《电力工程 第3版》课件 第9章 电力系统电压

电力工程河海大学第9章电力系统的电压电力工程河海大学9.1电力系统电压概述电压质量电压偏移、电压波动、电压闪变电网谐波和三相不对称内容无功功率平衡、电压管理和调压电力工程河海大学保证电压质量的条件首先应有充足的无功电源无功电源的配置要合理必要的电压调整措施电力工程河海大学9.1.1无功功率负荷与电压的关系有功平衡与无功平衡全系统只有一个频率各节点电压不同系统节点电压的变动主要由无功功率变动引起书上式（10-5）表明节点电压特性曲线电力工程河海大学9.1.2电压偏移的危害电源电压下降电流上升功率下降（防止发热）负荷电动机：如下图所示电力工程河海大学9.1.3电压偏移的标准所有节点电压额定是不可能的一般用电设备允许一定的电压偏移电压偏移的标准正常运行电压偏移小、事故运行方式电压偏移大

系统电压不能低、负荷侧电压不能高电力工程河海大学我国运行规程规定：（1）500(330)kV母线正常运行时，最高运行电压不得超过系统额定电压的10％；最低运行电压不应影响电力系统功角稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。（2）发电厂和500kV变电所的220kV母线，正常运行方式时，电压允许偏移为系统额定电压的0～＋10％；事故运行方式时为系统额定电压的－5～＋10％。电力工程河海大学（3）发电厂和220（330）kV变电所的110～35kV母线，正常运行方式时，电压允许偏移为相应额定电压的－3～＋7％；事故运行方式时为系统额定电压的。（4）用户受电端的电压允许偏移值如下：35kV及以上用户的电压偏移不大于；10kV用户为系统额定电压的；0.38kV用户为系统额定电压的；0.22kV用户为系统额定电压的。（5）发电厂和变电所的10（6）kV母线应使用户电压符合（4）中用户电压的规定值。电力工程河海大学9.2电力系统中无功功率的平衡与补偿9.2.1电力系统中无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷

电力工程河海大学系统中主要的负荷（特别是无功负荷）是异步电动机，异步电动机吸收无功。其消耗的无功功率为无功电压特性曲线为电力工程河海大学2.变压器中的无功功率损耗

1）励磁支路损耗，近似为I0％，约为1～2％SN；

2）绕组漏抗中的损耗，变压器通过额定负荷时，基本上与短路电压的百分值相等，约10％SN；因此一台变压器总的无功损耗，在变压器满载时约为11~12%SN。对多电压级网络，其值更是可观！电力工程河海大学其典型计算结果为：所有变压器都满载

半载变压器励磁支路损耗

7% 7%变压器绕组中漏抗损耗

50% 12.5%变压器总无功损

57% 19.5%变压器总损耗/变压器负荷

57/100 19.5/100因此，变压器的无功损耗占总负荷的比例相当高。比有功损耗大得多。（有功损耗一般10%左右）例：电力工程河海大学3.输电线路的无功功率损耗一般35kV及以下架空线充电功率很小，这种线路吸收无功。110kV及以上线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率大于充电功率，因而吸收无功；当线路负载较轻时，充电功率大于电抗中消耗的无功功率，线路成为无功电源。电力工程河海大学9.2.2电力系统中的无功电源1、发电机正常发电机以滞后功率因数运行特殊运行：进相运行。吸收系统中多余的无功功率

电力工程河海大学2.调相机过激（励）运行：提供无功功率欠激（励）运行：吸收无功功率，欠激时的最大容量为过激容量的50~65%。一般：缺点：旋转设备运行维护比较复杂；

有功损耗较大，△P=1.5~5%额定容量；

增大系统短路时的短路电流；投资大。

我国调相机一般装在大型枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。电力工程河海大学3.静电电容器缺点：电容器的无功功率调节性能较差。

优点：装设容量可大可小，既可集中，又可分散就地供应无功；

运行时功率损耗也小，约为额定容量的0.3~0.5%；

由于无旋转设备，维护方便；

实际运行时可根据系统负荷的变化，分组的投入或切除。电力工程河海大学静止无功补偿器SVC是FACTS家族中的一员电容器＋电抗器＋调节装配置典型的三种SVC如图所示

TCR型TSC型SR型电力工程河海大学5.静止无功发生器(SVG)电压源型逆变器＋变压器控制GTO的通断路改变输出的交流电压SVG处于容性、感性和零负荷状态电力工程河海大学比较：1、同步调相机调节性能好，但其投资维护费用高；2、电容器电压调节性能稍差，投资、运行费用小， 装设灵活、方便；3、静止补偿器介于两者之间；4、静止无功发生器优于静止补偿器

