第五章 供配电系统的无功补偿和电压调整

1、2 返回 1 供配电系统的电压偏移与无功平衡 1 无 功 功 率 补 偿 2 供 配 电 系 统 电 压 调 整 3 电 压 偏 移 的 影 响1 负 荷 的 电 压 静 态 特 性2 无 功 功 率 平 衡 3 电 压 偏 移 的 影 响1 对用电设备的影响对用电设备的影响 对电力系统本身的对电力系统本身的 影响影响 允许电压偏移允许电压偏移 （1）电力系统的负荷）电力系统的负荷（2）电压偏移的影响）电压偏移的影响 电力系统的负荷电力系统的负荷：电动电动 机、照明设备、电热器具、机、照明设备、电热器具、 家用电器、冲击性负荷家用电器、冲击性负荷 （电弧炉、轧钢机等）。（电弧炉、轧钢机等）。

2、所有的用电设备都是以额所有的用电设备都是以额 定电压为条件制造的，最定电压为条件制造的，最 理想的工作电压是额定电理想的工作电压是额定电 压。压。 电压降低，使网络中功率电压降低，使网络中功率 损耗和电能损耗加大，可损耗和电能损耗加大，可 能危及电力系统稳定性；电能危及电力系统稳定性；电 压过高，电气设备绝缘压过高，电气设备绝缘 易受损。易受损。 对 用 电 设 备 的 影 响 a.异步电动机异步电动机 b.白炽灯白炽灯 c.电热器具电热器具 d.精密仪器加工业精密仪器加工业 端电压降低太多，使带额定负荷端电压降低太多，使带额定负荷 的电动机可能停止，重载电机可能的电动机可能停止，重载电机可能

3、 无法起动。且带负载的电动机电流无法起动。且带负载的电动机电流 增大增大,使绕组温升，加速绝缘老化。使绕组温升，加速绝缘老化。 电压过高，对绝缘不利。电压过高，对绝缘不利。 端电压低于额定电压，会使发光效率和光通量下降。端电压低于额定电压，会使发光效率和光通量下降。 端电压高于额定电压端电压高于额定电压5，则寿命会减少一半，但发，则寿命会减少一半，但发 光效率会提高。光效率会提高。 允 许 电 压 偏 移 正常情况正常情况 事故情况事故情况 35Kv及以上 10Kv及以下 低压照明 +5，10 农网（正常情况） +7.5，10 （事故情况） +10，15 %5 %7 电压偏移允许值比正常值多5

4、%， 但电压的正偏移不大于10。 一、有功负荷的电压静态特性一、有功负荷的电压静态特性 1.电动机电动机 同步电动机的有功功率与电压无关。 异步电动机的有功功率基本上电压无关。 2.白炽灯白炽灯 其电阻值随温度而变化,PKU1。6 3.阻抗不随电压变化的负荷阻抗不随电压变化的负荷 如电热、电炉、整流负荷，P R U 2 取决于负荷 性质及各类 负荷所占的 比重。 负 荷 的 电 压 静 态 特 性2 二、无功负荷的电压静态特性二、无功负荷的电压静态特性 1.异步电动机异步电动机 在额定电压附近，电动机的无功随电压升降而增在额定电压附近，电动机的无功随电压升降而增 减。当电压显著低于额定电压时，

5、漏抗损耗占主减。当电压显著低于额定电压时，漏抗损耗占主 要部分，随电压降低而升高要部分，随电压降低而升高。 2.阻抗不随电压变化的负荷阻抗不随电压变化的负荷 XI X U QQQ m mM 2 2 X U Q 2 基本知识 电力系统中的无功电源 电力系统的无功负荷和无功 功率损耗 无功功率平衡 无 功 功 率 平 衡 3 基 本 知 识 1.无功功率平衡： 无功功率电源无功功率电源 发出的无功功率发出的无功功率用户所需的无功系统损耗用户所需的无功系统损耗 2. 无功功率电源 3. 无功负荷 4. 无功损耗 5. 据统计： 用户需要的无功用户需要的无功50100用户需要的有功。用户需要的有功。

