无功与调压关系

电 力 系 统 无 功 与 电 压 的 关 系

（一）、前言

电压是衡量系统电能质量的一个重要指标，电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。

（二）、无功电源

电力系统的无功电源除了发电机外，还有同步调相机、静电电容器、及静止补偿器，这三种装置又称无功补偿装置。

（1）、发电机

发电机是系统唯一的有功功率电源，同时又是基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率

QGN = SNSIN（） = PGNtg（）

式中：SN、PGN、QGN、分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率、额定无功功率和额定功率因数角。

下面以一个简单的系统说明发电机（隐极发电机）的无功与系统电压的关系。

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无功与电压的关系

图2-1 简单的系统图

图中：E为发电机机端的电势，V为系统的电压，X为发电机与系统联系电抗。

EVsinX P = VIocs() =

••V2EVcos Q = VIsin() = X - X

当P为一定值时，得：

EV2V22（）PX Q = - X

当发电机的电势一定时，Q同V的关系如图2-2；是一条向下开口的抛物线。

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无功与电压的关系

图2-2 电压与无功的关系

（2）、同步调相机

同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁的运行时，她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，她从系统吸收感性无功功率而起无功负荷的作用，可降低系统电压。

（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的母线上。她供给的无功功率QC值与所在节点的电压V的平方成正比，即

V2 QC = XC

（4）、静止补偿器

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无功与电压的关系

静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。电容器可以发无功功率，电抗器可以吸收无功，两者结合起来可以实现无功调节。

（三）、无功负荷

电力系统无功负荷主要有异步电动机、变压器的无功损耗、线路的无功损耗。

（1）、异步电动机

异步电动机在电力系统无功负荷中占的比重很大。系统的无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。异步电动机的简化等值电路见图3-1，她消耗的无功功率与端电压的关系见图3-2。

图3-1 异步电动机的简化等值电路

电动机损耗的无功功率为：

V2 QM = Qm + Qo = Xm + I2 XO (3-1)

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无功与电压的关系

图3-2 异步无功功率与端电压的关系 图中： 为电动机的实际负荷与她的额定负荷的比。

从式（3-1）和图3-2可以看出在额定电压附近，电动机的无功功率随着机端的电压升降而增减。

（2）、变压器的无功损耗

变压器的无功损耗QLT包括励磁损耗QO和漏抗中损耗QT。

VS%VN2IO%（）SN100SVN QLT =QO + QT = 100 +

（3）、输电线路的无功损耗

线路中串联的电抗的无功损耗与通过线路的电流的平方成正比；线路中的电容的充电功率与电压的平方成正比。

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无功与电压的关系

（四）、无功平衡

电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，即

QGC = QLD +QL

问题在于无功功率在什么平衡在什么样的电压下实现，现在以一个简单的网络来说明问题，假设系统的无功功率负荷为电动机，由上面的分析可以画出图4-1。

图4-1 系统无功功率与电压关系

发电机发无功功率的特性为曲线，电动机消耗无功功率的特性为曲线2，两条曲线的交点a确定了负荷的节点电压值Va，或者说，系统在电压Va下达到了无功功率平衡。

当系统负荷增加时，无功功率特性曲线变为21，如果系统的无功电源没有相应的增加，这时曲线1与曲线21相交与a1点，并决定了负荷点的电压为Va1，显然Va16

无功与电压的关系

运行，以取得较低电压下的无功平衡。如果发电机有充足的无功储备，通过调节励磁电流，增大发电机的E，使发电机的无功功率特性变为曲线11，这时曲线11与21的交点为c,决定的负荷节点的电压接近原来的电压。由此可见，系统的无功电源储备充足，能够在较高的电压水平下满足系统无功平衡的要求，系统就有较高的运行电压水平；反之，系统的运行电压水平较低。

（五）、调压的基本原理

现在以下图为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理。

图5-1 简单的电力系统

发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电，要求调整负荷节点b的电压。为了简单起见，不考虑线路的电容损耗、变压器的励磁损耗和网络的功率损耗。变压器的参数以归到高压侧，b点的电压为

PRQXVVb = （Vgk1 - V）/k2 = （Vg - ）/k2 (5-1)

由（5-1）可以看出，为了调整用户端电压Vb可以采取以下措施

（1）、调整励磁电流以改变发电机机端电压Vg；

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无功与电压的关系

（2）、适当选择变压器的变比；

（3）、改变线路参数；

（4）、改变无功功率的分布。

（六）、变电站的电压无功调整

对变电站的电压调整主要采用两种方法，一种改变有载调压的分接头，也就说说改变变压器的变比的方式来调整电压；一种是投切电容组，也就说通过改变无功功率的分布的方式来调整电压。

对110kV及以上电压等级的变压器，一般将调压绕组放在变压器的中性点侧。因为变压器的中性点接地，中性点侧电压很低，调节装置的绝缘比较容易解决。所以降变压器的档位，相当于增加变压器的变比，提高节点的电压。升变压器的档位，相当于降低变压器的变比，减低节点的电压。

投电容器组，相当于减小了线路的无功，降低了输电线路的压降，所以提高了节点的电压；切电容器组，相当于增加了线路的无功，增加了输电线路的压降，所以降低了节点的电压。

对某个变电站来说，电压调整是选择改变有载调压档位还是投切电容器组，与变压器的目前载调压档位的位置、能够投切的电容器组和目前无功与电压运行的区域有关。

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