电力系统无功功率平衡与电压调整优化方案

教与学目标

1.掌握电力系统中的无功功率平衡及电力系统的无功电源。

2.学会电力系统中的电压管理。

3.掌握改变变压器分装接头调压的原理及操作。

4.掌握改变电力网参数的调压。

电力系统中包含有诸多电压等级，无论是发电机的电压还是变压器、输电线路，以及用电电器的电压，在运行中都应该保持相对的稳定而不能失衡，也就是说电压是衡量电力系统电能质量的重要指标之一。所以，保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。

电力系统中各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的，而这些设备在额定电压下运行将能取得最佳的效果。其运行电压过大地偏离额定值将对用户产生不良的影响。主要体现在以下几点。

1.对用电设备的影响

（1）异步电动机。在电力系统负荷中占较大比重，如起重机、磨煤机、碎石机等，其电磁转矩是与端电压的平方成正比的，当电压降低10%时，转矩大约要降低约20%，如图5-1所示。

如果电动机所带动的机械负载阻力矩不变，则电压降低时，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，使绕组温升升高，加速绝缘老化，影响电动机的使用寿命。当端电压降低太多时，带额定负荷的电动机可能由于转矩太小而失速甚至停止，而重载电机则可能无法启动。相反时，如果电压过高，则对绝缘不利。

（2）白炽灯。也是普遍使用的电器。其端电压低于额定电压时，会使发光效率和光通量下降，影响人的视力和工作效率；其端电压高于额定电压5%时，则尽管发光效率会提高，但寿命又会减少一半。

（3）电热器具。如电炉等电热设备。其阻抗值是不随电压变化的一些负荷。但这些设备的出力大致与电压的平方成正比，电压降低就会延长电炉的冶炼时间，降低生产率。

（4）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。

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图5-1　异步电动机的转矩特性

2.对电力系统本身的影响

系统电压的偏移过大，除了影响用户的正常工作以外，对电力系统本身也有不利的影响。电压降低，会使网络中的功率损耗和电能损耗加大，电压过低则可能危及电力系统运行的稳定性；而电压过高时，各种电气设备绝缘易受损害，在超高压电网中还将增加电晕损耗等。

综上所述，电压偏移是越小越好的。但是由于电力系统本身的节点多，结构复杂，各用电负荷既分布不均匀又经常变动，同时系统的运行方式依据调度也会发生改变，这些都会使网络中的电压损耗发生变化。故要保证所有用户节点电压在任何时刻都是额定电压是不可能的。因此，系统运行中各节点出现电压偏移在所难免。实际上，大多数用电设备在稍许偏离额定值的电压下运行仍有良好的技术性能。从技术上和经济上综合考虑，合理地规定各类用户的允许电压偏移值是完全必要的。

3.电压偏移标准

我国国家标准规定的在正常运行情况下各类用户的允许电压偏移如下：

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%。

低压照明与动力混合使用：+5%，-7%。

农村电网（正常情况）：+7.5%，-10%。

（事故情况）：+10%，-15%。

在事故情况下，电压偏移允许值比正常值多5%，但电压的正偏移不大于10%。尽管电压偏移有确定的国家标准值，但是，随着科学技术和国民经济发展的需要，电压质量的标准也会相应变化。即使是我国现有的电力系统由于电力工业发展使其供电范围极其庞大，要使网络各处的电压符合以上标准规定的电压容许偏移范围，仍然需要采取各种调压措施。下面将详述之。