配电网电压调整策略研究.docx

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配电网电压调整策略研究

摘要

依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。

通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。

本文分析了电压调整以及无功补偿的作用和补偿容量的选择方法。

结合应用实例说明采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。

关键词:

节电技术，功率因数，无功补偿，电压调节器;

Summary

Electricalequipmentbasedonpowerfactorcanbeestimatedthatthelossofpowertransmissionlines.Throughon-sitetransformationwillenablesub-standardcompliancerequirementsofthepowerfactor,achieveenergy-savingpurposes.Thispaperanalyzesthevoltageregulationandreactivepowercompensationandthecompensationcapacityoftheroleofselectionmethod.Applicationexampleswiththeuseofreactivepowercompensation,low-voltagepowergridandelectricalequipmenttoimprovepowerfactor,hasbecomeanimportanttaskforsavingmeasure.

Keywords:

Power-savingtechnology,PowerFactor,Reactivepowercompensation,

Voltageregulator.

第一章绪论…………………………………………………………………1

1.1电网电压调整概述……………………………………………1

1.2影响电网电压的因素…………………………………………1

第二章变压器调压…………………………………………………………3

2.1有载调压………………………………………………………3

2.2无载调压………………………………………………………4

2.3配电网的电压调整……………………………………………5

第三章配电网电压功率因数………………………………………………7

3.1功率因数补偿的意义…………………………………………7

3.2影响功率因数的主要因素……………………………………7

3.3功率因数补偿的理论分析……………………………………8

3.4提高功率因数…………………………………………………9

第四章配电网电压调整补偿………………………………………………12

4.1无功补偿的效益………………………………………………12

4.2配电网的无功补偿……………………………………………13

4.3低压配电网无功补偿的方法…………………………………14

4.4实力对比………………………………………………………16

结论……………………………………………………………………………18

参考文献………………………………………………………………………19

致谢……………………………………………………………………………20

第一章绪论

1.1电网电压调整概述

为保证用电电器有良好的工作电压，避免受到配电网电压波动影响而损坏用电设备，配电电网需要进行电压调整。

电压调整率：

简单地说，电压调整率是输入电压的变化引起输出电压的相对变化量。

变压器某一个绕组的空载电压和同一绕组在规定负载和功率因数时的电压之差与该绕组空载电压的比，称为电压调整率，通常用百分数表示。

电网的电压调整方法有：

中心调压、调压变压器调压、无功补偿调压和串联电容补偿调压。

1、利用地区发电厂或枢纽变电所进行中心调压

　　这种措施简单而经济方便，但它只能改变整个供电地区的电压水平，不能改善电压分布。

当供电地区的地域比较广阔、供电距离长短悬殊时，中心调压措施往往不能兼顾全区，有顾此失彼的缺点。

　　2、调压变压器调压

　　可弥补中心调压方式的不足，进行局部调压。

调压变压器有有载调压变压器、串联升压器和感应调压器三种。

有载调压变压器与感应调压器一般用于特定负荷点，串联升压器则用于供电线路。

　　调压变压器的调压作用是靠改变电力网的无功潮流来实现的。

它本身不仅不产生无功功率，而且还因本身励磁的需要而消耗无功功率。

当电网的无功电源不足时，调压变压器的调压效果不显著。

相反地，若调压变压器装设过多，将加重配电网的无功功率消耗，拉低全网电压水平，增大网损，降低并联电容器的无功出力，严重时有可能造成恶性循环的趋向。

　　3、无功补偿调压

　　由于增加了电力网的无功电源，能起到改善电网电压的作用。

装设于变电所内的无功补偿装置，还可采用分组投切的办法，对供电地区实行中心调压。

　　4、串联电容补偿调压

　　串联电容补偿可用于配电网中进行局部调压。

在距离较长的重载线路，因其调压作用是通过线路滞相电流流过串联电容而产生的电压升高来实现的。

故线路负载愈重，功率因数愈低，串联电容补偿调压的作用愈显著。

这种调压作用随线路负载的变化而变化，具有自行调节的功能。

1.2影响电网电压的因素

从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。

为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

1、总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

2、电力部门补偿与用户补偿相结合。

在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。

因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

3、分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。

分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。

集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。

但不能降低配电网络的无功损耗。

因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。

所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。

所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

第二章变压器调压

变压器的调压方式分为：

有载调压和无载调压

有载调压，变压器的高压绕组终端区隔一些线匝就抽出一个接头，电源接在不同的抽头上，高压绕组的实际线匝数就不同，而低压绕组的线匝数是固定的，这样，变化的高压绕组匝数和不变的低压绕组匝数就构成了不同的变比，根据变压器变压的原理，低压绕组就可以随高压绕组接不同的抽头而变出不同的电压；