目前，国外许多发达国家已不使用同步调相机。电容器使用最普遍。电力工程河海大学9.2.3

电力系统的无功功率平衡与补偿

所谓无功功率平衡，就是要使系统的无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷和无功损耗相平衡。同时，为了运行的可靠性及适应系统负荷的发展，还要求有一定的无功备用。

——无功功率的备用容量，可取7~8%最大无功负荷电力工程河海大学式中：

—按负荷的有功功率和功率因数计算。而我国规程规定，以35kv及以上电压直接供电的工业负荷，功率因数不得低于0.9，对其它负荷功率因数不得低于0.85。

—按其额定功率因数计算发电机发出的无功。这样，发电机还可作为无功备用。

—调相机、电容器等的无功功率按其额定容量计算。

无功损耗由三部分组成：变压器中的无功损耗，线路电抗中的损耗和线路电纳中的无功功率损耗，（吸收容性无功）电力工程河海大学无功负荷的自然功率因数为0.6~0.8因此作无功平衡时，要先补偿，提高负荷的功率因数。无功平衡与补偿的原则

分区平衡分层补偿就地平衡避免长距离输送无功功率电力工程河海大学9.3电力系统中的电压管理与调压方法1、电压管理电力系统复杂没有必要控制每一点的电压。控制关键节点的电压中枢点（1）区域性水、火电厂的母线；（2）枢纽变电所的二次母线；（3）有大量地方负荷的发电厂母线。

电力工程河海大学9.3.1中枢点电压管理负荷点电压要求负荷点j对中枢点i的电压要求时时电力工程河海大学负荷点k对中枢点i的电压要求：时时图（d）中的公共部分即为中枢点i的电压变化范围。中枢点电压变化范围缩小了最大7％、最小1％。电力工程河海大学向多个负荷点供电的中枢点电压按两种极端情况中枢点满足调压要求有公共部分。中枢点不满足调压要求没有公共部分。在负荷点安装补偿设备。电力工程河海大学2、调压方式进行电力系统规划时，没有具体数据，提一般要求。（1）逆调压

高峰负荷时升高电压：中枢点电压保持105%UN

低谷负荷时降低电压：中枢点电压保持UN

逆调压一般适用于供电线路较长、负荷变动较大的中枢点调压。中枢点采用逆调压可以改善负荷点的电压质量。

电力工程河海大学（2）顺调压

高峰负荷：中枢点电压不低于102.5%UN

低谷负荷：中枢点电压不高于107.5%UN

顺调压一般适用于供电线路不长、负荷变动较小，线路上电压损耗小的中枢点调压。（3）常调压常调压：在任何负荷下，中枢点电压保持一基本数值不变。一般取102~105%UN电力工程河海大学9.3.2电压调整的基本原理

拥有充足的无功功率电源是保证电力系统有较好的运行电压水平的必要条件，但要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。负荷点的电压：电力工程河海大学为了调整负荷点的电压，可采取如下措施：

①调节发电机励磁电流以改变发电机端电压UG；②适当选择变压器的变比；③改变线路的参数；④改变无功功率的分布电力工程河海大学1.发电机调压

当然，在各种调压手段中，首先应考虑发电机调压，因为它不需要花费额外的投资。（1）完全靠发电机调压

孤立发电厂（或发电机母线直接供电）不经升压直接供电的小型电力网，因供电线路不长，线路上电压损耗小，故可改变发电机母线电压，实行逆调压以满足负荷对电压质量的要求。电力工程河海大学最大负荷时最小负荷时电力工程河海大学（2）发电机辅助调压当发电机经多级网络向负荷供电时，仅靠发电机调压往往不能满足电压要求。最大负荷时，线路末端的电压损耗为：

相差21%最小负荷时，线路末端的电压损耗为：

电力工程河海大学2.改变变压器变比的调压方式(1)变压器分接头的选择

6300KVA及以下的变压器有三个分接头为

UN±5% 8000KVA及以上的变压器有五个分接头为

UN±2×2.5%

变压器低压侧不设分接头。对三绕组变压器，一般在高、中压绕组设分接头。电力工程河海大学双绕组变压器分接头的选择(a)降压变压器分接头的选择

如图为一降压变压器。若通过功率为，高压侧实际电压为，低压侧实际电压为，归算到高压侧的变压器阻抗为，归算到高压侧的变压器电压损耗为:

为电力工程河海大学式中：

是变压器的变比U1t——高压绕组分接头电压，

U2N——低压绕组额定电压若将k代入，即可得U1t为

普通的双绕组变压器的分接头只能在停电的情况下改变。在正常的运行中无论负荷怎样变化只能有一个固定的分接头。为此可以分别求出最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压，然后取它们的平均值，最后选择一个与平均值最接近的分接头。电力工程河海大学最大负荷： 最小负荷：其算术平均值为：

