第六章電力系統的無功功率和電壓調整2主要內容調壓必要性和目標電壓與無功功率的關系電力系統無功功率的平衡電壓調整的措施3調壓必要性和目標必要性所有的用電設備都是按運行在額定電壓時效率為最高設計的，偏離額定電壓必然導致效率下降，經濟性變差；電壓降低將使發電機定子電流增大，引起定子繞組過熱損壞；由于系統無功短缺，電壓水平低下，某些樞紐變電所母線電壓在微小擾動下頃刻間大幅下降，引起電壓崩潰，這是嚴重導致系統瓦解的災難性事故。4電網電壓標準發電廠和變電站母線電壓允許偏差值發電廠和變電站500kV及以上母線以及發電廠和500kV變電站的220kV母線正常運行方式時，電壓允許偏差為系統額定電壓的0%～+10%；事故運行方式時為系統額定電壓的-5%～+10%。220kV公用變電站的220kV母線以及發電廠和變電站的110kV～35kV母線正常運行方式時，電壓允許偏差為系統額定電壓的-3%～+7%；事故運行方式時為系統額定電壓的±10%。帶地區供電負荷的變電站和發電廠（直屬）的10kV母線正常運行方式下的電壓允許偏差為系統額定電壓的0%～+7%。5電網電壓標準用戶受端供電電壓允許偏差值35kV及以上用戶供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過額定電壓的10％。10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7％。220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的-10%～+7%。6調壓必要性和目標電力系統調壓的目的是保證系統中各負荷點的電壓在允許的偏移范圍內。？用什么來調壓，怎么調壓7無功功率和電壓的關系一個是控制變量，一個是狀態變量節點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定作用無功功率對電壓水平有決定性影響8節點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定作用超高壓線路9無功功率對節點電壓有效值起決定性影響超高壓線路10無功功率對電壓水平有決定性影響電力系統當中，各種用電設備吸收的無功功率與所加電壓有關。當系統出現無功功率缺額，系統所接的各負荷的電壓將下降，減少其向系統吸收的無功功率，才能獲得無功功率的平衡。電壓的控制也就是無功控制11電力系統無功功率的平衡無功功率負荷未經補償的綜合負荷的自然功率因數為0.6~0.9，以滯后功率因數運行，低值對應與異步電動機比例較高的負荷，高值對應于采用大容量同步電動機的場合。負荷的無功功率的峰值與有功功率的不一定同時出現，其峰值出現在工業負荷最大的時刻，一般在白天。12無功功率負荷異步電動機在無功負荷中占的比重很大。系統無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定。

靜態無功功率電壓特性具有正的調節效應13無功功率損耗變壓器的無功功率勵磁支路的功率損耗：其百分值基本上等于空載電流I0的百分值，約為1%-2%。繞組漏抗中的功率損耗：在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓Uk的百分值，約為10%。14無功功率損耗線路上的無功功率損耗并聯電納的無功功率損耗（充電功率），與線路電壓的平方成正比，為容性；串聯電抗的無功功率，與負荷電流的平方成正比，為感性；輸送的有功功率（<，>）自然功率。15無功功率電源發電機：基本的無功功率電源，可以通過調節發電機的勵磁電流來改變發電機發出的無功功率，增加勵磁電流，可以增加無功功率的輸出；反之，減少無功功率輸出。調相機：相當于空載運行的同步電動機勵磁運行，提供感性無功；欠磁運行，吸取感性無功。16無功功率電源并聯電容器：只能向系統供應感性無功功率。特點有：電容器所供應的感性無功與其端電壓的平方成正比，電容器分組投切，非連續可調。靜止補償器和靜止調相機：分別與電容器和調相機相對應而又同屬“靈活交流輸電系統”范疇的兩種無功功率電源。

17無功功率電源并聯電抗器：就感性無功功率而言，并聯電抗器顯然不是電源而是負荷，但在某些電力系統中的確裝有這種設備，用以吸取輕載或空載線路過剩的感性無功功率。而對高壓遠距離輸電線路而言，它還有提高輸送能力，降低過電壓等作用。18無功功率電源電源的無功特性19無功功率的平衡無功功率的平衡：電源提供的無功功率=發電機+補償設備補償設備=調相機C1+并聯電容器C2+靜止補償器C3

