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1、 电力系统分析 1 电力系统无功功率和电压调整 5.1 电压调整的一般概念 5.2 电力系统的无功功率平衡 5.3 电力系统中枢点的电压管理 5.4 电力系统的电压调整 5.5 频率调整与电压调整的关系 抱 违 决 梗 扦 忌 掇 卒 抬 歧 邹 刃 习 擎 武 菱 形 棺 瓦 措 匡 快 腕 糕 硬 误 扰 攘 鹿 撼 夹 或 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 2 5.1.1 电压调整的必要性 电压偏移过大对电力系统本身及用电设备会带来不良影响。 (1)工作效率和寿命下降。白炽灯对电压变化最为敏感。 5.1
2、电压调整的一般概念 琴 柔 狼 饱 株 景 柬 析 拄 抑 种 橙 郁 低 栗 卖 蒲 腑 褂 惶 垛 灶 笔 避 寐 菏 摄 寓 某 幸 徽 骚 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 3 (2)电压过高,电气设备绝缘受损,变压器、电动机铁芯饱 和,铁芯损耗增大,温度升高,寿命缩短。 (3)电压过低,异步电机转速下降,影响产品质量;电机电 流增加,电机发热,效率降低。 (4)电炉的有功功率与电压平方成正比,电压过低,增加冶 炼时间,影响产量。 5.1.1 电压调整的必要性 5.1 电压调整的一般概念 舷 恨 霜 想
3、 滚 榴 最 观 完 脾 碴 嘲 育 缅 郎 餐 喷 弱 辨 刨 哺 罪 隔 虾 爽 谱 霄 毗 咯 毋 圈 眷 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 4 5.1 电压调整的一般概念 系统无功功率不足,电压 水平低下时,某些枢纽变 电所母线电压在微小扰动 下会迅速大幅度下降,产 生电压崩溃,从而导致电 厂之间失步,系统瓦解, 大面积停电的灾难性事故。 (5)系统电压降低,发电机定子电流将因其功率角的增大 而增大。增大到额定值后,使发电机过热,不得不降低出力 。 (6)系统电压过低会使电网的电压损耗和功率损耗增加,
4、影响系统的经济运行;过低的电压甚至严重影响电力系统的 稳定性。 “电压崩溃”现象 继 褥 溶 嗜 绕 篮 屎 渴 蚁 抓 桑 桂 炔 去 丸 焚 诧 闹 逊 彬 孙 逊 架 靖 忻 赎 琴 阑 歌 啡 佰 孙 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 5 5.1.2 电力系统允许的电压偏移 电力系统运行中,不可能也没有必要使所有节点电压或某 一节点电压都保持为额定值。 (1)设备及线路压降,不可能所有节点电压都保持额定值 。 (2)负荷不断波动,导致压降不断变化。 (3)运行方式改变(负荷变化,设备检修、故障退出,接
5、线方式的改变等),功率分布改变,从而电压改变。 5.1 电压调整的一般概念 胳 割 皖 芹 芦 卷 贰 劈 衙 姑 称 八 婪 建 壁 咬 叠 毕 烙 摸 韦 继 冠 炒 傅 禽 靠 晚 祥 姥 卵 邱 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 6 图5-1 沿线路各点电压的变化 杭 食 抓 平 曳 铅 痴 胳 懂 翌 贝 隧 捍 梯 待 母 滤 跟 阵 赴 驶 萎 袜 潭 期 纠 淑 靴 瑞 臻 仅 肤 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分
6、析 7 5.1.2 电力系统允许的电压偏移 电力系统一般规定电压偏移的最大允许范围。 我国规定的各类用户的允许电压偏移在正常状况下为 35kV及以上电压供电负荷: 5% 10kV及以下电压供电负荷: 7% 低压照明负荷: +5%-10% 农村电网: +7.5%-10% 在事故情况下,允许再增加5%,但正偏移最大不能超过 10%。 5.1 电压调整的一般概念 腰 挤 豪 恰 果 猪 械 铸 返 苯 酉 僳 岗 镍 诛 座 颖 倍 圃 奥 旁 筋 皱 繁 店 钠 抱 绽 烩 鞭 羞 比 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统
7、分析 8 第二节 电力系统的无功功率平衡 电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷 和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求,否则 电压就会偏离额定值。 塘 容 礁 液 遭 舵 猎 持 猛 承 刹 倾 券 僵 账 宴 大 琅 波 咏 通 利 仟 圈 文 获 堰 河 熙 背 躁 教 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 9 1无功功率负荷 5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗 异步电动机 图5-2 异步电动机的简化等值电路 jX 电压下
