電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調(diào)整.ppt

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第5章電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調(diào)整,本章提示5.1電壓調(diào)整的必要性5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡5.3電力系統(tǒng)的電壓管理5.4電壓調(diào)整的措施小結(jié),本章提示,調(diào)壓的意義及電壓的允許波動(dòng)范圍；電力系統(tǒng)的無功功率平衡及無功補(bǔ)償裝置的作用；電壓中樞點(diǎn)的概念及中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式；調(diào)壓的措施。,5.1電壓調(diào)整的必要性,5.1.1電壓偏移對用電設(shè)備的影響5.1.2用戶允許電壓偏移值,5.1電壓調(diào)整的必要性,電壓是衡量電能質(zhì)量的又一重要指標(biāo)。電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備都是按照標(biāo)準(zhǔn)的額定電壓設(shè)計(jì)制造的，因此用電設(shè)備工作在額定電壓下各項(xiàng)性能指標(biāo)發(fā)揮得最好。,5.1.1電壓偏移對用電設(shè)備的影響,白熾燈：電壓變動(dòng)的敏感性較大。,圖5.1白熾燈特性曲線,,圖5.2異步電動(dòng)機(jī)的電壓特性,異步電動(dòng)機(jī)：電壓過低，電流顯著增大，繞組溫度升高加速絕緣老化，至可能燒毀電動(dòng)機(jī)。電壓超過額定電壓過多，對絕緣不利。,電子設(shè)備：電壓高降低管子壽命，電壓偏低，工作點(diǎn)不穩(wěn)定，失真嚴(yán)重。,5.1.2用戶允許電壓偏移值,一般規(guī)定節(jié)點(diǎn)電壓偏移不超過電力網(wǎng)額定電壓。,,,,220KV用戶：-10％～＋5％；,10KV及以下電壓供電的用戶：；,35KV及以上電壓供電的用戶：0～10％。,事故狀況下，允許在上述數(shù)值基礎(chǔ)上再增加5％，但正偏移最大不能超過+10％。,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2.1無功功率電源5.2.2無功負(fù)荷及無功損耗5.2.3無功功率平衡,5.2.1無功功率電源,1、同步發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)下（B點(diǎn)）其容量可得到充分的利用。,當(dāng)系統(tǒng)中有功功率備用充足時(shí)，可使靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低有功功率，多發(fā)無功功率，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的電壓水平。,唯一的有功功率電源，同時(shí)也是最基本的無功功率電源。,,過勵(lì)磁運(yùn)行：它向系統(tǒng)供給感性無功，起無功電源的作用，過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的容量是調(diào)相機(jī)的容量；,欠勵(lì)磁運(yùn)行：它從系統(tǒng)吸取感性無功，起無功負(fù)荷作用，欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的容量為過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)容量的50％～65％。,同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)不方便。調(diào)相機(jī)的投資費(fèi)用與其容量有關(guān)。,2、同步調(diào)相機(jī),同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，也就是只能發(fā)無功功率的發(fā)電機(jī)。,3、靜電電容器,使用時(shí)將電容器連接成若干組，按需要成組投入或切除,其單位容量的投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時(shí)有功功率損耗也較小，約為額定容量的0.3％～0.5％。,當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，它向系統(tǒng)供給的無功功率也將下降。,,并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給感性無功功率。,4、靜止補(bǔ)償器,靜止補(bǔ)償器的全稱為靜止無功補(bǔ)償器（SVC)常用的有:晶閘管控制電抗器型（TCR型）、晶閘管開關(guān)電容器型（TSC）和飽和電抗器型（SR型）。,電壓變化時(shí)，靜止補(bǔ)償器能快速地、平滑地調(diào)節(jié)無功功率，以滿足動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰Ｋ伸o止元件組成，運(yùn)行維護(hù)方便，并且有功損耗較?。ǖ陀?％）。,靜止補(bǔ)償器由電容器組與可調(diào)電抗器組成，既可向系統(tǒng)供給無功功率，也可以從系統(tǒng)吸取無功功率。,5.2.2無功負(fù)荷及無功損耗,1、無功負(fù)荷,,,各種用電設(shè)備中，除白熾燈照明負(fù)荷只消耗有功功率，少數(shù)的同步電動(dòng)機(jī)可發(fā)出一部分無功功率外，大多數(shù)都要消耗無功功率。