无功功率与电压调整.doc

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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。
QGC-QLD—QL=Qres QGC为系统的无功电源之和；QLD为系统无功负荷之和；QL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：

从以上公式看出，
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，励磁电抗还将下降。所需的无功更多。为漏抗所需的无功损耗,如果负载功率不变，则当电压降低时，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。

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、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与所通过电流的平方成正比即：
线路电容的充电功率
线路的无功功率总损耗为: +=
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：VAR，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，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，使电压损耗中分量减小，从而提高线路末端电压。
未串前: 串后:
以上两式电压损耗之差为线路末端电压提高的数值。
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，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~±0.5HZ，一些工业发达国家系统频率偏移大致控制在不超过±0。1 HZ
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：
………
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 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

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。通常水轮机组取0。02~0。04.
六、电力系统的有功功率与频率调节关系
要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷及发电机组两者的饿调节效应.为简单起见只考虑一台机组和一个负荷的情况。把负荷和发电机的静态特性画在一张图上。

现假定系统负荷增加了△PD0，其特性曲线变为P2(f），发电机组仍是原来的特性,那么新的稳态运行点将由P2（f)和发电机组的静态特性的交点B决定，与此相应的系统频率为f2，由图可见，由于频率变化了△f, 且△f=f2-f1<0
此时发电机的功率输出的增量
△PG=-KG△f
由于负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化为“
△PD=KD△f
当频率下降时，△PD是负的。故负荷功率的实际增量为:△PD+△PD0=△PD0+KD△f
它应同发电机组的功率增量相平衡,即
△PD+△PD0=△PG △PD0=—（KG+KD）△f=-k△f
根据上式可知:系统负荷增加时，在发电机组功率频率特性和负荷本身的调节效应共同作用下又达到了新的功率平衡,即：一方面，负荷增加，频率下降,发电机按有差调节特性增加输出;另一方面负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小.
根据图可知：发电机组已经满载运行,即运行到D点，在D点以后，发电机组的静态特性将是一条与纵轴平行的直线，在这段KG=0.当系统的负荷再增加时，由于发电机已没有可调节的容量，不能再增加输出了，只有靠频率下降后负荷本身的调节效应的作用来取得新的平衡，但由于负荷的调节效应数值比较小,所以负荷增加所引起的频率下降就相当严重了.
七、电力系统的频率调整
1.频率的一次调整
由发电机上所装调速器和系统负荷调节效应共同作用来调节.但由于它们的等值单位调节功率不能太大,即调差系数不能太小，并且一次调频适应范围小，经过他的调节不能保证频率偏移在允许范围内。
2。频率的二次调整
人为的手动进行调整。
八、频率调整和电压的关系
电力系统中的有功功率和无功功率需求既同电压有关，也同频率有关，频率或电压的变化都将通过系统的负荷特性同时影响到有功功率和无功功率的平衡。
当系统频率下降时，系统的无功需求略有增加.频率高时,系统的无功需求略有减少。当电力网中的电压水平提高时，负荷所需的有功功率将要增加，电网中的损耗略有减少，系统总的有功功率需求有所增加，如果有功电源不很充裕，将引起频率的下降当电压水平降低时，系统总的有功需求将要减少,从而导致频率的升高。
当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的，但如果首先去提高电压,就会扩大有功的缺额,导致频率更加下降，因而无助于改善系统的运行条件.
调频和调压的区别，全系统的频率是统一的，调频涉及整个系统，而无功功率平衡和电压调整则有可能按地区解决。
第四节、稳定分析
把电力系统运行中受到微小的或大的扰动之后能否继续保持发电机间同步运行的问题，称为电力系统稳定性问题.稳定性问题分为静态稳定、暂态稳定、动态稳定。
静态稳定：电力系统在运行中受到微小扰动后，独立地恢复到它原来的运行状态的能力.
暂态稳定:电力系统在正常运行时，受到一个大的扰动后，能从原来的运行状态,不失去同步地过度到新的运行状态，并在新运行状态下稳定运行.
系统稳定问题主要指系统内发电机的运行问题。发电机电磁功率为：

1. 稳定分析
以a、b两个平衡点进行分析发电机的稳定问题：
在a点运行时，假定系统受到某种微小的扰动，使发电机的功角产生了一个微小的增量△δ，由原来的运行变到。于是，电磁功率也相应地增加到,从图中可以看到，正的功角增量产生正的电磁功率增量，至于原动机的功率则与功角无关，仍然保持不变,发电机电磁功率的变化，使转子上的转矩平衡受到破坏。由于此时电磁功率大于原动机的功率，转子上产生了制动性的不平衡转矩，在此不平衡转矩作用下，发电机转速开始下降,因而功角开始减小。经过衰减振荡后，发电机恢复到原来的运行点a,如果在点a运行时受扰动产生一个负值的角度增量，则电磁功率的增量也是负的，发电机将受到加速性的不平衡转矩作用而恢复到点a运行。所以在点a的运行是稳定的.
点b运行的特性完全不同，正值的角度增量，使电磁功率减小而产生负值的电磁功率增量,于是，转子在加速性不平衡转矩作用下开始升速，使功角增大。随着功角δ的增大，电磁功率继续减小，发电机转速继续增加。这样受端和送端的发电机便不能继续保持同步运行，即失去了稳定。如果在点b运行时受到微小扰动而获得一个负值的角度增量，则将 产生正值的电磁功率增量，发电机的工作点，将由点b过渡到点a,由此得出,点b运行是不稳定的。
发电机要稳定：必须运行在功角特性的上升部分，即
2. 提高稳定的措施
由发电机电磁功率公式可以看出,影响发电机稳定运行的因数有：电压、电势、电抗.因此为了提高可靠性可以从改善这几个因数着手来采取措施:
（1） 改善励磁系统的调节特性
（2） 改善线路的参数，线路加串联电容补偿和并联电抗补偿.
串 补 度： 40%
电容容抗： 21.7Ω
额定电流: 2.2kA
串补容量： 105Mvar/相
串补容量： 315Mvar/回
（3） 输电线路设置开关站.
(4）切机、切负荷、解列等措施来提高系统稳定。