高压绕组的抽头可以在线圈的电源侧，也可以在中心点侧，这都能不能改变其基本原理。

所以220KV以下的变压器抽头一般设在电源侧，更高电压的变压器抽头就设在高压绕组的中心点侧了；

变压器一般都带抽头，以便现场根据实际电压来调整电压值。

但是无载调压占多数，主要是一般地区的电压变化不是那么频繁和幅度那么大，可以不用时时调整；但是有些地方对于电压要求比较严，有些地方的电压常常变化，就得使用有载调压了。

开关与我们使用的其他电源开关一样，要灭弧后断开

2.1有载调压

2.1.1变压器有载调压的定义

有载调压就是将上述绕组抽头都接在有灭弧能力的开关上，在外部通过远方控制手的或自动调节电源好这些抽头的连接，从而达到随时调整低压绕组输出电压的目的。

调整时，这些开关先与需要的那个抽头接上，然后断开原来接通的抽头，因为有电压好运行电流的存在，所以跳开的

1、有载调压有很多不同分法，从调压原理分如线性调、正反调、粗细调。

从开关结构分组合式、复合式。

从灭弧原理分真空灭弧，油灭弧，等等。

2、通常是改变高压侧的匝数。

3、升档通常是降压（因为高压线圈匝数多了以后，高低压线圈匝数比变大即电压比变大，如果高压输入电压不变，则低压的电压会降低。

）

4、有载调压的目的通常是为了维持低压即负荷侧电压的稳定，如当电源侧即高压侧电压升高时，通过开关增加高压线圈的匝数，增大高低压的电压比，使低压电压不会随高压电压的升高而升高，反之亦然。

2.1.2变压器有载调压在配电网中的作用

1、保持电压稳定。

系统电压的波动加上用户侧负荷的变化将引起电压较大的变动。

在实现无功功率就地平衡的前提下，当电压变动超过定值时，有载调压变压器通过调节分接头，对电压进行调整来保持电压的稳定。

2、保证电压质量。

供电变压器一次侧直接接到地区供电网，这类变压器不但向负荷提供有功功率，往往同时提供无功功率，而且短路阻抗也较大。

随着地区负荷变化，如果没有配置有载调压变压器，供电母线电压将随之变化。

对直接向供电中心供电的有载调压变压器，在实现无功功率分区就地平衡的前提下，随着地区负荷增减变化，配合无功补偿设备并联电容器及低压电抗器的投切，调整分接头，以便随时保证对用户的供电电压质量。

　　3、变压器有载调压在一定程度上能改变电网电压，但无法改变无功需求平衡状态：

当系统无功功率不足时，负荷的电压特性可以使系统在较低电压下保持稳定运行，但如果无功功率严重缺乏时，为保持电压水平而调节有载调压变压器分接头，电压暂时上升，将无功功率缺额全部转移至主网，从而使主网电压逐渐下降，严重时可能引发系统电压崩溃。

2.2无载调压（即无功补偿调压）

2.2.1动态无功补偿发生装置

动态无功补偿发生装置，即静止同步补偿器，又名静止无功发生器。

由于其开关器件为IGBT，所以其动态补偿效果是早期的同步调相机、电容器和无功补偿装置不能比拟的，无功补偿装置以其较低谐波，较高的效率，较快速的动态响应，成为现代柔性交流输电系统中的重要设备。

该装置主要用来补偿电网中频繁波动的无功功率，抑制电网闪变和谐波，提高电网的功率因数，改善配电网的供电质量和使用效率，进而降低网络损耗，有利于延长输电线路的使用寿命。

