第二章 电力系统电压偏差

1、电压偏差的国家标准电压偏差超标的危害电力系统电压调整电力系统无功补偿无功和电压管理一、电压偏差的国家标准 GB12325-1990 GB12325-2003 GB12325-2008 适用范围：交流50Hz电力系统在正常运行条件下，供电电压对额定电压的偏差。 不适用于瞬态和非正常运行情况。 供电系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压之差对系统标称电压的百分数，称为该节点的电压偏差。 供电系统正常运行方式是指系统中所有电气元件均按预定工矿运行。 电压的均方根值偏离额定值的现象称为电压变动，电压偏差属于电压变动范围。 1、35kV及以上 正负偏差之和 10 2、10kV及以下 3、

2、220V单相 710 4、对供电短路容量较小，供电距离较长以及对供电电压有有特殊要求的用户，由供用电双方共同确定。（2008版）%7国别电压允许偏差范围（）照明用电动力用电农村用电事故后运行方式美国 5 10各类扩大5前苏联5；-2.510；-5 5日本 6（ 10） 109；7德国 3 5 10英国 612；0加拿大10；-310；-310；-3 101、前苏联的标准是指用电设备处电压允许偏差2、日本中央电力委员会规定：101V的允许偏差为6V，202V的允许偏差为 20V一些国家和组织对于供电电压允许偏差的规定国别或组织电压允许偏差国际电工委员会（IEC）100V35kV为10国际发供电联

3、盟（UNIPEDE） 低压供电网为10法国电力局（EDF）中压电网为7；低压电网电缆供电为5；架空线路供电为7.5；其他为10意大利10荷兰10瑞典无全国规定，一般为5，最大值为10瑞士无全国规定，一般为5以下奥地利无全国规定，一般为10，芬兰无全国规定，通常城市为5，其他为10国别或组织电压允许偏差丹麦无全国规定，实际白天10，夜间为5挪威无全国规定，通常城市为5，其他为10前南斯拉夫规定10，争取达到5波兰城市为5，其他为10捷克无全国规定，通常为5罗马尼亚通常为5，偏僻地区大于5匈牙利5；-10希腊无全国规定，通常为7.5 系统无功功率不平衡是系统电压偏离标称值的根本原因。 概念：无功功

4、率不平衡、无功功率过剩（不足） 特点：就地补偿 不是就变电站补偿，也不是就变压器补偿 讨论：为何无功功率要就地补偿？2UQXPRU 总得来说，主要分为以下两种： 对电气设备的危害用电设备是按照设备的额定电压进行设计和制造的，当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能就会恶化，不仅运行效率低，很可能会由于过电压或过电流而损坏。 对电网的危害 ：稳定性和经济性3.1对照明设备的影响 照明常用的白炽灯、荧光灯，其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。当电压较额定电压降低5时，白炽灯的光通量减少18；当电压降低10时，光通量减少30，使照度显著降低；当电压较额定电压升高5时，白炽灯的寿命减少30；

5、当电压升高10时，寿命减少一半。3.2 对交流电动机的影响1、转矩)(2212221211211maxXcXRRfpUmcT)()(22211221221XcXRcRfRpUmTst例如，异步电动机端电压从额定电压降至额定电压的90，则其最大转矩和启动转矩将分别降至额定转矩的81，2、滑差和转速12242maxUUTUKbKKbKss242222maxTUUTKKbbKKbbss例如，当机端电压比额定电压降低10时，对b2，SN2的电动机，即Ku0.9，KT1，得：s2.6，滑差增大0.6，相应的转速和功率减小了0.63、有功损耗与电机的负荷率有关，当负荷率比较高时，机端电压下降引起电流增大，

6、在定子绕组和转子中的损耗增大，电机总的损耗增大，反之降低。4、无功损耗异步电动机的无功电压特性在机端电压大于某一临界值时，无功功率也将随电压的升高而增大，电压越高，负荷率越低，其变化率越大，但电压低于临界值时，电压降低反而会使无功增加，原因是电机漏抗上的无功损耗占了主要部分。)(2122XXIXUQm励磁无功损耗定子和转子绕组漏抗上的无功损耗电压升高，转差减小，电流下降5、电流 电压下降时，定子和转子电流增大。3.3 对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响变压器空载损耗包括铁心损耗和附加损耗，铁心损耗又称为空载损耗，与铁心中的磁感应强度有关，一般只占额定容量的千分之几。

7、3.3 对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响在传输同样功率的条件下，变压器电压降低，会使变压器绕组电流增大，绕组的损耗增大，损耗大小与通过变压器的电流的平方成正比。其损耗是空载损耗的几几十倍，不能忽视。3.3 对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响变压器内绝缘主要有变压器油和绝缘纸。变压器油分为热老化和电老化。变压器温度升高会产生热老化，电压升高会加快电老化。绝缘的环境温度越高、绕组中的电流越大，温升越大，会使绝缘纸干燥发脆，机械强度产生破坏。3.4 对电力电容器的影响CCXUQ25 . 8)(NNUULL若一般使用年限为20年，长期运行在1.

