无功与电压

一、电压调整的必要性1、电压变化对用户的影响2、电压变化对电力系统本身的影响（1）对照明的影响；（2）对电动机的影响（1）电压降低使网损加大；（2）电压过低危及系统的稳定性；（3）电压过高危及电气设备的绝缘（1）35kV及以上电压供电的负荷允许偏移±10％；3、我国各类用户允许电压偏移（2）6～10kV及以上电压供电的负荷允许偏移±7％；（3）低压照明负荷允许电压偏移＋7％、－10％；（4）其他低压电气设备允许电压偏移±5％。电压偏移的影响当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃.负荷分类及其对电压影响的控制电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变电所母线的电压变动可以分为两类：由生产、生活和气象变化引起的负荷功率的变化。负荷功率具有冲击性或间歇性电压偏移调节变压器分接头，投切电容器以及调节发电机母线电压电压波动安装静止无功补偿器一类的动态补偿器安装串联电容后果改善后果改善无功功率的平衡与补偿概念的提出电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。二、电力系统无功功率的平衡1、电力系统的无功电源（1）同步发电机；（2）同步调相机；（3）并联电力电容器；（4）静止补偿器。2、电力系统的无功负荷和无功损耗（1）输电线路；（2）变压器；（3）带线圈的用电设备等等电力系统中的无功电源一是同步发电机以及过激运行的同步电动机；二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同期调相机；三是110KV及以上电压线路的充电功率。以下是电力系统无功电源的构成同步发电机同步调相机过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功功率用户，有正常激磁、过激与欠激三种不同运行状态静电电容器静电电容器损耗小，投资省，运行灵活，适宜于分散使用。但具有负调节效应，此外需用真空开关成组投切，投切次数依赖于这种开关的性能。静止无功补偿器（SVC）属于灵活交流输电系统（FACTS）的家族，是一种动态无功补偿装置。晶闸管控制的电抗器固定电容型（TCR－FC）晶闸管开关电容器型（TSC）饱和电抗器（SR）型1）TCR-FC型补偿器2）TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组（ThyristorSwitchedCapacitor）。3）SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电抗器（D.C.ControlSaturableReaction）与固定电容器的并联组合。高压输电线路的充电功率 高压及超高压线路是一种数量可观的无功功率电源，其充电功率与线路电压的平方成正比。电力系统中的无功负荷与无功损耗1、用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）、2、线路和变压器的无功损耗3、并联电抗器的无功损耗以下是电力系统无功负荷的构成1、异步电动机2、变压器：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受载大小有关。3、电力线路：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）线路无损无功电源无功负荷无功功率的平衡与补偿电力系统的无功平衡与补偿无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。中低压架空配电线路的无功补偿满足以下要求：总体平衡与局部平衡相结合供电部门补偿与客户补偿相结合分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主配电网无功补偿的方式1、变电站高压集中补偿将高压并联电容器组集中装设在变电站的10kV母线上，用以补偿变压器的及线路的空载无功损耗。补偿容量按主变容量的20％～40％来选择。配电网无功补偿的方式2、线路分散补偿将电容器组分散装设在配电线路上，以补偿线路的无功损耗，这种方式主要用于10kV长线路或无功消耗较大的馈线。分散补偿容量通常按“三分之二”法则选取。即在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2／3；安装最佳地点是自送端起的线路长度的2／3处。