目前各种无功和谐波补偿的设备中，用于抑制谐波、补偿无功的方法主要有两类：

一类是装设谐波无功补偿装置;另一类是对电力电子装置本身进行改造，使其在实现自身功能的同时不产生谐波，也不消耗无功，或者根据需要对其进行功率因数校正。

输配电设备网配电网无功补偿与谐波治理装置研发成功，并投入批量生产，可带来较大的社会效益，目前我国配电网中普遍存在着无功补偿不足、布置不合理的情况，存在着城乡电网与区域电网电容器容量倒置现象。

10KV电压等级以上的配电电网用户无功需求量很大，有效合理的使用无功补偿与谐波治理装置，对配电网中的无功和谐波进行补偿，不仅可以达到节能降耗的目的，还可以减少用电装置的损害及由谐波引起的事故。

传统的补偿谐波和无功电流的另一种方法是装设无源滤波器，通常由电力电容器、电抗器和电阻器串并联组合而成，该方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率。

目前我国常用的无功调节设备仍为机械式并联电抗器、投切电容器，这些静止型调压手段，因调节不连续、响应速度慢，很难满足系统运行方式快速变化时的需求。

而另一种调压装置SVC，响应速度很快，但由于呈恒阻抗特性，使得在电压低时，无法提供所需的无功支持，因此应付突发事件的能力较弱，并且为了抑制谐波，必须装设滤波器，占地面积较大，此外，过多的SVC装置容易引发系统振荡。

相比之下，新型无功补偿装置STATCOM则是较为有效的调压手段，它的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定，在电压低时仍能提供较强的无功支撑，并且可从感性到容性全范围内连续调节。

2.2.2动态消谐无功补偿

动态消谐无功补偿器，是采用微处理器控制晶闸管投切调谐电容组的全自动动态消谐无功补偿装置，是无功补偿设备的更新换代产品。

此类产品采用微处理器无功功率实时监测晶闸管零过渡过程快速投切，谐波电流抑制等先进技术，适合在各种复杂的工业现场环境中应用，可以准确、快速、无暂态扰动的动态无功补偿，有效提高各种用电设备的功率因数，提高电力设备出力，改善电能质量降低线损，实现节能降耗的目的。

目前此类技术的产品性能比较稳定节电效率高在节能降耗中应用比较多。

如YTECI等都是采用此类技术。

2.3配电网的电压调整

配电网的电压调整，无论是大城市配电网还是小型城市、县级城市甚至农村配电网，在配电网调压应立足于以下几方面：

　　1、立足于国情，城市电网的实际要求，以真正解决配电网的实际问题，以符合供电可靠性及用户供电的要求，不搞形式、不追潮流，将有限的资金投入到较为实际有效的电网改造中去。

　　2、以保证供电可靠性为前提，确保电力用户用电的时效性，满足电力用户的供电需求。

较长一段时间以来，电力能源紧缺，限制供电现象较为普遍，但如何确保用户在不限电时避免其它事故所造成供电的影响，应从用户用电的实际要求为出发点，做好用户用电的服务工作，体现用户是上帝的精神，在电力经营部门也应得到体现。

①从用户用电的实际要求出发，保证用电的需求，满足用电要求；②提高网络的输送能力，做好网络结构的调整；③提高技术装备的可靠性及运行部门的免维护要求；④完善设备的自动化程度及故障的判断能力。

　　3、满足和确保供电的质量，随着城市高新技术用装备和居民家用电器的要求，高峰低谷现象对电能质量是相对应的，除电压幅值，频率以及谐波对用户都将产生不良的影响外，甚至会影响电能的计量，因此要采用调峰、调压来保证电能质量。

　　4、降低电网的损耗、电能损耗往往作为电力经营和运行不可避免的事，但是损耗决定于电网结构和输送电负荷的条件来决定，城市电网改造之一是改进导线截面，降低线路的电阻率，采用新的输送电金具，减少线路电能损失。

采取无功就地补偿，提高功率因素，合理调度和负荷分配，优化网络潮流，做到经济运行。

　　5、提高网络的供电能力，减少用户的停电机率，网络的互供能力主要反应网络接线、负荷的合理调整。

　　6、采用自动化装备，提高设备的故障判断能力和自动隔离故障，恢复非故障线路的供电条件，选择自动化程度较高的自动化设备。

　　7、解决配电网用设备的技术性能，提高设备的自身可靠性运行能力，尤其是配电网开关设备的操动机构及内部结构适应于户外（户内）运行条件，做到不检修周期长，设备运行可靠。