8、1倍额定电压下，使用寿命将减少到44.48，即仅为89年。3.5 对家用电器的影响 家用电器中85为单相异步电动机，其工作原理类似于三相异步电动机，电压过低会影响电动机启动，电压过高会使绝缘损坏或由于励磁过大而过电流。3.6 对功角稳定的影响同步发电机的转矩决定于作用在其轴上的转矩，但转矩变化时转速也将相应的发生变化。正常运行时，原动机的功率与发电机的输出功率是平衡的，因此发电机以恒定的同步转速运行。但是，这种功率平衡是相对的、暂时的。因为电力系统的负荷随时都在变化，有时还有偶然事故的产生，所以平衡状态不断被打破。sinXEUP0ddPXEUPM当电力系统结构已经确定的情况下，提高系统电压及发

9、电机电动势就能大大提高系统的静态稳定极限例如，将E、U较额定值升高10，则静态极限要比运行在额定电压时提高20简单输电系统无功功率与电压的关系sincosIXUE两边乘以U：XUEUQ)cos(当Q0时，在系统母线上将得到来自发电机的无功，反之发电机将从系统吸收无功，进相运行。若E降低时，系统静态稳定极限降低，对电网不利，因此限值发电机进相运行或高功率因数运行。3.7 对电压稳定性的影响 我国2001年新发布的DL7552001电力系统安全稳定导则中将电压稳定定义为：电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能保持或恢复到容许的范围内，不发生电压崩溃的能力。IEEE电压稳定小组1990年的报告认为

10、：如果电力系统能够维持电压以确保负荷增大时，负荷消耗的功率随着增大，就称系统是稳定的；反之是电压不稳定的。 所谓电压崩溃，是指由于电压不稳定所导致的系统内大面积、大幅度的电压下降的过程。（其衰落时可能几秒，也可能长达1020min） 电压安全性：不仅是指一个系统稳定运行的能力；也指在出现任何适当而又可信的预想事故或有害的系统变更后，系统维持电压稳定的能力。 电压衰落期间，系统和用户中多种自动、手动的控制装置或手段都会起作用。包括发电机和励磁机的保护装置、电厂运行人员的控制、系统运行人员的控制、配电有载调压变压器、控制电压的并联电容器组、恒温控制负荷和手动控制负荷。在扰动之后，这些控制交互作用于

11、电压、使得这个期间成为所谓的慢动态期间。3.7对电网经济运行的影响输电线路和变压器在输送功率不变的条件下，流过电流大小与电网运行电压成反比。电网低电压运行时，会使线路和变压器电流增大，线路和变压器绕组的有功损耗与电流平方成正比，因此低电压运行会使有功和无功损耗大大增加，从而增大了供电成本。 电力系统电压水平控制既有局域性又有全局性，即与网络规划设计有关，又与运行控制密不可分，保证电力系统各节点电压在正常水平的充分必要条件是：具备充足的无功功率电源、且分布合理、同时采取必要的调压手段。 负荷接入点电压： 式中 ：归算到高压侧线路电压损失 ：高压侧线路标称值21211)(1)(kUQXPRkUkU

12、kUUNssLUNU改变线路无功分布改变发电机机端电压，调节发电机励磁电流改变变压器变比改善输电线路参数 增加1kW有功设备，同时应增加0.550.65kVar无功电源（合理情况下为1：1.8）。 无功补偿的原则：分区、分层、分变电所进行不错，实现无功功率的就地平衡，并留有足够的备用容量。 1、同步发电机发电机是电力系统中唯一的有功电源，也是唯一的电压资源，同时也是最基本的无功电源。 2、同步调相机、同步电动机 3、补偿电容器电容器这种正反馈电压调节特性不利于系统电压的稳定。 4、电抗器 5、SVC、SVG 各无功电源的比较有功损耗对无功影响优缺点同步发电机基本为零可发，少量吸无需额外投资，最

13、经济同步调相机同步电动机23可发有功损耗大，基本不用电容器0.30.5可发设计简单、维护方便、投资省，但调节不连续，电抗器0.30.5可吸主要用于高电压、长距离输电线路（充电电容）SVC1.61.8可发、可吸产生谐波、可靠性差；动态性能好、调压平滑、分相补偿4.1.1 同步发电机电压调节同步发电机的外特性同步发电机与无穷大系统并联发电机励磁电流调整的结果只是改变了发电机送入系统的无功功率，而完全没有了“调压”作用。 同步发电机之间无功负荷分配 并联运行发电机间的无功负荷分配，取决于机组的外特性曲线。曲线越平坦的机组，无功电流的增量就越大。 微机型自并励发电机励磁系统 1、三相全控整流电路晶闸管

