发电厂电气设备及运行第四章

第四章 电力系统的无功功率与电压调整本章主要内容：1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡2、电压的调整 频率调整和电压调整的相同和不同之处电压水平各点不同 调压 调整分散 调频 集中调整 手段多样(有多种无功电源) 只能调原动机功率 频率唯一

分析无功功率和电压分布之间的关系 无功损耗 ﹥﹥有功损耗; U PR QX U

电压降受无功功率的影响较大;

无功功率的流动从Uh→UL 由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无 功的传输，采取就地平衡。

第一节 电力系统的无功功率平衡 电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷 和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则 电压就会偏离额定值。

一、无功功率负荷和无功功率损耗1.无功功率负荷 异步电动机Q M Q m Q U2

Xm

I X 2

电压下降,转差 增大,定子电流 增大.

jX

图6-1

异步电动机的简化等值电路

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

图6-2

异步电动机的无功功率与端电压的关系

2.变压器的无功损耗Q LT S Q 0 QT U BT X T U 2 2

I0% 100

SN

Uk% S U N 100 S N U

2

2

假定一台变压器的空载电流I0%=2.5,短路电压Uk%=10.5, 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。

3.输电线路的无功损耗

图6-3 输电线路的π 型等值电路

QL

P1 Q 12

2

U

2 1

X 2

P2 Q 22

2

U

2 2

X

QB

B 2

(U 1 U 2 )2

线路的无功总损耗为 QL QB P1 Q 12 2 2 1

X

U1 U22

2

B

U

2

一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率； 110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源， 传输功率较大时，消耗无功功率。

二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静 电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿 装置。

1. 发电机发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：Q GN S GN sin N PGN tg N

发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功 功率。

图6-4

发电机的P-Q极限

(1)当发电机低于额定功率因数运行时，能增加 输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于 励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定值。 (2)当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电 流不再是限制条件

,原动机的机械功率又成了限 制条件。 (3)发电机只有在额定电压、额定电流和额定功 率因数(即运行点C)下运行时视在功率才能达到 额定值，使其容量得到最充分的利用。

2. 同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。

在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压； 在欠励磁运行时(欠励磁最大容量只有过励磁容量的

(50% ~65%)),它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。 它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取) 的无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。

3. 静电电容器 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所 母线上。它供给的无功功率 QC 值与所在节点电压的 平方成正比，即

QC=U 2/XC 缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集 中使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的 投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较 方便。

4. 静止补偿器 静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成 电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率， 两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平 滑地改变输出(或吸收)的无功功率。

三、无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无 功电源可以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。Q GC Q LD Q Q res Q Q LT Q L Q B

Q GC Q G Q C

Qres>0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无 功补偿装置。

无功不足应采取的措施

电力系统的无功功率平衡应分别按正常运行时的最大和最 小负荷进行计算。 经过无功功率平衡计算发现无功功率 不足时，可以采取的措施有： (1)要求各类用户将负荷的自然功率因数提高到现行规程 规定的数值。 (2)挖掘系统的无功潜力。例如将系统中暂时闲置的发电 机改作调相机运行；动员用户的同步电动机过励磁运行等。 (3)根据无功平衡的需要，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 的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置 在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿 器。