,異步電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)無功負(fù)荷中占的比重很大，因此，電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的無功電壓靜態(tài)特性主要取決于異步電動(dòng)機(jī)的特性。,圖5.5異步電動(dòng)機(jī)的Q—U關(guān)系,2、無功損耗,,輸電線路的無功損耗,變壓器的無功損耗,5.2.3無功功率平衡,電力系統(tǒng)的無功平衡表示式為,,,,,其中：,系統(tǒng)中應(yīng)保持一定的無功功率備用。,無功功率備用容量一般可取最大無功功率負(fù)荷的5%～8%。,例5.1求圖5.6所示簡單系統(tǒng)的無功功率平衡。圖中所示負(fù)荷為最大負(fù)荷值。線路參數(shù)：變壓器試驗(yàn)數(shù)據(jù)：,,,,,,圖5.6例5.1的附圖,,,,,,在滿足有功平衡的前提下，發(fā)電機(jī)按額定功率因數(shù)0.85運(yùn)行時(shí)可發(fā)的無功功率為,,與所需無功功率比較:缺33.587-26.182=7.405Mvar,可在負(fù)荷端設(shè)置7.405的無功補(bǔ)償電源這時(shí)負(fù)荷端功率因數(shù)由0.8提高到0.87。,無功平衡：,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.1電壓中樞點(diǎn)的概念5.3.2電樞點(diǎn)的電壓偏移5.3.3中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式5.3.4電壓調(diào)整的基本原理,5.3.1電壓中樞點(diǎn)的概念,系統(tǒng)中的負(fù)荷點(diǎn)通過主要的供電點(diǎn)供電，因此只要控制這些母線的電壓偏移在允許范圍內(nèi)，各負(fù)荷點(diǎn)的電壓可基本上滿足要求。這些主要的供電點(diǎn)稱為電壓中樞點(diǎn)。,電壓中樞點(diǎn)包括：（1）水、火電廠的高壓母線；（2）樞紐變電所的二次母線；（3）有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)機(jī)壓母線。,5.3.2中樞點(diǎn)的電壓偏移,中樞點(diǎn)電壓曲線的編制:,,5.3.3中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式,逆調(diào)壓：在最大負(fù)荷時(shí)提高中樞點(diǎn)電壓，但不高于額定電壓的105%，最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓，但不低于額定電壓。適用于供電線路較長、負(fù)荷波動(dòng)較大的中樞點(diǎn)。,順調(diào)壓：在最大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓降低，但不低于額定電壓的102.5%，在最小負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓升高，但不高于額定電壓的107.5%。順調(diào)壓方式適用于供電線路不長，負(fù)荷波動(dòng)不大的變電所。,常調(diào)壓（恒調(diào)壓）：任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)電壓保持基本不變，一般比網(wǎng)絡(luò)額定電壓高2%--5%。,5.3.4電壓調(diào)整的基本原理,調(diào)壓方法：改變發(fā)電壓端電壓；改變變壓器的變比；改變功率分布，主要是改變無功功率的分布；改變電力網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。,,5.4電壓調(diào)整的措施,5.4.1改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓5.4.2改變變壓器變比調(diào)壓5.4.3改變電力網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓5.4.4改變電力網(wǎng)的參數(shù)調(diào)壓,5.4.1改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓,利用發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，改變發(fā)電機(jī)電勢或端電壓，也稱為改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)壓。,適用于孤立運(yùn)行電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型系統(tǒng)。,簡單、經(jīng)濟(jì)，且不需增加額外設(shè)備。,5.4.2改變變壓器變比調(diào)壓,改變變壓器的變比就是通過改變繞組間匝數(shù)比來實(shí)現(xiàn)的這種調(diào)壓措施也常叫利用變壓器分接頭調(diào)壓。,分接頭設(shè)置在雙繞組變壓器的高壓繞組，三繞組變壓器的高壓繞組和中壓繞組。,繞組額定電壓值對應(yīng)的分接頭為主分接頭，其它分接頭為附加分接頭。,普通變壓器一般有兩個(gè)或四個(gè)附加的分接頭,355%/6.3KV變壓器：主分接頭電壓為35KV，附加分接頭電壓分別為35（1+5%）=36.5KV35（1-5%）=33.25KV；,12125%/10.5kv變壓器：主分接頭電壓為121KV，附加分接頭電壓分別為121（1+5%）=127.05KV121（1+2.5%）=124.025KV，121（1-2.5%）=117.95KV，121（1-5%）=114.95KV。