14、、移相范围、功率因素、各次谐波含量。 2、微机测控系统的构成：前向通道、后向通道、相互通道、人机接口。4.1.2TSC和TCR工作原理 TCR：晶闸管相控电抗器 TSC:晶闸管投切电容器 两者电路基本相同，都是由两个反并联晶闸管串联电抗器（电容器）构成。都属于交交变流电路范畴，交交变流电路分为交流调压电路，交流调功电路。TCR属于交流调压电路，而TSC属于交流调功电路。单相交流调压电路纯感性负载时谐波分析晶闸管相控式电抗器主要问题 功率因素低：若忽略电阻影响，其功率因素变化范围是：0.707, 0.904； 产生3、5、7等奇次谐波电流。解决办法：采用斩控式斩控式交流调压电路三相交流调压电路星

15、型连接（三相四线）星型连接（三相三线） 任意一相导通必须和另一相构成回路，因此电流通路中至少有2个晶闸管。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样。 触发角的移相范围0, 150支路控制三角形连接交流调功电路交流调功电路谐波分析交流电力电子开关TSC：晶闸管投切电容器组TSC的可控硅在运行的第一周期触发角随意，以后就轮流在90度时触发，形成完整的交流电流；当不再触发脉冲时，可控硅停止导通，TSC就关闭了，残存在电容上的端电压恰好是供电交流电压的峰值，而无法迅速放电。所以在TSC运行的前几个周期， 晶闸管承受的电压最大值为2倍的母线电压峰值。 用TSC是无法进行平稳调压的，所以一般都并联一个同容

16、量的TCR，用TCR均匀地调整容性无功电流，以达到平稳调压的目的。开始投入TSC1的同时，也投入TCR，的电流置于最大，总的无功电流为零。 一般TSC上串接的可控硅数目为TCR的两倍 在系统中选择一些关键性的母线作为电压监测点，若能降电压监测点的电压偏差控制在允许范围内，系统中其它点的电压及负荷电压就能基本满足要求。这些电压监测点称为电压中枢点。对电力系统电压偏差的监视与调整就是监视与调整系统的电压中枢点电压，电压中枢点一般选择系统内装机容量较大的发电厂高压母线，容量较大的变电站低压母线，有大量地方负荷的发电机母线。 电力系统电压调整的方式有3种，逆调压、顺调压和恒调压 逆调压：在系统负荷大时

17、，适当提高电压中枢点电压，适用于出线线路较长，负荷变化规律大致相同且负荷波动较大的中枢点。 顺调压：在负荷较大（小）时，允许电压中枢点电压稍偏低（高）点。适用于出线线路不长，负荷变化不大的中枢点。 常调压：不管负荷如何变动，中枢点的电压保持不变（102105）。使用范围介于逆调压和顺调压之间。 发电机调压 改变变压器变比（从理论上有缺陷） 前提：是系统的无功功率充足，这种方式只是改变了电力系统无功功率分布。 改变线路参数调压 采用分裂导线：可以显著降低线路电抗采用串联补偿（在750kV有应用） 串联电容器补偿 在超高压输电线路中，串联电容器补偿线路电抗的主要目的是提高线路的输电能力和系统的稳定

18、性，在一些工业发达的国家得到普遍采用。电机的自激（大容量异步电机、同步电机）变压器的铁磁谐振（变压器）低于工频的次同步振荡SSR（发电机）各种调压方法的比较和应用 发电机调压：首先被考虑，缺点：此方法只能满足电厂地区负荷的调压要求，对于通过多级电压输电的负荷无法满足要求。 在系统无功功率不足时，首先增加无功补偿设备，而不能依靠调变压器分接头的方法 在无功功率充足的系统中，应大力推广采用有载调压变压器 在我国电网有条件地、逐步地推广和普及有载调压变压器，是保证电网电压质量的重要手段。4.3 无功电压的自动控制 从功能上分为3个不通的等级，即一次、二次和三次控制，有时也分别称为局部的、区域的和整个

19、系统的（国家）控制。 一次控制 二次控制 三次控制当由于负荷的波动、网络拓扑改变和偶然事故造成的快速随机电压变化时，先由交流发电机本身的一次电压调节系统部分的吸收；在发生高振幅电压波动时，变压器上的带负荷抽头切换装置开始工作，并联电容器自动投切。特点：分散、自动、目的是维持节点电压在一定范围无功电压的自动控制 从功能上分为3个不通的等级，即一次、二次和三次控制，有时也分别称为局部的、区域的和整个系统的（国家）控制。 一次控制 二次控制 三次控制控制节点上的电压波动代表整个控制区域内的电压波动，调整控制节点电压的过程称为二次电压控制。其任务是协调、控制一个地区的无功电源，使其作用达到最优化。响应时间较长，可达35min。无功电压的自动控制 从功能上分为3个不通的等级，即一次、二次和三次控制