电力系统的电压与无功功率

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1、第三节电力系统电压与无功功率本节主要介绍电力系统各元件的无功功率--电压特性，无功功率平衡，以及各种调压措施的原理及应用。电力系统的电压与无功功率一、电压调整的必要性二、电力系统的电压特性三、电力系统的无功功率四、电力系统的电压管理五、改变变压器分接头的调压方法六、改变无功功率分布调压七、改变网络参数调压一、电压调整的必要性•电压偏移过大对电力系统本身以及用电设备会带来不良的影响。（1）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。（2）电压过低，转矩下降，电机发热。（3）系统电压崩溃•不可能使所有节点电压都保持为

2、额定值。（1）设备及线路压降（2）负荷波动（3）运行方式改变（4）无功不足沿线路各点电压的变化我国规定的电压偏移范围35kV及以上电压供电的负荷：±5%10kV及以下电压供电的负荷：±7%低压照明负荷：+5%～-10%农村电网正常运行情况：事故运行情况：+7.5%～-10%+10%～-15%电压调整的基点-无功功率①电压损耗近似等于电压降落的纵分量△U；②△U可以分解成电阻电压损耗分量PR/U和电抗电压损耗分量QX/U③减小无功功率的输送可降低电压损耗。二、电力系统的电压特性㈠负荷无功功率―电压静态特性定义

3、：各种用电设备所消耗的无功功率随电压变化的关系。负荷的电压特性主要取决于异步电动机的电压静态特性QMm+Qσ=+IXσ=Q异步电动机U22Xm电压下降,转差增大,定子电流增大.图5-22异步电动机的简化等值电路图5-24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.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，随电压下降反而具有上升的性质。㈡发电机的无功功率―电压静态特性定义：发电机输出的无功功率与电压变化关系的曲线。对

4、于一个简单电力系统，原理图与等值电路图如下图所示.U~GljXLjXd.U.E.IP+jQ（a)原理图jX(b)等值电路P+jQ图5—25简单电力系统电流为I，U和I间的相角为φ，则发电机电势和系统电压间的关系将为E=U+jIX向量图如下:.Eδϕ.jIX.U.I(c)相量图GsinQUIϕ=⎭cossinEUIXδϕ−=⎭发电机经输电线向系统传送的有功功率PG和无功功率QG为PG=UIcosϕ⎫⎬发电机电势和系统电压间的夹角为δ时Esinδ=IXcosϕ⎫⎬sinδEU⎫⎪⎪2⎬EUU⎪X⎪⎭于是可得XX

5、PG=QG=icosδ−当有功功率不变时，发电机送至负荷点的无功功率为2XX若励磁电流不变，则发电机电势E为常数，无功功率就是电压U的二次函数，其特性曲线如下(三))无功功率平衡对电力系统电压的影响电力系统的电压运行水平取决于发电机的无功出力QG和综合负荷无功功率QLD（含网络无功功率损耗）的平衡，如下图所示结论①造成电力系统运行电压下降的主要原因是系统的电源无功功率不足；②为提高电力系统的运行质量，减小电压的偏移，必须使电力系统的无功功率在额定电压或其允许电压偏移范围内保持平衡。三、电力系统的无功功率（一

6、）无功负荷和无功损耗功率（二）无功电源（三）无功功率的平衡方程(一)无功负荷和无功损耗功率有功功率确定后，负荷的无功功率由功率因素决定⑴我国关于负荷功率因数的规定①高压供电的工业企业及装有带负荷调整电压设备的用户，其功率因数应不低于0于0.95；②其它用户的功率因数不低于09；于0.9③趸售和农业用户功率因数为0.8以上。⑵无功功率损耗的主要组成变压器无功功率损耗；线路无功功率损耗。SN+变压器的无功损耗22⎝U⎠I0%US%S2100100SN≈假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压US%=10

7、.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。输电线路的无功损耗输电线路的π型等值电路P+QP+Q2(U1+U2)P+QU1+U2XΔQL=2222X=2U1U22B2ΔQB=−线路的无功总损耗为BΔQL+ΔQB=2X−222U12一般情况下，220kV系统，线路长度100km以内，呈感性，消耗无功功率；300km左右，呈电阻性，不消耗无功功率；大于300km时，呈容性，提供无功功率。（二）无功功率电源•电力系统的

8、无功功率电源有发电机、同步调相机、电力电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿装置。11.发电机发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：QGN=SGNsinϕN=PGNtgϕN发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。定子绕组温升约束率约束发电机的运行限制条件①SG≤SGN；原动机功②if≤ifN；发电机的PQ极限③PG≤PGN；励磁绕组温升约束图5-28的P-Q（1）当发电机低于额定功率因数运行时