6、电力系统中的无功电源 发电机 generator 调相机 synchronous condense 静电电容器 static capacitor 静止补偿器 SVC static VAR compensator 发电机作为无功源即发电机作为无功源即 可发出感性无功可发出感性无功,又可又可 发出容性无功发出容性无功. 在进行无功调整时在进行无功调整时,首首 先应充分利用发电机的先应充分利用发电机的 无功输出能力无功输出能力. 调相机 ( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) 是只发无功功是只发无功功 率的同步发电率的同步发电 机机.过励磁运行过励磁运行 时，向系统发时，向系统发 出感性无功功出感

7、性无功功 率率;欠励磁运行欠励磁运行 时，从系统吸时，从系统吸 收感性无功。收感性无功。 欠励磁运行欠励磁运行 时的容量约时的容量约 为过励磁运为过励磁运 行时容量的行时容量的 50。 带励磁调节装置带励磁调节装置 的调相机，可根的调相机，可根 据其所在点的电据其所在点的电 压自动平滑的改压自动平滑的改 变出力变出力; 有强行励磁装置有强行励磁装置 时，系统故障情时，系统故障情 况下也可维持该况下也可维持该 机的出口电压。机的出口电压。 可平滑调整可平滑调整 无功出力，无功出力， 系统故障时系统故障时 也可按要求也可按要求 输出无功。输出无功。 静电电容器 按三角形或星形接法并联在线路上按三角

8、形或星形接法并联在线路上 特点特点 1)只能向系统提供感性无功，无功输出调节能力差，输出只能向系统提供感性无功，无功输出调节能力差，输出 无功受端口电压限制。无功受端口电压限制。 2)单位容量成本低，且与总容量大小无关，安装维护方便。单位容量成本低，且与总容量大小无关，安装维护方便。 3)有功损耗小，满载时仅为额定容量的有功损耗小，满载时仅为额定容量的0.30.5%。 4)可集中使用，也可分散就地供应无功，从而减少网络电可集中使用，也可分散就地供应无功，从而减少网络电 能损耗。能损耗。 静止补偿器 可控硅控制的电抗器与电容器并联组成的可控硅控制的电抗器与电容器并联组成的 1.吸收或发出感性无功

9、。 2快速跟踪负荷，响应速度快。 3运行时有功损耗小，满载时不超过额定容量的1%。 4可靠性高，维护工作量小。 5不增加短路电流。 6可控硅控制电抗器时，电网中产生高次谐波。 电力系统的无功负荷和无功功率损耗 无功负荷 除白炽灯等少数纯阻性用电设备外大部分用电设备除白炽灯等少数纯阻性用电设备外大部分用电设备 都需要无功。都需要无功。 无功损耗 变变 压压 器器 电力线路上的无功损耗电力线路上的无功损耗 变压器中的无功功率损耗 变压器中的 无功功率损耗 励磁支路损耗励磁支路损耗 绕组漏抗中的损耗绕组漏抗中的损耗 对于一台变压器或一级变压的网络而言，变压器中的 无功损耗并不大，满载时约为它额定容量

10、的百分之十几。 但对电压级网络，变压器中的无功损耗就相当可观。 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 于短路电压的百 分值，约为10%。 线路上的无功损耗 线路上的无功损耗线路上的无功损耗 并联电纳的无功损耗，呈容性； 串联电抗中的无功损耗，呈感性 35KV及以下架空线的充电功率较小，总体上是 消耗无功的； 110KV及以上架空线，当输送功率较大时，电 抗总消耗的无功大于电纳中产生的无功，总体上是 无功负载；输送功率较小时，为无功电源。 无功功率平衡 无功平衡的必要性 无功缺额会导致系统电压水平的下降。 进行无功功率平