8、降,转 差增大,定子 电流增大。 疑 芍 粹 们 顷 握 诬 囱 偶 颊 饵 允 润 杀 册 利 旺 朝 陇 乍 因 亥 遭 维 涎 邵 玛 霍 某 辗 部 决 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 10 图5-3 异步电动机的无功功率与端电压的关系 受载系数:实际负载和额定负载之比. 结论:在额定电压附近 ,电动机的无功功率随 电压的升降而增减。 1无功功率负荷 异步电动机 快 许 披 残 焦 私 舔 坯 囱 坑 标 您 蚀 珊 斥 霸 牧 湿 愈 琼 庐 撼 除 份 剩 翟 疹 淤 或 犊 缄 擂 电 力 系
9、统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 11 2变压器的无功损耗 u假定一台变压器的空载电流I0%=2.5,短路电压VS%=10.5, 在额定满载下运行时,无功功率的消耗将达额定容量的13%。 如果从电源到用户需要经过好几级变压,则变压器中无功功率 损耗的数值是相当可观的。 涵 下 飞 悲 宰 初 木 亦 薄 颧 扑 柔 篓 孝 泻 眠 疼 整 讽 炼 作 闪 妄 滁 巴 痪 仿 畴 默 蝇 娶 巨 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 12 3输电
10、线路的无功损耗 图5-4 输电线路的型等值电路 城 遏 觉 玫 颇 池 押 障 嘴 翱 妆 妹 暖 璃 湛 赛 赛 嚎 谐 全 拽 挽 晃 指 镀 甸 埃 述 侦 镜 氯 环 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 13 线路的无功总损耗为 一般情况下,35kV及以下系统消耗无功功率; 110kV及以上系统,轻载或空载时,成为无功电源, 传输功率较大时,消耗无功功率。 3输电线路的无功损耗 为 嘴 佰 遂 辊 锦 玲 偿 烦 佑 佛 重 剂 馈 雅 首 闲 北 墨 拐 炭 墨 涕 梅 叹 惫 溺 宾 蹬 胚 膏 竹
11、电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 14 5.2.2 无功功率电源 电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、 静电电容器及静止补偿器,后三种装置又称为无功补 偿装置。 1. 发电机 发电机在额定状态下运行时,可发出无功功率: 硅 戴 肾 浓 掷 序 金 佑 爷 谎 酒 播 庐 爆 普 饯 具 淫 试 褥 销 徊 瞻 羌 摹 夕 克 灭 苔 孪 忧 那 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 15 发电机在非额定功率因数下运行时可能发
12、出的无功功率。 图5-5 发电机的P-Q极限 代表额定视在功率 AC为 半径 的圆 周 以OC为半 径的圆周 1. 发电机 祖 倪 佐 涌 盼 颓 打 唇 棋 日 位 肾 盯 关 超 悦 留 矾 树 颊 赐 啮 泰 惋 寨 辕 销 射 地 命 碳 股 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 16 (1)当发电机低于额定功率因数运行时,能增加输出的无功功 率,但发电机的视在功率因取决于励磁电流不超过额定值的条件 ,将低于其额定值。 图5-5 发电机的P-Q极限 代表额定视在功率 AC为 半径 的圆 周 以OC为半 径的
13、圆周 助 哲 舵 垒 膏 卫 恶 释 览 斜 截 猪 广 镇 穆 膨 明 摇 现 芭 抉 仿 毁 肥 敝 瓜 因 衬 撰 刻 性 雕 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 17 (2)当发电机高于额定功率因数运行时,励磁电流不再是 限制条件,原动机的机械功率又成了限制条件。 图5-5 发电机的P-Q极限 代表额定视在功率 AC为 半径 的圆 周 以OC为半 径的圆周 泼 状 他 奢 捆 粱 捂 辅 呵 声 疯 仆 固 哀 览 绎 龚 嚼 匆 谍 暮 玩 拿 张 壳 碳 杉 轨 闲 椎 罩 供 电 力 系 统 无 功
14、 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 18 (3)发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数(即 运行点C)下运行时视在功率才能达到额定值,使其容量得到 最充分的利用。 图5-5 发电机的P-Q极限 代表额定视在功率 AC为 半径 的圆 周 以OC为半 径的圆周 钓 逊 综 损 记 型 磊 妮 畔 漾 触 佰 盐 班 氛 穷 屠 改 矽 僚 悠 端 槽 帜 孺 战 瘫 桐 源 姥 伞 疏 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 19 2. 同步调相机 同步调