：負荷消耗的無功功率：無功功率的損耗=變壓器+線路電抗+線路電納20無功功率的平衡為了控制電壓在允許的范圍內，必須保證有充足的無功電源，在全網平衡的基礎上，留有備用的容量。電力系統的無功容量是有功容量的1.5~1.7倍。無功功率平衡的原則就地平衡分層平衡21要求無功電源要充足無功電源的配置要合理采用一定的調節措施便可實現電壓調整的目標224.電壓調整的措施中樞點電壓管理（電壓控制的策略）電壓中樞點：指某些可反映系統電壓水平的主要發電廠或樞紐變電所的母線。

系統電壓的監視和調整可以通過監視、調整電壓中樞點的電壓而實現。因很多負荷都由這些中樞點供電，如能控制住這些點的電壓偏移，也就控制住了系統中大部分負荷的電壓偏移。

23中樞點電壓管理中樞點電壓調整：尋求滿足中樞點周圍各點負荷電壓質量的公共部分。中樞點電壓調整的確定：根據各負荷的日負荷曲線和對電壓質量的要求，進行一系列潮流計算及電壓控制方式等分析研究，才能最后確定這些中樞點的允許電壓偏移上下限曲線。24中樞點電壓管理中樞點的調壓方式：逆調壓

高峰負荷，升高中樞點電壓5%，為1.05UN低谷負荷，中樞點電壓為額定值，為UN

適用于由該中樞點供電線路較長、負荷變化范圍較大等場合。25中樞點電壓管理中樞點的調壓方式：順調壓

高峰負荷，中樞點電壓不低于1.025UN或某值；低谷負荷，中樞點電壓不高于1.075UN或某值；適用于用戶對電壓要求不高或線路較短、負荷變化不大等場合。26中樞點電壓管理中樞點的調壓方式：常調壓

高峰、低谷負荷，要求在任何負荷時中樞點電壓基本保持不變且略大于UN，例如1.025UN或1.02~1.05UN間的某一值。27電壓調整的基本原理28電壓調整的基本原理調節勵磁電流以改變發電機端電壓適當選擇變壓器的變比改變線路參數無功功率補償

29電壓調整的措施應用發電機調節電壓發電機端電壓有由自動勵磁調節裝置控制，可根據運行情況調節勵磁電流來改變端電壓；發電機端電壓的調節受發電機無功功率極限的限制，當發電機輸出的無功功率達到其上限或下限時，發電機就不能繼續進行調壓；由發電機直接供電的小系統，有可能只依靠發電機調壓滿足各用戶的電壓要求。對于大系統，尤其是線路很長且多級電壓的電力網，單靠發電機調壓就無法滿足系統中各點的電壓要求，必須與其他調壓方法相配合輔助性30改變變壓器變比調壓變壓器分為兩種：普通變壓器：分接頭開關無消弧能力，只能在停電時切換，必須事先選擇一個合適的分接頭；有載調壓變壓器：具有調壓繞組的有載調壓變壓器：能夠帶負載調節分接頭，可隨時根據需要調節變壓器分接頭以滿足調壓要求；帶附加調壓器的加壓調壓變壓器。31改變變壓器變比調壓普通變壓器宜選±2×2.5%10kV配變為±5%；有載調壓變壓器63kV及以上宜選±8×1.25～1.5%35kV宜選±3×2.5%32降壓變壓器（分接頭的選擇）33降壓變壓器（分接頭的選擇）最大負荷時高壓繞組分接頭電壓為：最小負荷時高壓繞組分接頭電壓為：普通變壓器最大、最小負荷下只能選用同一個分接頭：34例1.降壓變壓器如圖所示，最大負荷時高壓側電壓為110kV，最小負荷時為115kV。要求低壓母線上電壓不超過6～6.6kV的范圍，試選擇分接頭。