,雙繞組降壓變壓器,變壓器阻抗歸算至高壓側(cè)，由變壓器變比的定義可得,,,,,,,式中：——變壓器高壓繞組分接頭電壓；——變壓器高壓母線的實(shí)際電壓；——變壓器阻抗中歸算到高壓側(cè)的電壓損耗；——按調(diào)壓要求變壓器低壓繞組電壓；——變壓器低壓繞組額定電壓。,雙繞組降壓變壓器變比的選擇(見算例),選擇,,,,,,校驗(yàn),,,,最大運(yùn)行方式,最小運(yùn)行方式,算術(shù)平均值,雙繞組升壓變壓器變比的選擇（見算例）,變比確定和降壓變壓器方法一致,,要求發(fā)電機(jī)端電壓均取額定電壓，按發(fā)電機(jī)允許的電壓偏移進(jìn)行校驗(yàn)。,,,如果在發(fā)電機(jī)電壓母線上有地方負(fù)荷，發(fā)電機(jī)一般可采用逆調(diào)壓方式調(diào)壓。,三繞組變壓器變比的選擇（見算例）,三繞組變壓器高壓繞組、中壓繞組分接頭的確定按雙繞組變壓器的方法分兩步進(jìn)行。,,首先：根據(jù)低壓母線的調(diào)壓要求，在高-低壓繞組之間進(jìn)行計(jì)算，選取高壓繞組的分接頭電壓；,,,其次：根據(jù)中壓母線的調(diào)壓要求及選取的高壓繞組分接頭電壓，在高-中壓繞組之間進(jìn)行計(jì)算，選取中壓繞組的分接頭電壓。確定的變比為,有載調(diào)壓變壓器（帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器）,有載調(diào)壓器可按式（5.11）或式（5.14）計(jì)算各種運(yùn)行方式下變壓器的分接頭電壓。,有載情況下更換分接頭，且分接頭個(gè)數(shù)較多。,電壓為110KV及以下的有載調(diào)壓器，有7個(gè)分接頭電壓為220KV的有載調(diào)壓器有9個(gè)分接頭如有特殊需要，制造廠可提供更多數(shù)量分接頭,5.4.3改變電力網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓,圖中，阻抗為歸算到高壓側(cè)的線路和變壓器總阻抗，忽略線路電納和變壓器的空載損耗。,圖5.11電力網(wǎng)的無功補(bǔ)償,,變電所未裝并聯(lián)補(bǔ)償前，電力網(wǎng)首端電壓為,,,變電所裝有容量為的并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，電力網(wǎng)首端電壓為,,若不變，則,上式中等號(hào)右側(cè)第二部分較小,可略去,于是：,圖5.11電力網(wǎng)的無功補(bǔ)償,,,,,,經(jīng)過補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)要求保持的實(shí)際電壓為,則,,說明：高壓側(cè)電壓用大寫符號(hào),低壓側(cè)電壓用小寫符號(hào),補(bǔ)償后的參數(shù)在下標(biāo)加字母”c”.,1、裝設(shè)并聯(lián)電容器（見算例）,首先：按最小負(fù)荷時(shí)沒有補(bǔ)償，并根據(jù)調(diào)壓要求計(jì)算變壓器分接頭電壓，選取標(biāo)準(zhǔn)分接頭，確定變比,其次：按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求及選定的變比，計(jì)算所需的補(bǔ)償容量,最后：根據(jù)變比和選定的并聯(lián)電容器容量，校驗(yàn)實(shí)際的電壓變化。,首先：確定變壓器的變比K最大負(fù)荷時(shí)，最大負(fù)荷時(shí)按額定容量過勵(lì)磁運(yùn)行最小負(fù)荷時(shí)，按額定容量的50~60%欠勵(lì)磁運(yùn)行解出K，接K值確定最接近的分接頭電壓，確定實(shí)際變比,其次：確定調(diào)相機(jī)的容量將變比K代入式（5.20）或（5.21）根據(jù)產(chǎn)品目錄選出與此容量相近的調(diào)相機(jī)。,最后：接所選容量校驗(yàn)實(shí)際的電壓變化,2、裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)（見算例）,5.4.4改變電力網(wǎng)的參數(shù)調(diào)壓,改變電力網(wǎng)的參數(shù)，即減小線路的電阻或電抗，從而減少線路上的電壓損耗以提高末端電壓達(dá)到調(diào)壓的目的。,減小電阻是通過增加線路導(dǎo)線截面積來實(shí)現(xiàn)；減小電抗是在線路上串聯(lián)電容器以容抗補(bǔ)償線路感抗。,小結(jié),電壓是衡量電能質(zhì)量的另一重要指標(biāo)，保證電壓質(zhì)量要求系統(tǒng)必須保持無功功率平衡，并具備一定的無功備用容量。系統(tǒng)中的負(fù)荷不斷發(fā)生變化，負(fù)荷的變化將引起電壓的波動(dòng)調(diào)整中樞點(diǎn)電壓的措施有4種，通常由于改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)壓簡單、經(jīng)濟(jì)，應(yīng)優(yōu)先考慮；當(dāng)系統(tǒng)中無功功率充裕時(shí)，各變電所的調(diào)壓可以通過選擇變壓器分接頭來解決，當(dāng)電壓變化幅度比較大或要求逆調(diào)壓時(shí)，可以采用有載調(diào)壓變壓器；當(dāng)系統(tǒng)中無功功率不足時(shí)，可采用同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償裝置等無功補(bǔ)償裝置。實(shí)際電力系統(tǒng)的調(diào)壓，是將可行的措施按技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的原則，進(jìn)行合理組合，盡量使各地區(qū)無功功率就地平衡。,