无功功率与电压调整

第二节 无功功率与电压调整一、 电压的作用电压是衡量电能质量的一个重要标准，电压过高或过低都会对用户造成不良的影响。

比如：电压低的危害：在电力系统中常见的用电设备为异步电动机，各种电热设备、照明以及家用电器。

这些设备与电压都保持着一定的关系，电动机的转矩是与其端电压的平方成正比，当电压下降时，转矩也下降，如果电动机所拖的机械负荷的阻力矩（负荷）不变，随着电压的降低，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，绕组温度增高，加速绝缘老化。

当电压再低时，电动机将停转。

电压低了，照明灯发光不足，电炉冶炼时间长，降低效率。

电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗将加大，电压过低还可能危及电力系统运行稳定。

电压高的危害：电压偏高，用电设备的使用寿命将缩短，电压高，加在设备上的电场变的强，使介质中的局部产生放电，这是电老化。

绝缘的老化分为电老化、热老化、环境老化。

在超高压网络中还将增加电晕损耗等。

因此电力系统根据电压等级的不同，制定了各类用户的允许电压偏移。

1.35kV 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。

2.10kV 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。

3.380V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。

4.220V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的+5%～-10%。

事故后，考虑时间较短，事故又不经常发生，电压偏移容许比正常值再多5%。

二、 系统中的无功功率的平衡电力系统中，各种无功电源发出的无功功率应能满足系统负荷和电网损耗的需求。

电力系统对无功功率的要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于所需要的无功功率和网络的无功损耗，为了保证安全，应有一定的储备。

Q GC -Q LD -Q L =Q res Q GC 为系统的无功电源之和；Q LD 为系统无功负荷之和；Q L 为网络无功损耗之和，这个损耗包含线路电抗的无功损耗，为正，线路的充电功率，为负。

一般在110KV 电压等级及以上才计算这部分功率。

三、 无功功率的产生和电压的关系电力系统负荷中，都属于电感性负荷，这不可避免的要消耗无功功率，现在以几个典型的无功负荷研究无功功率与电压的关系。

1.异步电动机异步电动机是电力系统中的主要无功负荷，占了比较大的比重。

根据异步电动机的等值电路，列出它所消耗的无功功率为：σσX I X U Q Q Q mm M 22+=+= 从以上公式看出，m Q 为励磁功率，根据公式看，它同电压平方成正比，但实际上，当电压较高时，由于饱和影响，励磁电抗m X 还将下降。

所需的无功更多。

σQ 为漏抗所需的无功损耗，如果负载功率不变，则常数，=-=S S R I P m )1(2当电压降低时，转差将增大，定子电流随之增大，相应地在漏抗中的无功损耗也要增大。

综合这两部分无功功率的变化特点，可得异步电机的无功功率与端电压的关系。

从曲线图中看出，在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减，当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定，随电压下降具有上升的性质。

2.变压器的无功损耗变压器无功损耗包括励磁损耗和漏抗损耗。

220220100%100%）（）（V V S S V S I X V S B V Q Q Q N N S N T T T LT +≈+=∆+∆= 励磁功率大致与电压平方成在正比，当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方正反比，变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。

由于变压器的%0I 、%S V 数值比较大，变压器在额定情况下，消耗的无功功率的数值相当可观，因此变压器空载运行也要消耗电能。

3.输电线路的无功损耗输电线路用Π形等值电路表示，线路串联电抗中的无功功率损耗L Q ∆与所通过电流的平方成正比即:X V Q P X V Q P Q L 222222212121+=+=∆ 线路电容的充电功率)(22221V V B Q B +-=∆ 线路的无功功率总损耗为: L Q ∆+B Q ∆=X V Q P 212121+)(22221V V B +- 从线路的无功功率总损耗可以看出，线路轻载时，线路的无功总损耗为负，电路变为了无功电源，这就是晚高峰过后，二滩电厂机组需深度进相运行的原因。

从以上几个典型的无功损耗元件的无功损耗特性可以看出，电压与无功成在一定的关系。

四、 系统中的无功电源1.发电机发电机即是唯一的有功电源，又是最基本的无功功率电源，二滩电厂发电机在额定状态下可以发出无功功率为：M tg P Sin S Q n G N N G N G N 266===ϕϕVAR ，发电机不仅能发出无功，也能吸收系统过剩的无功。

现用于系统无功的调节。

2.同步调相机相当于空载运行的同步电动机，过励磁时，向系统提供感性无功，欠励磁时，从系统吸收感性无功。

3.静电电容器和静止补偿器 电容器向系统提供的无功功率C C X V Q 2=，由该式可知，供出的无功功率与系统电压的平方成正比，所以，在系统发生故障，电压比较低，系统需要无功功率时，电容器反而不能提供，调节性能差。

