹥有功損耗；電壓降受無功功率的影響較大；無功功率的流動從電壓高的一端Uh→低的一端UL二、電力系統的無功功率與電壓的關系無功—靜態電壓特性1、負荷的無功功率和電網無功損耗—靜態電壓特性①異步電動機的無功功率jX受載系數:實際負載和額定負載之比。在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的升降而增減QM的第一項與電壓的平方成正比。QM的第二項Qσ為漏抗中的無功損耗，與電流的平方成正比。如果負載功率PM不變，則因PM=I2r(1-s)/s，當U下降時，s增大，I增大，Qσ也要增大。②電力變壓器的無功損耗

假定一臺變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓US%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數值是相當可觀的。③輸電線路的無功損耗

一般情況下，35kV及以下系統消耗無功功率；110kV及以上系統，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。④電力系統的無功消耗2、無功電源—靜態電壓特性①同步發電機

◆調整發電機勵磁電流，可以調整發電機無功出力；

◆發電機無功功率調整范圍為：②調相機

調相機相當于空載運行的同步發電機。

過激運行發電機輸出感性無功功率，為無功電源；欠激運行發電機吸收感性無功功率，為無功負荷。③并聯電力電容器

吸收容性無功，輸出感性無功。

④靜止補償器

靜止補償器由靜電電容器與電抗器并聯組成。電容器可發出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結合起來，再配以適當的調節裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。(a)可控電抗器型TCR型；(b)可控硅投切電容器型TSC型；(c)自飽和電抗器型SR型；無功—靜態電壓特性電容器、調相機和靜止補償器的比較性能電容器調相機靜止補償器TCR型TSC型SR型調節范圍超前超前/滯后超前/滯后超前超前/滯后控制方式不連續連續連續不連續連續調節靈活性差好很好好差啟動速度中等慢很快快快反應速度快慢快快快調節精度差好很好差好產生高次諧波無少多無少電壓調節效應負正正（一定范圍）負正（一定范圍）⑤系統無功電源綜合靜態電壓特性

原因：系統中無功補償裝置電容器占多數。三、電力系統的無功功率平衡與電壓水平1、電力系統的無功功率平衡2、電力系統電壓水平與無功功率平衡的關系

◆要保持電力系統在額定電壓水平下運行，就必須保證在額定電壓水平下的無功功率平衡；◆無功不足，系統在一個低于額定電壓的水平下達到平衡；◆無功過剩，系統在一個高于額定電壓的水平下達到平衡。3、電力系統的無功平衡計算

電力系統應定期進行無功功率平衡計算，計算必須在額定電壓水平下進行。無功平衡的計算機計算步驟：①參照過去運行資料確定未來、代表日預想有功負荷曲線；②確定出現無功功率日最大負荷時系統有功負荷的分配；③假設無功電源容量、配置以及某些樞紐點的電壓水平；④進行潮流分布計算；⑤根據潮流計算，統計無功平衡關系中的各項數據，判斷系統無功功率能否平衡；⑥如不能平衡，調整假設條件，重新計算。如始終不能平衡，則考慮增加無功電源。4、無功備用容量

