500kV变电站频率、电压调整讲义

500kV变电站频率、电压调整
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当线路输送功率等于自然功率时，沿线各点 电压处处相等； 当线路输送功率小于自然功率时，沿线各点 电压有所升高； 当线路输送功率大于自然功率时，沿线各点 电压有所降低。
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负荷消耗的功率称为自然功率
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如果线路无损耗，有
V22 2 C0 Sn = Pn = = V2 ZC L0
实际工程常将实数部分称为自然功率，用 线路额定电压和波阻抗的模计算。
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自然功率是衡量输电线路传输能力的重要数 据。提高输电线路额定电压和减少波阻抗都 可以增大自然功率。 单根导线、2、3、4根分裂导线波阻抗值分 别是375Ω、 310Ω、 280Ω、 260Ω，自 然功率数值分别是670MW、810MW、 900MW、950MW。紧凑型线路还可以进 一步降低波阻抗，降至210Ω、 150Ω～ 100Ω。
计及 有
ɺɺ ɺɺ AD − BC = 1
1 ɺ ɺ ɺ ɺ I1 = ( DV1 − V2 ) ɺ B ɺ ɺ ɺ ɺ = 1 (V − AV ) I2 2 ɺ 1 B
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线路两端功率方程
⋅ * V12 D − V 1 V 2 ~ S1 = P + jQ1 = V 1 I 1 = 1 * B * ⋅ * 2 ⋅ * V2 A+ V 1 V 2 ~ S2 = P2 + jQ2 = V 2 I 2 = − * B * ⋅ *
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当输电线路为对称两端口网络，有 ɺ ɺ A= D 且 ξ1 , ξ2 反相； 当θB +δ=180°，首端有功功率达到最大值； 当θB =δ，末端有功功率达到最大值； 输电线路的功率极限约与线路额定电压的平方成正 比。
ɺ ɺ
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从上述功率方程还可知： 当δ角较小时，首端的无功功率有负值，随 着δ角增大，首端送出的感性无功功率持续 增加，在180°达到最大值； 当δ角较小时，末端无功功率为正值，即可 以接受少量的感受性无功功率，随着δ角增 大，末端不但接受不到无功功率，反而要向 线路注入越来越多的无功功率。
受端电压、系统送到负荷点功率为
V2 = E2
2
zs zs 1+ +2 cos(θ − ϕ ) Z LD Z LD E 2 cos ϕ / zs V2 cos ϕ = P= Z LD Z LD z + s + 2 cos(θ − ϕ ) zs Z LD
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上两式表明，当电源电势给定，输电系统 阻抗和功率因素一定时，确定受端电压和功 率的唯一变量是负荷阻抗的模，或者是系统 阻抗与负荷阻抗的比值。 当|zs/ZLD|=1，受端功率达到最大值。
四、单端供电系统功率特性 在许多工程实例中，输电系统首端电压主 要由发电机（电源）控制，受端通常是电源 不足的负荷中心。随着传送功率增加，受端 电压逐渐下降，并对功率传送产生不容忽视 的影响。 单端供电系统是其极端情况。
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G
zs
V + E I ZLD
500kV变电站频率、电压调整 Nhomakorabea00kV变电站频率、电压调整
无功电源：发电机、调相机、电力电容器、 静止补偿器、静止无功发生器； 无功功率平衡
QG − QLD − QL = Qres
上式表示无功电源满足负荷和传输网络损 耗外，还应留有备用。
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2.无功电源调节特性 静止补偿器，可发出无功功率，也可以吸收 无功功率，属于无级调节（连续调整），调 节平稳； 电抗器、电容器组，可发出无功功率，也可 吸收无功功率，属于有级调节（用开关投 切），调节有冲击。
行波相位相差2π的两点间距离称为波长，记
2π 1 λ= = = α ω L0C0 f L0C0 2π
行波的传播速度，也称相位速度，记为
vω = λf =
1 L0C0
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3. 自然功率 当负荷阻抗恰等于波阻抗，
Z 2 = ZC V22 jθc ~ Sn = e = Pn + jQn ZC
V Vcr
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特性曲线可知，负荷节点从空载开始，随着 负荷增大（负荷阻抗减小），伴随受端电压 下降受端功率逐渐增大，直至功率达到最大 值； 继续减小负荷阻抗，导致受端电压和功率同 时下降。
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五、无功功率平衡和电压调整 1. 无功功率平衡 无功功率负荷：运行中需建立磁场的电气 设备（异步电动机）消耗的无功功率、变 压器励磁功率损耗和漏抗功率损耗、输电 线路无功损耗；
由上式解得：