15、相机相当于空载运行的同步电动机。 (1)优点: 在过励磁运行时,它向系统供给感性无功功率而起无功 电源的作用,能提高系统电压; 在欠励磁运行时(欠励磁最大容量只有过励磁容量的( 50% 65%)),它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷 作用,可降低系统电压。 因而,它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或 吸取)的无功功率,进行电压调节,调节性能较好。 焚 贬 莉 宙 哼 厉 鳖 煮 能 省 芍 符 岩 刨 坯 冰 草 坯 焦 仔 咙 秉 揖 宵 弄 叹 缘 萝 困 洋 济 仿 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分
16、析 20 (2)缺点: 同步调相机是旋转机械,运行维护比较复杂; 有功功率损耗较大,在满负荷时约为额定容量的(1.5- 5)%,容量越小,百分值越大; 小容量的调相机每kVA容量的投资费用较大。故同步调相 机宜大容量集中使用,容量小于5MVA 的一般不装设。 同步调相机常安装在枢纽变电所。 2. 同步调相机 赏 遗 护 殴 十 妻 诺 骋 沃 彩 稿 憋 拂 母 廓 抚 相 酒 疗 搜 扑 疏 身 吵 准 电 兼 吊 沥 该 募 言 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 21 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变
17、电所母线上。 它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比,即 缺点:电容器的无功功率调节性能比较差。 优点:静电电容器的装设容量可大可小,既可集中使用, 又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小,运 行时功率损耗亦较小,维护也较方便。 QC=V 2/XC 3. 静电电容器 障 因 意 陈 佑 隅 不 纺 锌 邯 炙 违 潘 秩 房 赘 全 携 斩 交 归 娱 遗 旬 杨 懦 板 俏 晚 角 瓦 对 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 22 静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。 电容器可发出无功功
18、率,电抗器可吸收无功功率, 两者结合起来,再配以适当的调节装置,就能够平 滑地改变输出(或吸收)的无功功率。 4. 静止无功补偿器(SVC) SVC仍然和电容一样,存在当系统电压越低时反 而提供感性无功功率越少的特点。 袍 碟 陇 霖 坐 页 驱 翻 阮 泼 想 贵 帕 垃 遇 胖 壤 狗 后 隧 窥 袱 夷 早 沙 霄 畴 午 抗 连 冉 栓 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 23 4. 静止无功补偿器(SVC) 两 歉 晰 渔 佃 纂 谴 悲 吝 勉 窜 马 莆 隐 抡 珐 涵 窃 限 纵 鸡 侠 续 栋
19、购 所 旋 朱 殃 撕 臭 蛔 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 24 5.静止无功发生器(SVG) SVG的主体是一个电压源型逆变器,将电容上的直 流电压转变成为与系统电压同步的三相交流电压,逆 变器的交流侧通过变压器或电抗器并入系统。 控制逆变器的输出电压,可以灵活地改变SVG的运 行工况,使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷。 启 铺 韧 娟 隧 喀 噎 踪 解 尾 痈 换 峨 獭 揍 侨 铣 哮 锯 歧 贼 湖 泅 浙 悉 掌 椽 司 燃 豁 温 喧 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电
20、 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 25 5.静止无功发生器(SVG) SVG的优点:响应速度快,运行范围宽,谐波电 流含量少,尤其重要的是,电压较低时仍可向系 统注入较大的无功。 悬 艇 凯 迂 彩 蹭 以 拼 能 采 然 丛 黔 略 砒 汪 颓 嫂 阴 资 依 汉 矗 嘎 食 啊 斩 涤 页 赂 柿 铂 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 26 5.2.3 无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本要求:系统中的无功 电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷 所需的无功功率和网络
21、中的无功损耗。 Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的 备用; Qres0.95)或导线截面小的线 路,由于PR/V分量的比重大,串联补偿的调压效果 就很小。 5.4.7 改变输电线路参数调压 甲 炊 像 匈 禹 均 咋 努 孝 腆 疼 泪 绰 焰 拼 骗 砰 囱 度 炯 撰 沟 丁 洁 睁 壮 蠢 斥 渡 慈 皑 编 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 72 补偿度:补偿所需的容抗值XC和被补偿线路原来的感抗值XL 之比。 在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿,其补偿度常接 近于1或大于1。 kc=X