配电网无功补偿的方式3、低压集中补偿将电容器或无功自动补偿装置安装在低压母线上，利用自动开关进行自动投切，以补偿低压配电网的无功损耗。通常按配电变压器容量来确定补偿容量。自动投切根据用户的负荷状况和电网的实时运行参数，进行并联电容器组的自动控制。控制器可根据电压的变化以及电流、功率因数、有功功率、无功功率、温度、时间等参数的任意组合来控制电容器组的投切。无功补偿容量也可按下式确定：补偿前的功率因数角补偿后的功率因数角配电网无功补偿的方式4、就地补偿（随机补偿）将电容器装设在用电设备上，即时补偿用电设备的无功损耗。电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为原则，配电变压器低压侧电容器补偿要防止轻负荷时向10kV配电网倒送无功。电动机就地补偿的容量确定原则：将空载时电动机功率因数补偿到1电动机空载电流无功功率管理的具体措施包括：（1）电力用户的功率因数达到0.95以上；（2）分散安装电容器，就地供无功功率。（3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无功补偿器；（4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；（5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。问题的提出：日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量关系如下图。功率因数的提高40W白炽灯40W日光灯发电与供电设备的容量要求较大纯电阻电路R-L-C串联电路纯电感电路或纯电容电路电动机空载满载日光灯（R-L-C串联电路）常用电路的功率因数提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。提高功率因数的措施:并电容并联电容值的计算设原电路的功率因数为cosL，要求补偿到cos须并联多大电容？（设U、P为已知）分析依据：补偿前后P、U不变。注意：在感性负载两端并联电容器不会改变电感电路的电流和功率因数。只能使并联点以前的电流减小，使并联点以前的功率因数提高。注意：电容从电网吸收的无功是超前的电流引起，电感从电网吸收的无功是滞后电流引起，由于超前电流与滞后电流的互补作用，电感电路从电容并联点之前的电网吸收的无功功率减小了。从而提高了功率因数。提高功率因数的意义加装电容实施无功补偿后，由于减少了由该电力线输送的无功功率，因而功率因数得到提高。（1）提高功率因数可以减少功率损耗。（2）提高功率因数可使并联节点之前的电流减小，从而减少了电力线路的电压损失。（3）提高功率因数可以提高设备利用率。功率因数补偿到什么程度？理论上可以补偿成以下三种情况:功率因素补偿问题（一）C较大过补偿欠补偿功率因素补偿问题（二）并联电容补偿后，总电路的有功功率是否改变？定性说明：电路中电阻没有变，所以消耗的功率也不变。功率因素补偿问题（三）提高功率因数除并电容外，用其他方法行不行？补偿后RLC串电容功率因数可以提高，甚至可以补偿到1，但不可以这样做！原因是：在外加电压不变的情况下，负载得不到所需的额定工作电压。电压管理和调压方法介绍如下：分级管理。发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。协调配合，统一调度与分散控制相结合电压控制的目的（1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行；（2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供电质量；（3）减少网络损耗；（4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系统瓦解中枢点电压管理一般选择下列母线为电压中枢点：（1）区域性水、火电厂的高压母线；（2）枢纽变电站二次母线；（3）有地方负荷的发电厂母线。（1）改变发电机端电压；（2）改变变压器变比；（3）靠调相机、电容器组；（4）改变输电线路的参数供电的调压措施（1）逆调压；（2）顺调压；（3）恒调压三、电力系统的调压措施逆调压：如中枢点至各负荷点的供电线路较长，各负荷规律的变化大致相同，且变动较大，则在最大负荷时提高中枢点的电压保持比线路额定电压高5％，以抵偿线路上因最大负荷增大的电压损耗。在最小负荷时，则要将中枢点电压下降至额定电压，以防止负荷点的电压过高。恒调压：如负荷变动较小，线路上的电压损耗也较小，这种情况只要将中枢点电压保持在较线路额定电压高2％～5％的数值，不必随负荷变化而调整，仍可保持负荷点的电压质量。