静止补偿器是由电容和电抗并联组成，调节性能比电容器好。

五、电压调节电压的调整，一般采用就地调整，因为无功在线路上的传输会既增加电压损耗，又增加有功损耗。

电压的调压方式：逆调压、顺调压、常调压。

大负荷时升高电压、小负荷时降低电压，这种调压方式称为“逆调压”。

大负荷时允许电压低运行，但不能低于额定值的 2.5%；小负荷时允许电压高一些，但不超过额定电压的7.5%，这种方式成为顺调压。

介于逆调压和顺调压之间的调压叫常调压，即在任何负荷下，中枢点电压保持为恒定的数值。

逆调压方式用于远距离，负荷波动大的中枢点，二滩属于此种。

顺调压方式用于离负荷中心近、或负荷波动小的中枢点。

实现电压调整的方法：1. 发电机调压改变发电机励磁电流的大小进行调压。

2.改变变压的分接头进行调压我们厂的主变压器和厂高变的高压侧都有分接头，能调整分接头进行调压。

变压器调压是有级调压，变化幅度比较大。

分接头在高压侧。

变压器调压分为：有载调压和无载调压。

有载调压一种是本身就具有调压绕组，另一种在串并在主变压上，这相当于在路上串联了一个附加电势。

3.改变网络的无功功率分配各电网点采用无功设备进行补偿。

4.改变线路参数在线路上串接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中V QX 分量减小，从而提高线路末端电压。

未串前：V QX PR V +=∆ 串后:VX X Q PR V C C ）（-+=∆以上两式电压损耗之差为线路末端电压提高的数值.V QX C =串联接入的电容器安装地点与负荷和电源的分布有关,地点选择的原则是:使沿线电压尽可能均匀,各负荷点电压都在允许范围内,电容的串接要根据网络来定,对单电源线路,要求到线路末端安装,这样可以使避免始端电压过高和通过电容器的短路电流过大,二滩属于此种,对沿线有若干个负荷,安装在补偿前产生二分之一线路电压损耗之处.补偿效果:线路上加上串补后线路末端电压可以提升V QX C ，串补一般用于35KV 、10KV 、负荷波动大而频繁、功率因数又很低的配电线路上，补偿所需要的容抗值XC 和被补偿线路原来的感抗值XL 之比l c c x x k =称为补偿度，一般、在1~4之间。

对超高压输电线路加上串补，其作用在于提高输送容量和提高系统运行的稳定性。

还有补偿度也不一致。

第三节 有功功率和频率调整一、频率的作用频率是衡量电能质量的另外一个重要指标，工业中普遍应用的是异步电动机，其、转速和输出有功均与频率有关，频率的变化，影响到产品的质量，频率的变化也影响电子设备的精确性。

频率不光是影响工农业，对电力系统的正常运行也是十分有害汽轮发电机在额定频率下运行时效率最佳，频率偏高或偏低对叶片都由影响。

电厂用的许多 如给排水、风机等在频率降低时都要减小出力，降低效率。

频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，无功功率损耗增加，这些会使电力系统无功平衡和电压调整增加困难。

二、频率的允许范围由于系统中的负荷随时在变，但电力是不能储存的，发电机的电磁功率由于机械惯性，频率是不可能绝对平衡，因此，电力系统中的频率是随时在变化，为了满足用户的需要，频率的变化有个允许范围，电力工业技术管理法规中规定的频率偏差范围为±0.2~±0.5H Z ，一些工业发达国家系统频率偏移大致控制在不超过±0.1 H Z三、系统负荷的分类电力系统的负荷时刻都在变化，根据负荷的变化规律，系统负荷可以分为三种，第一种是变化幅度小，变化周期较短。

第二种是变化周期较长，属于此类负荷的主要有电炉，电气机车等。

第三种是变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人民的生活规律等。

当然负荷的变化将引起频率的相应的变化。

第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整，这种调整通常称为频率的一次调整。

第二种负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许范围之内，这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整。

四、系统负荷的有功功率与频率的关系当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化，系统中有功随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。

根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几种：1.与频率的变化无关的负荷，如照明、整流负荷。

2.与频率的一次方成正比的负荷3.与频率的二次方成正比的负荷4.与频率的更高次成正比的负荷。

整个系统的负荷功率与频率的关系可以用下式表示：+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=2210N DN N DN DN D f f P a f f P a P a P ……… 当频率偏离额定值不大时，负荷的静态频率特性常用一条直线近似表示。

斜率fP K D D ∆∆= 称为负荷的频率调节效应，由全系统各类负荷比重决定，不同系统或同一系统不同时刻D K 值都不同，它是不能整定的。

五、发电机组的有功功率与频率的关系当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化，原动机的调速系统将自动改变原动机的进水量，相应增加或减少发电机出力，这种有功出力同频率之间的关系称为调速器的功率-频率静态特性。

机组的静态调差系数pf p p f f ∆∆-=---=1212δ 上式与系统的负荷的频率调节效应公式互为倒数，但区别在多了一个负号，原因是系统中的有功功率是与频率成正比变化，有功多了，频率自然升高。

发电机的有功与频率正反比变化，并且符号相反。

静态调差系数的倒数就是机组的单位调节功率。

由静态调差系数公式可以看出，调差系数愈小，频率的偏移亦愈小，但是因受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的。