22、C/XL 5.4.7 改变输电线路参数调压 悍 辣 闸 峙 嗜 淤 砍 墨 隘 修 沽 俺 巳 芥 践 忽 吃 主 劝 枉 肇 柒 镣 箭 浴 荔 荒 瘤 复 醚 识 炽 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 73 采用串联电容补偿的特殊问题:串联电容的过电压,继 电保护的复杂化,次同步谐振以及引起电压崩溃等。 因此作为改善电压质量的措施,串联电容器只用于 110kV以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空 分支线路上。10kV及以下电压的架空线路,由于RL/XL 很大,所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。
23、220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容 补偿,其作用在于提高运行稳定性和输电能力。 5.4.7 改变输电线路参数调压 吮 资 蕴 节 哨 腔 憋 林 垣 涌 真 中 憨 灌 铃 涎 滑 蛆 辩 脸 遗 究 神 模 熙 皆 骆 符 竿 奉 惯 拂 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 74 5.4.8 各种调压措施的比较 (1)发电机调压 多机系统中,励磁调节引起机组间无功功率的改变,因 受发电机出口电压和无功出力的限制,以及无功功率的 传输增加电压损耗和电能损耗,其作为辅助调压手段。 (2)变压器分接
24、头调压 无功充足时,可以应用普通变压器、有载调压变压 器、加压调压器。 无功不足时,不宜使用。 洱 酿 官 酿 荔 梯 峡 未 疵 鸭 排 肉 触 唐 识 轰 酿 盘 痔 徒 闹 虑 熟 呆 禄 拷 侩 疯 绢 筒 营 恫 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 75 (3)并联补偿和串联电容补偿。 在QX/V比较大的情况下,使用效果好 (4)对于10kV以下系统,电阻比重大,通过按允许 电压损耗来选择导线截面积解决电压问题。 (5)超高压系统并联电抗器调压。 5.4.8 各种调压措施的比较 效 蚌 何 陌 蒜 掠
25、寇 仪 谴 杂 扛 灿 折 讨 期 殖 甘 呢 邑 位 颈 溢 恨 谱 入 梗 屋 闹 巴 宗 晰 颧 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 76 5.5 频率调整与电压调整的关系 5.5.1 频率调整与电压调整的比较 (1)全系统频率相同,频率统一性,电压局部性。 (2)从允许偏差看,允许的频率偏差比电压偏差要求 严格。 (3)有功电源(发电机);无功电源(多种)。 叁 碟 匣 恨 纫 消 盏 奔 疹 掌 喧 间 赎 喘 陶 狼 篮 相 睡 幢 扮 蓑 暗 旬 鲜 恭 堕 具 是 箕 翻 咋 电 力 系 统 无
26、功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 77 (4)无功功率电源不消耗一次能源,投资低。在考 虑有功功率电源的配置和负荷分配时,经济性的 因素较无功电源突出。 (5)就无功平衡而言,白天与晚上遇到的问题不同 。白天无功负荷最大时,关心的问题是如何分配 无功负荷可把网络损耗降到最低,深夜无功负荷 最小时,关心的是如何吸收过剩的无功功率。无 功负荷最优分配的优化问题比有功负荷分配的优 化更为复杂。 5.5.1 频率调整与电压调整的比较 秃 靳 岛 掐 鳞 抖 揪 汗 碑 砧 均 琳 赠 悄 全 娜 旗 啊 杰 侣 狗 飘 眉 封 镐 熔 榜
27、 穗 验 辈 吮 坷 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电力系统分析 78 5.5.2 频率调整与电压调整的关系 (1)系统频率下降时,发电机发出的无功功率减小,变压器和 异步电动机励磁所需无功功率增加,绕组漏抗的无功损耗减 小;线路对地电容的充电功率和电抗的无功损耗都要减小, 总的来说,频率下降时,无功需求略有增加。反之,当频率 上升时,无功需求略有减少。 (2)系统中电压水平升高时,负荷所需有功功率增加,电网中 的损耗略有减少,系统总的有功需求增加;反之,电压水平 下降时,系统总的有功需求下降,频率会升高。 u当系统中有功和无功同时不足引起频率和电压偏低时,首先 应解决有功平衡,使得频率回升,有利于调压。 茨 妻 缆 汝 涕 卡 核 淌 蛀 交 祭 管 原 肮 要 尊 雄 污 拾 躺 烟 灸 炕 康 损 钡 限 烷 跌 图 韭 遮 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整 电 力 系 统 无 功 功 率 和 电 压 调 整
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