ɺ ɺ ɺ ɺ V2 + Z C I 2 γx V2 − Z C I 2 −γx ɺ V= e + e 2 2 ɺ ɺ ɺ ɺ V2 / Z C + I 2 γx V2 / Z C − I 2 −γx ɺ I= e − e 2 2
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上式表示： 沿线的电压和电流由两项组成，第一项称 为电压、电流正向行波（入射波），第二项 称为反向行波（反射波）。 正向行波向x减少方向行进；反向行波向x 加方向行进。
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一、概述 概述
500kV变电站是主干网的重要环节，往往联系 着多个电源（发电厂），或者是主干网的解列点， 即使是终端站，也是地区的主要供电电源。 500kV变电站一般设有无功补偿装置，是电网 重要的电压中枢点。 500kV变电站容量大，总容量多在1000MVA以 上，也是系统的主要负荷点。
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2. 特征常数
γ = ( r0 + jωL0 )( g0 + jωC0 ) = β + jα jθ Z C = ( r0 + jωL0 ) /( g0 + jωC0 ) = Z C e
γ是传播常数，ZC是波阻抗。
c
行波的基本性由传播常数决定。 实部β表示行波衰减特性，称为行波衰减常数。 行波每前进单位长度，其振幅都要减小到原幅值 的1/eβ。
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受端电压和功率随负荷阻抗变化曲线
V/E 1 P V P/Pm
1
Zs/ZLD
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当受端功率达到极限值，与其对应的受端 电压称为临界电压
E Vcr = 2[1 + cos(θ − ϕ )
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送端功率和电压的关系
P Pm
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令
ɺ ɺ ɺ A = A∠θ A , B = B∠θ B , D = D∠θ D ɺ ɺ V1 = V1∠δ ,V2 = V2∠0
上式可写成
V1V2 ~ V12 D ɺ ɺ S1 = ∠(θ B − θ D ) − ∠(θ B + δ ) = ξ1 + ρ1 B2 B V2 A V1V2 ~ ɺ ɺ S2 = − ∠(θ B − θ A ) + ∠(θ B − δ ) = ξ 2 + ρ 2 B B
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虚部α表示行波相位变化的特性，称为行波 相位常数。其数值代表沿着行波传播方向相 距单位长度的前方处行波在相位上滞后的弧 度数。 当r0=g0=0，β=0，行波振幅衰减是由于线 路上的功率损失引起的。 行波沿线路的相位变化是线路存在电感、电 容的缘故。
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3.电压调整 基本方法：调电源电压、调负荷功因数（无 功补偿）、调网络参数、调变压器分接头； 综合调整： 对500kV变电站，首先要检查电压偏移方 向、偏移度，再确定调整方法。 （1） 负荷功率因数低，首要是进行无功补偿 提高功率因数；
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ɺ I1
ɺ ɺ ɺ ( I + dI ) ( r0 + jωL0 )dx I
ɺ I2
ɺ V1
ɺ ɺ V + dV
ɺ V
( g 0 + jb0 )dx
ɺ V2
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ɺ dV ɺ = ( r0 + jωL0 ) I dx ɺ dI ɺ = ( g0 + jb0 )V dx
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（2） 超前功率因数，投电抗器吸收剩余无功 功率； （3） 由于空载或轻载运行，500kV线路电 压高，有线路并联电抗器可投入调整； （4） 只有在功率因数、500kV线路电压均 正常，才适宜只用调变压器分接头方式调整 电压。
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二、电力传输基本概念
1. 输电线路功率特性
输电线路两端电压和电流之间的关系可用两端口网 络方程表示
ɺ I1
ɺ V1
ɺ I2
ɺ ɺ ɺ ɺ A, B, C , D
ɺ V2
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ɺ ɺ ɺ ɺɺ V1 = AV2 + BI 2 ɺɺ ɺ ɺ I1 = CV2 + DI 2
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上述情况说明： δ角较小时，线路电流也小，线路电容产生 的无功功率大于线路电感消耗的无功功率， 有少量盈余的无功功率向线路两端传送； 随δ角增大，线路电流也增大，首、末端必 须向线路提供无功功率抵消线路的无功功率 损耗。
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三、长线路的功率传送 长线路的功率传送 1. 长线路稳态方程