為應付計劃外的無功負荷、無功負荷波動，電力系統無功電源除滿足預測最大無功負荷需求外，還應當留有一定的備用容量，否則當負荷增大時系統電壓水平將得不到保障。

無功備用容量通常取最大無功負荷的7%～8%。第二節電力系統的電壓管理一、系統電壓波動1、電壓波動原因

◆

無功負荷波動

◆設備及線路壓降變化

◆運行方式改變

◆無功不足或過剩2、電壓波動分類

①由生產、生活和氣象變化引起的負荷波動引起的電壓波動（稱為電壓偏移）

特點：周期長、波及面大

措施：電壓調整

②由沖擊性負荷或間歇性負荷引起的負荷波動引起的電壓波動

特點：周期短、波及面較小，但其幅值有時很大，影響也不容忽略。

措施：電壓波動限制

二、電壓波動限制措施①由大容量變電所以專用母線或線路單獨向這類負荷供電

②在發生電壓波動的地點和電源之間設置串聯電容器

設置電容器前：較大，影響一般負荷的工作；

設置電容器后：，顯然同樣的負荷變化引起的電壓波動要小。如果串聯電容器的容抗選擇適當，就可將電壓偏移限制在允許的范圍之內。

③在波動負荷附近裝設調相機，并在線路首端串聯電抗器

采取措施前：

采取措施后：

若補償容量選擇適當則可將母線的電壓波動限制在允許的范圍。④在波動負荷供電線路上設置靜止補償器

三、電壓管理1、電壓管理

對第一類負荷波動引起的電壓偏移的調整—一般意義上的電壓調整。2、電壓管理目的在系統任何運行方式下，都將系統中各用電設備的電壓偏移限制在允許范圍。3、電壓中樞點

①電壓中樞點

某些可以反映電力系統總體電壓水平的發電廠和變電站的母線稱為系統電壓中樞點。

運行中只要將電力系統電壓中樞點的電壓偏移限制在一定范圍，就可以將系統中絕大部分用電設備的電壓偏移限制在允許范圍。電壓中樞點的選擇：集中負荷的母線作為電壓中樞點大型發電廠的高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量負荷的發電廠母線

②運行中電力系統電壓中樞點允許電壓偏移的確定

根據負荷和電網參數通過計算確定。

③規劃設計中的電力系統

根據負荷性質、供電范圍確定電壓中樞點調壓方式。

有三種：

◆逆調壓方式◆順調壓方式◆恒調壓方式適應：線路長，負荷變化大方式：難易程度：實現較難逆調壓最大負荷時提高中樞點電壓 1.05UN最小負荷時降低中樞點電壓 1.00UN適應：線路不長，負荷變化不大方式：難易程度：最易實現順調壓最大負荷時允許中樞點電壓低一些1.025UN最小負荷時允許中樞點電壓高一些1.075UN適應：中型網絡，負荷變化較小方式：保持在比線路額定電壓高2%-5%難易程度：較易實現常調壓第三節電力系統的電壓調整忽略：線路對地電容、變壓器勵磁支路參數、橫向壓降調壓比調頻復雜，頻率系統為一，電壓不為一改變電壓水平調壓措施利用發電機調壓UG—改變勵磁電流改變變壓器分接頭k1，k2改變電壓損耗改變功率分布（主要是Q）—使ΔU減少改變線路參數R+jX（主要是X）—減少ΔU一、改變發電機端電壓調壓發電機電壓UG可在5%的范圍內保持發額定有功功率發電機直接供電系統（線路不長，損耗不大）調節勵磁，改變機端電壓，實現逆調壓滿足電壓的要求例：最大負荷時：ΣΔUmax=20%，最大負荷時：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，發電機逆調5%故最終相差7%，在10%的范圍內例：發電機經多級電壓向負荷供電，不能保證電壓質量要求最大負荷時：ΣΔUmax=34%，最大負荷時：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，發電機逆調5%故最終相差15%，超出10%的范圍內二、改變變壓器分接頭進行調壓雙繞組變壓器分接頭選擇最大負荷時：UImax，ΔUImax，Uimax，

U’imax為已知雙繞組變壓器高壓側6300kVA以下三個分接頭 UN±5%三繞組變壓器高、中壓側8000kVA以上五個分接頭 UN±2×2.5%裝有3-5個分接頭最小負荷時：

選一接近值作分接頭UtImax，UtImin，UtI因正常運行時，變壓器分接頭不能調整，故取平均值

返回校驗求低壓母線電壓計算電壓偏移%選分接頭110kV例子：UI在113-115kV時，允許U’i在10-11kV，求變壓器分接頭校驗：解：普通三繞組變壓器分接頭的選擇高、中壓側有分接頭，低壓側沒有高、低壓側——確定高壓繞組的分接頭（低壓側要求）高、中壓側——確定中壓繞組的分接頭有載調壓變壓器調整分接頭帶電調整，允許最大、最小負荷時分設不同抽頭計算方法同雙繞組，可分設調整范圍大15%以上110kV，UN32.5%（七級）、UN81.25%（17級）220kV，UN42.5%（九級）三繞組高壓側裝有載調壓分接頭中壓側裝有普通分接頭有載調壓原理：無功功率充足時，采用有載調壓可滿足一般的調壓要求長線供電負荷變化大聯絡線兩端某些發電廠的變壓器無功功率不充足時并補串補三、利用并聯補償設備調壓調相機作用發無功，就地補償，減少壓降各種補償設備的調節方式截面積小R>X，不可用并補截面積大R<X，明顯靜止補償器