选择与U1tav最接近的分接头，然后校验最大负荷和最小负荷时低压母线上的实际电压是否符合要求。电力工程河海大学例：

降压变压器及等值电路如图所示。归算到高压侧的阻抗为RT+jXT=2.44+j40。最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别为Smax=28+j14MVA和Smin=10+j6MVA，高压侧的电压分别为U1max=110kV和U1min=114kV（顺调压）。要求低压母线的电压变化不超过6.0～6.6kV的范围，试选择分接头。电力工程河海大学解：先计算最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗假定最大负荷和最小负荷时低压侧的电压分别取U2max=6.0kv,U2min=6.6kv,则电力工程河海大学取平均值：选最接近的分接头U1t=112.75kV按所选分接头校验低压母线的实际电压。因此所选分接头能满足调压要求。电力工程河海大学（b）升压变压器分接头的选择

式中

U2：变压器低压侧实际电压或给定电压

U1：高压侧所要求电压

这里要注意升压变压器与降压变压器绕组的额定电压略有差别。另外发电机端电压不能超过其允许电压。电力工程河海大学例：升压变压器容量为31.5MVA，变比为121±2×2.5％/6.3kV,归算到高压侧的阻抗为3+j48。最大负荷、最小负荷时通过变压器的功率分别为Smax=25+j18MVA，Smin=14+j10MVA，高压侧的要求电压分别为U1max=120kV和U1min=114kV。发电机电压的调整范围是6.0～6.6kV。试选择分接头。解：最大负荷时U2max=6.6kV,最小负荷时U2min=6kV电力工程河海大学选最接近的分接头U1t=124.025kV。验算发电机端的实际电压：经验证，满足要求。电力工程河海大学三绕组变压器分接头的选择

上述选择双绕组变压器分接头的计算公式也适用于三绕组变压器的分接头选择，但需要根据变压器的运行方式分别地或依次地逐个进行。

步骤：1）根据低压母线对调压的要求，选择高压绕组分抽头；2）根据高压绕组的分抽头，选择中压绕组分抽头。

普通变压器无法满足调压要求时，可采用装设带负荷调压的变压器电力工程河海大学

本身就具有调压绕组的有载调带负荷调压变压器有两种

压变压器

带有附加调压器的调压变压器(2)有载调压变压器

有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头，而且调节范围也较大，一般在15％以上。

目前我国暂定：110kV的调压变压器有7个分接头，即

UN±3×2.5％

220kV的调压变压器有9个分接头，即

UN±4×2％

电力工程河海大学

采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷算得的U1tmax值和最小负荷算得的U1tmin来分别选择各自合适的分接头。这样就能缩小副方绕组电压的变化幅度，甚至改变电压变化的趋势。

一般，如系统中不缺无功功率，凡采用普通变压器不能满足调压要求的场合，采用有载调压器后，都可满足调压要求。具体有载调压变压器的接线图这里不再介绍了。电力工程河海大学3.并联补偿调压系统中无功电源不足需采用无功补偿调压

补偿设备大致可分为：

并联电容器并联补偿

调相机

并联在主电路中，提供感性无功功率

静止补偿器串联补偿：串联在主电路中的电容器，抵偿线路中的感抗。电力工程河海大学

按调压要求选择无功补偿设备容量如图为一简单网络，供电点的电压U1和负荷功率P+jQ已给定，线路电容和变压器的励磁功率略去不计。加补偿设备之前（不计电压降的横分量）U2’——归算到高压侧的变电所低压母线电压。电力工程河海大学并联补偿容量QC后：若补偿前后U1保持不变，则有：电力工程河海大学

由上式知补偿容量QC与调压要求（U2C为多少）和变压器的变比选择有关。

k的选择原则是：在满足调压的要求下，使无功补偿容量为最小。

如果变压器的变比为k，经补偿后变电所低压侧要求保持的实际电压为U2C，则U2C’=kU2C。将其代入式得：电力工程河海大学（1）补偿设备为静电电容器最大负荷时电容器应全部投入，最小负荷时全部退出。

具体计算步骤如下：按最小负荷确定变压器分接头（变比）：U2min’——最小负荷时低压母线归算到高压侧的电压U2min——最小负荷时低压母线要求保持的实际电压电力工程河海大学最大负荷时：按最大负荷时的调压要求计算补偿容量。即

式中：U2Cmax——低压母线补偿后要求保持的实际电压

U2max’——补偿前低压母线归算到高压侧的电压

由上式计算求得QC后，从产品目录（手册）中选择合适的设备。最后根据确定的变比和选定的容量，校验实际的电压变化。电力工程河海大学（2）补偿设备为同步调相机最大负荷时：调相机按额定容量过激运行最小负荷时：按二分之一额定容量欠激运行电力工程河海大学

按上式求得的k，选择一个最接近的U1t，确定实际变比k=U1t/U2N，将此k代入可求出需要的调相机容量。根据手册选择容量最接近的调相机。并校验电压。静止补偿器的容量选择同调相机，这里不再累