ZT=2.44+j40ΩU131.5MVA110±2×2.5%/6.6kVU235解：由分接頭范圍±2×2.5%可知為一普通變壓器1）首先求一次側的功率

2）根據一次側的電壓和功率求電壓損耗363）計算分接頭電壓，取最大負荷時的

U2max=6.0kV，最小負荷時的U2min=6.6kV則選最接近的分接頭為

110+2.5%×110=112.75（kV）374）校驗實際電壓

符合低壓母線的要求

6～6.6

kV

38升壓變壓器（分接頭的選擇）39升壓變壓器（分接頭的選擇）最大負荷時高壓繞組分接頭電壓為：最小負荷時高壓繞組分接頭電壓為：普通變壓器最大、最小負荷下只能選用同一個分接頭：40三繞組變壓器分接頭選定：高壓繞組分接頭中壓繞組分接頭步驟：根據電壓母線的要求選定高壓繞組分接頭由選定高壓繞組分接頭和中壓母線的要求選定中壓繞組分接頭41作業1試選擇電壓為110±2×2.5%/11kV、容量為20MVA的降壓變壓器的分接頭，使變壓器低壓母線電壓偏移不超過額定電壓的2.5%~7.5%。已知變電所電壓母線的最大負荷為18MW、cosφ=0.8，最小負荷時為7MW、cosφ=0.7，已知變電所高壓母線維持107.5kV恒定，變壓器的短路電壓為10.5%，短路損耗為163kW。42并聯補償調壓合理配置無功功率補償設備的目的：改變電力網的無功潮流分布減少網絡中有功功率損耗和電壓損耗改善用戶處的電壓質量應用無功功率補償設備調節電壓的主要方式：靜電電容器同步調相機靜止補償器43補償設備容量的計算設置補償設備Ui保持不變44補償設備容量的計算簡化45（1）選用電容器變壓器的分接頭應按最小負荷時電容器全部退出運行的條件考慮。選定后，將其代入，再按最大負荷時的調壓要求確定應設置的電容器容量。可充分利用電容器的容量，使在滿足調壓要求前提下，使用的電容器最少。46（1）選用電容器47（1）選用電容器—方程組算法最小負荷時電容器全部退出運行。最大負荷時電容器全部投入運行。48（2）選用調相機設調相機欠激運行時的容量為過激運行時的容量的二分之一；在最大負荷時按過激容量運行；在最小負荷時按欠激容量運行；求出變比后選擇分接頭，按最大負荷時的調壓要求就可確定應選用的調相機容量。49（2）選用調相機50（2）選用調相機—方程組解法在最大負荷時按過激容量運行；在最小負荷時按欠激容量運行；51例3.發電機維持端電壓UG=10.5kV不變，T1變比k1已選定，現用戶要求實現恒調壓，使U2=10.5kV。L-jQC~T1T2GD10.5/121kVk2

:110+j120Ω-jQC52解：（1）求功率分布53（2）求電壓分布54（3）確定T2的變比（采用電容器進行補償）選最接近的分接頭為110+2×2.5%，其對應的變比為110×（1+2×2.5%）/11=10.5

（4）求電容器的補償容量

取QC=11Mvar

55（5）電壓校驗最大負荷時，有最小負荷時，有基本符合要求56（6）確定T2的變比（采用同步調相機進行補償）設α=0.65，有規格化，取最近的分接頭為110+2.5%，其變比為110×1.025/11=10.25。57（7）求同步調相機的補償容量

查手冊選TT-66-11型同步調相機，容量為QN=6Mvar。58（8）校驗電壓最大負荷時

最小負荷時59（9）若選擇同步調相機的容量為15MVar

最大負荷時

最小負荷時60串聯補償調壓線路串聯電容補償調壓：在主電路中以減少線路電抗，從而提高線路末端電壓為目的。61串聯補償調壓補償補償度62電容器串并聯個數的選擇對于額定電壓為UNC、額定容量為QNC的電容器，有

m≥Imax/INC

n≥Imax

XC/UNC注意：m、n

應取偏大的整數。校驗實際的補償容量n個m串63串聯電容器組裝設地點的選擇使負荷點電壓在允許范圍內；沿輸電線電壓盡可能均勻；故障時流過電容器的短路電流限制。64各種調壓方法的特點發電機調壓簡單靈活，無需投資，應充分利用輔助調壓手段65各種調壓方法的特點變壓器調壓利用改變節點電壓的高低來改變無功功率的流向和分布不能發出或吸收無功功率，只能做細微調節，