顺调压：适于负荷变动不大，供电距离较近，或用户处允许电压偏移较大的变电所，即在最大负荷时允许中枢点电压低一些，但不得低于线路额定电压的102.5％；在最小负荷时允许中枢点电压高一些，但不得高于线路额定电压的107.5％。电压调整方法1.改变变压器变比调压先决条件:电网的无功电源容量充裕对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。改变发电机及调相机励磁调压改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5％。调相机调压属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。投切电容器组调压在最小负荷时，切除全部电容器；而按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最小负荷时选择变压器变比静止无功补偿器调压可按最大负荷时负荷母线电压的要求确定电容器的容量QC,此时可控电抗吸收的无功功率为零或最小。由最小负荷时的电压要求确定静止补偿器的容量QSVC,此时QC不变，因此可控电抗器吸收的无功功率为串联电容调压在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大时有显著作用组合调压无功电源缺乏：静电电容器、静止补偿器及调相机无功充裕：调节抽头发电机调压幅度有限：首选无直配负荷时±5％有直配负荷时采用逆调整5％四、系统电压的异常处理1、中枢点电压过低的处理措施（1）令与低电压中枢点相邻近的发电厂和装有调相机的变电站增加无功出力，必要时可降低发电厂的有功出力。但处理位于远距离送电受端中枢点电压过低时，应考虑先增加受端发电厂的有功出力。（2）令其他乃至全系统的发电机和调相机均增加满无功出力，注意不要使本来就高的中枢点电压超过允许值。若上述处理无效，中枢点电压仍然过低，则应限制用电，必要时可以拉闸。2、中枢点电压过高的处理措施（1）令与高电压中枢点相邻近的发电厂和装有调相机的变电站降低无功出力，调相机可以改为欠励磁运行；（2）令其他乃至全系统的发电机和调相机均均降低无功出力直至最低，注意不要使本来就低的中枢点电压低于允许值。（3）令与高电压中枢点相邻近的发电厂带轻负荷的部分机组停运。3、防止电压崩溃的措施（1）依照无功分层分区就地平衡的原则,安装足够容量的无功补偿设备,这是做好电压调整,防止电压崩溃的基础；（2）在正常运行中要备有一定的可以瞬时自动调出的无功备有容量,如新型无功发生器ASVG；（3）正确使用有载调压变压器；（4）避免远距离,大容量的无功输送；（5）超高压线路的充电功率不宜作补偿容量使用,防止跳闸以后电压大幅度波动；（6）超高压远距离大容量输电系统,在中途短路容量较小的受电端,设置静补,调相机等作为电压支柱；（7）在必要的地区安装低电压自动减负荷装置,配置低电压自动联切负荷装置；（8）建立电压安全监视系统,向调度员提供电网中有关地区的电压稳定裕度及应采取的措施等信息。五、并联电容器1、并联电容器的结构电力电容器由芯子、套管和箱壳组成电容器单元。电容器芯子由若干个电容器元件、连接片和绝缘件叠压组成。通常采用铝箔作为极板，电容器纸或聚丙烯薄膜混合再浸液体电介质。电容器铭牌上标有表示内有熔丝，标有表示内有放电电阻。2、并联电容器的安装电容器的接线：三角形、星形、双星形，双三角形。低压电容器的保护：熔丝保护，若总容量大于100千乏，应采用带有过流自动脱扣器的自动空气断路器作为控制和保护。高压电容器的保护：一般采用跌落保险，若总容量大于300千乏，应采用断路器控制和保护。电容器保护熔丝的额定电流按电容器额定电流的1.5~2.0倍1)电容器本体大面朝东西方向，小面朝南北方向，以减少日照暴晒对电容器的影响。2)电容器应设避雷器作过电压保护。电容器的外壳支架和控制开关应可靠接地。3)电容器接线端子连接松紧适度，连接时禁止使电容器接线柱导电杆转动。户外电容器安装的：1)安装前对低压无功补偿箱进行检查、核对出场试验报告并作绝缘电阻测试2)低压无功补偿箱安装在配电变压器的低压出线电杆上，用角钢支架承载并固定箱体，角钢支架应平整牢固。3)用铜皮线连接并联电容器出线端子和配电变压器的低压引出线，连接点应处在变压器低压侧熔丝保护之内。低压无功补偿箱和配电变压器的出线的连接线可以采用铜芯电缆，安装时ABC三相相线、中线、地线及电流互感器二次线均应经低压无功补偿箱底部过线进入箱体内4）箱体的接地螺栓应和配电变压器接地线用TJ-25铜连接。低压无功补偿箱的安装：