大大地减轻运行人员的劳动强度和维护费用。

　　8、便于系统的监控，实行配电网的经济调度，实时的网络经济分析，历史数据的记录和查备，事件记录的查询规划。

第三章配电网电压功率因数

3.1功率因数补偿的意义

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。

因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。

减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。

在交流电路中，电压与电流之间的相位差

（Φ）的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示

，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率

的比值，即cosΦ=P/S。

功率因数补偿，提高电压质量。

随着工农业生产的不断发展，加工、生产等行业用电设备多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使用户的功率因数滞相且较低，一般都会低于0.7以下，滞相的无功功率在配电网中流动不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致电网电压降低。

加装并联电容器补偿装置就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少在配电网中流失的无功功率，降低网损，从而改善电压质量。

3.2影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。

当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。

在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。

因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。

而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。

所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。

因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。

当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。

但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。

所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

4、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

3.3功率因数补偿的理论分析

功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

1、最基本分析

拿设备作举例。

例如：

设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。

然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。

很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。

在这个例子中，功率因数是0.7（如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款），这种无功损耗主要存在于电机设备中（如鼓风机、抽水机、压缩机等），又叫感性负载。

功率因数是马达效能的计量标准。

2、基本分析

每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功（叫千瓦）及电抗性的无用功。

功率因数是有用功与总功率间的比率。

功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。

3、高级分析

在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。

两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。

功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。

保尔金能使两个峰值重新接近在一起，从而提高系统运行效率。

由于功率因数提高的根本原因在于无功功率的减少，因此功率因数补偿通常称之为无功补偿。

在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。

在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。

按照wangs定理：

在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。

因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。

功率因数高，表示有功功率占额定视在功率的比例大，发电机输出的电能被充分地利用了。

例如，发电机的容量若为15000千伏安，当电力系统的功率因数由0．6提高到0．8时，就可以使发电机实际发电能力提高3000千瓦，这不正是发挥了发电机的潜力吗？

设备的利用也更合理。

3.4提高功率因数

3.4.1提高功率因数的意义

除白炽灯、电阻电热器等用电设备的功率因数接近于1之外，其他如三相交流异步电动机、变压器、电焊机、电抗器、架空线路等的功率因数均小于1，特别是轻载的情况下，功率因数更低。

用电设备功率因数降低之后，将带来许多不良后果：

（1）使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。

因为发电机或变压器都有一定的额定电流和额定电压，在正常情况下是不容许超过的，根据关系式，若功率因数降低，则有功功率将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。

（2）增加输、配电线路中的有功功率和电能损耗。

设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，使线路中的有功功率损耗增加。

功率因数降低，还使线路的电压损失增加，结果在负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，会严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。

特别在用电高峰季节，功率因数太低，会出现大面积的电压偏低，这对工农业生产带来很大的损失。

所以，电力系统的功率因数高低，是需要认真研究的一个重要课题，必须设法提高电力网中各个组成部分的功率因数，以充分利用发变电设备的容量，增加其发输电能力，减少供电线路中的有功功率和电能损耗，并降低线路中的电压损失与电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的。

3.4.2功率因数的应用

无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。

因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。

大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见。

也就是因为这个电感性的存在，造成了系统里的一个KVAR值，三者之间是一个三角函数的关系：

。

简单来讲，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值为零的话，KVA就会与KW相等，那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。

用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。

目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9，或高于1.0都需要接受处罚。

这就是为什么我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围，过多过少都不行。

提高功率因数对用户端的好处：

1、通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。

2、藉由良好功因值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。

3、可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。

如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。

举例而言，将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时：

补偿前：

1000×0.8=800KW；补偿后：

1000×0.98=980KW；同样一台1000KVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW的负载。

4、减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。

3.4.3提高功率因数的方法

提高功率因数的途径主要有：

一是减少电力系统中各个部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功功率消耗；二是进行补偿。

1、提高自然功率因数：

采用降低各变电、用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，提高自然功率因数主要有：

（1）正确选用异步电动机的型号和容量。

异步电动机在工农业生产中有很大的比重，异步电动机的功率因数和效率，在70%以上负荷率时最高，在额定功率时的