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第五章 供配电系统的无功补偿和电压调整5-1 供配电系统的电压偏移与无功平衡一、 电压偏移影响1.电力系统的负荷：电动机、照明设备、电热器具、家用电器、冲击性负荷（电弧炉、轧钢机等）2.所有的用电设备都是以额定电压为条件制造的，最理想的工作电压是额定电压。
3.电压偏移的影响：<1> 对用电设备的影响a ． 异步电动机（电力系统负荷中占较大比重，如起重机、磨煤机、碎石机）转矩与端电压平方成正比。
① 端电压降低太多，使带额定负荷的电动机可能停止，重载电机可能无法起动。
且带负载的电动机电流增大，使绕组温升，加速绝缘老化。
② 电压过高，对绝缘不利。
b ． 白炽灯端电压低于额定电压，会使发光效率和光通量下降。
端电压高于额定电压5％，则寿命会减少一半，但发光效率会提高。
c ． 电热器具 （阻抗值不随电压变化的负荷）电压变化会影响其出力；d ． 精密仪器加工业如电子元件加工业，电压大幅波动会产生大量不合格产品。
综上所述，电压偏移越小越好。
但由于电力系统节点多，结构复杂，负荷分布不均又经常变动，故保证所有节点电压都是额定电压是不可能的。
<2> 对电力系统本身电压降低，使网络中功率损耗和电能损耗加大，可能危及电力系统稳定性；电压过高，电气设备绝缘易受损。
二、电压偏移标准正常情况下：35Kv 及以上 %5± ;10Kv 及以下 %7± ;低压照明 +5％，－10％ ;低压照明与动力混合使用 +5％，－7％事故情况下：电压偏移允许值比正常值多5%，但电压的正偏移不大于10％。
三、 负荷的电压静态特性 static voltage characteristic of load—系统频率一定时，负荷功率随电压变化的关系。
<一> 有功负荷的电压静态特性static voltage characteristic of active load取决于负荷性质及各类负荷所占的比重。
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。
由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。
这是维持电力系统电压水平的必要条件。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。
2．电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分。
一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)另一部分为绕组中的无功损耗。
在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约为10％这损耗可用式(6-2)求得2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。
由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。
(2)电力线路的无功损耗。
电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。
浅析电力系统中无功功率的平衡电力系统中的无功功率电源除发电机外,还有电容器、调相机和静止补偿器等,分散在各变电所,供应有功功率和电能必须消耗的能源,无功功率电源一经设置后,就可随时使用而不再有其他经常性耗费。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1.无功功率负荷。
各种用电设备中,除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外,大多数都要消耗无功功率。
因此,无论工业或农业用户都以滞后功率因数运行,其值约为0.6～0.9。
其中,较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。
无功功率负荷的变化规律,其最大值可能出现在白昼而不是傍晚,原因在于,系统总负荷的成分一昼夜间各不相同。
大致可认为,如白昼和傍晚有功功率负荷的峰值约略相等,白昼无功功率负荷的峰值将大于傍晚;反之,如白昼有功功率负荷的峰值远小于傍晚,白昼和傍晚无功功率负荷的峰值将约略相等。
2.变压器中的无功功率损耗。
变压器中的无功功率损耗分两部分,即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。
其中,励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0和百分值,约为1%～2%;绕组漏抗中损耗,在变压器满载时,基本上等于短路电压UK的百分值,约为10%。
因此,对一台变压器或一级变压的网络而言,变压器中的无功功率损耗并不大,满载时约为它额定容量的百分之十几。
但对多电压级网络,变压器中的无功功率损耗就相当可观。
以一个五级变压的网络为例,设电厂中10/220KV升压,网络中220/110、110/35、35/10、10/0.4降压至用户,典型计算的结果表明:所有变压器都满载所有变压器都半载变压器的励磁支路损耗7%7%变压器绕组漏抗中损耗50%12.5%变压器中总损耗57%19.5%变压器损耗/变压器负荷57% 39%由于可见,系统中变压器的无功功率损耗占相当大比例,较有功功率损耗大得多。
3.电力线路上的无功功率损耗。
电力线路上的无功功率损耗也分两部分,既并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
无功功率平衡的工作原理如同有功功率平衡一样，电力系统的无功功率在每一刻也必须保持平衡。
在电力系统中，频率与有功功率是一对统一体，当有功负荷与有功电源出力相平衡时，频率就正常，达到额定值50Hz，而当有功负荷大于有功出力时，频率就下降，反之，频率就会上升。
电压与无功功率也和频率与有功功率一样，是一对对立的统一体。
当无功负荷与无功出力相平衡时，电压就正常，达到额定值，而当无功负荷大于无功出力时，电压就下降，反之，电压就会上升。
但是，需要说明的是电压与无功功率之间的关系要比频率与有功功率之间的关系复杂得多，大体上有以下几点：①在一个并列运行的电力系统中，任何一点的频率都是一样的，而电压与无功电力却不是这样的。
当无功功率平衡时，整个电力系统的电压从整体上看是会正常的，是可以达到额定值的，即便是如此，也是指整体上而已，实际上有些节点处的电压并不一定合格，如果无功不是处于平衡状态时，那么情况就更复杂了，当无功出力大于无功负荷时，电压普遍会高一些，但也会有个别地方可能低一些，反之，也是如此。
②系统需要的无功功率远远大于发电机所能提供的无功出力，这是由于现代超高压电网包括各级变压器和架空线路在传送电能时需要消耗大量的无功，称为"无功损耗"，一般来说，这些无功损耗与整个电网中的无功负荷的大小是差不多的，我们以一台50MV A的110kV变压器为例来了解变压器在运行中的无功损耗情况。
变压器的参数为：Ue =110kV，Se=50MV A，Uk%=17%，变压器在传送电能时的无功损耗的计算式为：Q = SeUk%(I/Ie)2式中I--变压器的负荷电流；Ie--变压器的额定电流，与变压器的无功损耗与变压器的负载率、变压器的额定容量及短路阻抗有关。
如果这台变压器满负荷运行，那么它的无功损耗就是：Q=50MV A×17%=8.5Mvar此时变压器的无功损耗相当大，其低压侧安装的并联电容器组的容量甚至不够补偿变压器满负荷时的无功损耗。
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电力系统无功平衡计算与分析1无功平衡计算分析的意义电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡，只有电力系统中各种无功电源的无功功率输出满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的要求，才能使电压不偏离额定值，系统正常运行，为用户提供合格的电能。
2计算原理2.1无功功率平衡的原理与要求无功功率平衡的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。
这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。
为了保证运行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。
令^GC为电源供应的无功功率之和，Q LD 为无功负荷之和，Q L为网络无功损耗之和，Q为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为■ Q LD - Q L =气Q心〉0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Q re<0表示系统中无功功率不足，应该考虑加设无功补偿装置。
电力系统的电压运行水平取决于无功功率平衡，为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功功率需求，并留有必要的备用容量。
电力系统中既有有功功率电源，又有无功功率电源，为保证电能的质量，系统内的功率必须保持平衡。
否则当系统中各种无功电源的无功功率输出（简称无功出力）不满足系统负荷和网络损耗在额定电压下的无功功率需求时，电压偏离额定值。
电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。
它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。
电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。
有功功率、无功功率、视在功率之间的关系为：S = \P + 0其中，S为视在功率，KVA；P为有功功率，KW；Q为无功功率，KVRA。