11、衡计算的前提是系统的电压水平 正常； 如果不能在正常电压水平下保证无功功率的平衡， 则系统的电压水平就不能保证。系统无功源不足 时的无功平衡，是由于系统电压水平降低导致负 荷的无功需求下降而达到的。 只依靠发电机提供无功功率不能实现 电力系统无功平衡的需要。 因为因为： 1）未经补偿的负荷功率因数低于发电）未经补偿的负荷功率因数低于发电 机的额定机的额定 功率因数；功率因数； 2）系统中有大量的无功损耗。）系统中有大量的无功损耗。 计算步骤 # 计算负荷功率因数，若小于0.9，则先将负荷功率 因数补偿到0.9（在负荷所在变电所处安装无功补 偿设备） # 按补偿后的负荷功率和网络额定电压计算潮流

12、分 布，求出发电机应发出的有功和无功； # 计算发电机以额定功率因数运行时可发出的无功， 并与应发无功比较；若不足，则要么适当降低发 电机的运行功率因数，要么在负荷处装设无功补 偿装置，进行无功补偿。 计 算 步 骤 一、无功补偿原理 二、无功补偿的意义 三、高压电力网的无功补偿 四、中低压配电网无功补偿的管理办法 五、配电网无功补偿的配置原则 提高电网输送能力，提高电网输送能力， 减少系统元件量；减少系统元件量； 降低网络功率损耗和降低网络功率损耗和 电能损耗；电能损耗； 改善电压质量。改善电压质量。 高压电力网的无功补偿 330500kv 分层分区就地平衡分层分区就地平衡 安装并联电抗器补

13、偿线路充电功率安装并联电抗器补偿线路充电功率 220kv 变电所变电所 最大负荷时最大负荷时 一次侧功率因数不低于一次侧功率因数不低于0.95; 最小负荷时最小负荷时 一次侧功率因数不高于一次侧功率因数不高于0.98. 二次侧功率因数不小于二次侧功率因数不小于 0.95-1. 110kv 及及 以下变电所以下变电所 最小负荷时，一次侧功率因数不高最小负荷时，一次侧功率因数不高 于于0.98。 中低压配电网无功补偿的管理办法 无功功率应就地补偿 具体管理方法： 1 1）提高用户的功率因数； 2 2）配电线路及变电所分散安装电力电容器； 3 3）对大容量轧钢设备等冲击性的动态无功负荷，装 设静止无

14、功补偿设备或采用可控硅开关自动快速投 切电容器组。 配电网无功补偿的配置原则 “就地补偿、分级分区平衡就地补偿、分级分区平衡” 1总体平衡和局部平衡相结合总体平衡和局部平衡相结合 尽量避免不同分区之间无功的远距离输送和交换。尽量避免不同分区之间无功的远距离输送和交换。 2电业部门补偿和用户补偿相结合电业部门补偿和用户补偿相结合 3分散补偿和集中补偿相结合，以分散为主分散补偿和集中补偿相结合，以分散为主 集中补偿是指在变电所集中装设容量较大的补偿设备；集中补偿是指在变电所集中装设容量较大的补偿设备； 分散补偿是指在配电网的分散区，如配电线路、变压器和用电设分散补偿是指在配电网的分散区，如配电线路

15、、变压器和用电设 备，分散进行无功补偿。备，分散进行无功补偿。 4降损与调压相结合，以降损为主降损与调压相结合，以降损为主 中枢点电压管理中枢点电压管理 电力系统的电力系统的 调压措施调压措施 voltage management of load-center bus voltage adjustment methods 中枢点电压管理中枢点电压管理 1、电压调整的目的 使用户的电压偏移在规定的范围内。使用户的电压偏移在规定的范围内。 2、中枢点电压管理 因大多数负荷都在中枢点供电，故如能控制住中枢点因大多数负荷都在中枢点供电，故如能控制住中枢点 的电压偏移，也就控制住了大部分负荷的电压偏的电

