第5章作业案无功平衡电压调整(已修订).doc

第五章 无功功率平衡及电压调整 5-1 一切用电设备都是按照在它的额定电压条件下运行而设计、制造的，当其端电压偏离额定电压时，用电设备的性能就要受到影响。 电力系统中占比重最大的异步电动机，其转矩与端电压的平方成正比。当电压下降过多时，带额定负载的电动机可能停止运转，带有重载的电动机可能无法起动。另外，当电动机拖动机械负载时，外加电压过低将导致电动机绕组电流显著增大，使绕组温度升高，加速绝缘老化，严重时甚至烧毁电动机。若电动机端电压过高，会导致电动机励磁电流增大，是铁芯过热，对电动机的绝缘也是不利的。 电压偏移过大，出了影响用电设备的正常工作之外，对电力系统本身也有不利影响。电压降低，会使电力网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性，最终导致电力系统崩溃，造成大面积停电。而电压过高，各种电力设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等。 5-2 电力系统的无功负荷分为感性与容性两类，感性无功负荷用于建立变压器、电动机以及所有电磁元件的磁场，容性无功负荷用于建立电容器等元件的电场，感性无功与容性无功可以相互补偿。电力系统的无功负荷主要是指以滞后的功率因数运行的用电设备所吸收的感性无功功率，其中主要是异步电动机。一般情况下，系统综合负荷的功率因数大致为0.6～0.9。综合负荷的功率因数愈低，负荷所吸收的无功功率也愈多。 电力网的无功损耗包括变压器和输电线路的无功损耗：变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重，假设一台变压器的空载电流I0(%)=2.5，短路电压Uk(%)=10.5。在额定功率下运行时，变压器无功功率损耗将达其额定容量的13％。一般电力系统从电源到用户需要经过好几级变压，因此，变压器中的无功功率损耗的数值将是相当可观的。输电线路的无功功率损耗分为两部分，其串联电抗中的无功功率损耗与通过线路的无功功率或电流的平方成正比，而其并联电纳中发出的无功功率与电压平方成正比（可以看作无功电源）。输电线路等值的无功消耗特性取决于输电线传输的无功功率与运行电压水平。当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率时，线路等值为消耗无功功率；当传输无功功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等值为无功电源。? 5-3 35kV以及以上的电压等级直接供电的工业负荷，功率因数要达到0.90以上，对其他负荷，功率因数不低于0.85。因此，仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的，更重要的是应分地区电压等级地进行无功功率平衡，根据无功平衡的需求，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配，小容量、分散的无功补偿可采用精致电容器；大容量的补偿可在系统电压中枢点采用同步调相机或静止无功补偿器。 电力系统无功平衡的基本要求是：在保证电力系统正常的电压水平前提下，系统中无功电源可能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中的无功损耗。为了保证运行的可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。 5-4 电力系统中的无功电源，除了同步发电机外，还有静电电容器、同步调相机静止无功补偿器。 发电机在额定状态下运行时，可发出的无功功率为 式中，、、分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。 隐极发电机额定运行相量图 图中，电压降相量AC的长度代表，正比于额定视在功率，它在P-Q坐标纵轴上的投影正比于，在横轴上的投影正比于，相量OC的长度代表空载电势，它正比于发电机的额定励磁电流。 当改变功率因数时，发电机可能发出的功率P和Q受到以下限制。 （1）受额定视在功率（定子额定电流）的限制。如图所示，以A为圆心，以AC为半径的圆弧表示。 （2）受转子额定电流的限制。以O为圆心,以OC为半径的圆弧表示。 （3）受原动机出力（额定有功功率）限制，即图中水平线C表示。 所以发电机的P-Q极限图如图中阴影所示。从图中可以看到发电机只有在额定的电压、电流和功率因数下运行时（即运行点C），视在功率才能达到额定值，其容量得到充分利用。 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充裕时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率，从而提高系统的电压水平。但是发电机的运行点不应越出P-Q极限曲线的范围。 5-5 电压中枢点是指电力系统中能够控制其他节点电压的少数几个比较重要的节点。 中枢点调压方式：逆调压、顺调压、常调压。 逆调压时，要求最大负荷时将中枢点电压升高至，最小负荷是将其下降为。 顺调压时，最大负荷时允许中枢点电压低一些，但不得低于电力线路额定电压的，最小负荷时允许中输电电压高一些，但不得高于电力线路额定电压的。 常调压时，在任何负荷下都保