16、压偏移，也就控制住了大部分负荷的电压偏 3电力系统正常运行时的调压方法 电压中枢点：某些可反某些可反 映系统电压水平，运行中对映系统电压水平，运行中对 其电压进行监视、控制和调其电压进行监视、控制和调 整的母线。整的母线。 通常选择下列母线作为 电压中枢点： 1）区域性发电厂和枢纽变区域性发电厂和枢纽变 电所的高压母线电所的高压母线 2）重要变电所的重要变电所的6-10kV电电 压母线压母线 3）有大量地方负荷的发电有大量地方负荷的发电 机母线机母线 电力系统正常运行时的调压方法 1. 逆调压：逆调压：高峰负荷时升高中枢点电压（至高峰负荷时升高中枢点电压（至105%），低），低 谷负荷时降低中

17、枢点电压（至）。谷负荷时降低中枢点电压（至）。 适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点。 2. 顺调压：顺调压：高峰负荷时允许中枢点电压降低（但不低于高峰负荷时允许中枢点电压降低（但不低于 102.5%）,低谷负荷时允许中枢点电压升高低谷负荷时允许中枢点电压升高 （但不允许高于（但不允许高于107.5%）。）。 适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点。 3. 常调压：常调压：任何情况下都保证中枢点电压基本不变。任何情况下都保证中枢点电压基本不变。 如（如（102%105%）。）。 电力系统的电力系统的 调压

18、措施调压措施 1 2 1 )( kU QXPR kUU N Af 则调整用户端电压 可采取以下措施： 1 调整励磁以改变发电调整励磁以改变发电 机端电压；机端电压； 2 改变变压器分接头位改变变压器分接头位 置；置； 3 改变电力网无功功率改变电力网无功功率 分布；分布； 4 改变输电线路的参数。改变输电线路的参数。 调整励磁以改变发电机端电压 利用发电机进行调压 ( 3 )( 2 )( 1 ) 在各种调压手在各种调压手 段中，首先应考虑段中，首先应考虑 调节发电机电压来调节发电机电压来 调节负荷电压变动调节负荷电压变动 范围。范围。 利用发电机进行利用发电机进行 逆调压，可使最远逆调压，可使

19、最远 端负荷点电压变动端负荷点电压变动 范围缩小范围缩小5%。 如果供电线路不如果供电线路不 长，电压损耗不大，长，电压损耗不大， 仅用发电机逆调压就仅用发电机逆调压就 可满足要求；可满足要求；但若经但若经 多级变压向远处负荷多级变压向远处负荷 供电，仅依靠发电机供电，仅依靠发电机 调压不能满足负荷对调压不能满足负荷对 电压质量的要求。电压质量的要求。 图 改变变压器变比调压 双绕组变压器的高压侧和三绕组变压器的高、中压侧双绕组变压器的高压侧和三绕组变压器的高、中压侧 往往有若干个分接头可供选择。往往有若干个分接头可供选择。 其中对应于其中对应于 的分接头成为主接头。的分接头成为主接头。N U

20、 分接头的选择 分接头的选择 降压变压器降压变压器 分接头的选择分接头的选择 升压变压器升压变压器 分接头选择分接头选择 i T j T max. 2 2max.max1 max )( j Njjtj jt U UUU U min.2j N2jmin.jtmin.1 j minjt U U)UU( U 2 min.max.jtjt jt UU U max. 2 2max.max1 max. ).( i Niiti it U UUU U min. 2 2min.min. 1 min. )( i Niiti it U UUU U 2 min.max.itit it UU U 若为无载调压，则变压器分接头应取若为无载调压，则变压器分接头应取： 改变电力网无功功率分布进行调压 补偿前后补偿前后 不变不变 补偿前补偿前 补偿后补偿后 近似的：近似的： G U )( AAC GA AC C UU X U Q A GAGA AG U QXPR UU 调压方法 二 一 )( Ac GACGA ACG U XQQPR UU 2 A AC GA AC K) K U U( X U 用并联静电电容器进行调压 最小负荷时电容器全部退出，最大负荷时全部投入最小负荷时电容器全部退出，