高压电网电压调整技术分析

一、电压调整相关知识

1. 负荷的电压静态特性

负荷的电压静态特性是指在频率恒定时，电压与负荷的关系，即U=f（P,Q）的关系，其中无功负荷与电压之间的变化关系较为重要，因为在电压变化时，无功负荷的变化远远大于有功负荷的变化，而且无功负荷变化引起的电压波动也比有功负荷引起的变化大。（1）有功负荷的电压静态特性

有功负荷的电压静态特性决定于负荷性质及各类负荷所占的比重。同步电动机的负荷完全与电压无关，感应电动机的负荷基本上与电压无关（由于滑差的变化很小），因此可以将同步电动机及感应电动机的有功负荷近似看做与电压零次方成正比；照明用电负荷与电压的1.6次方成正比，电热、电炉、整流负荷与电压的平方成正比，所以近似的将这类负荷都看做与电压的平方成正比；电力线路损失在输电功率不变的条件下，与电压的平方成反比（变压器的铁损与电压的平方成正比，因其占总网损的的一小部分，可忽略不计）。

有功负荷的电压静态特性可以表示为

K PU=△P FH%/△U%

K PU——有功负荷的电压效应系数；△P FH——额定电压UN下对应的额定负荷

（2）无功负荷的电压静态特性

异步电动机是系统中无功功率的主要消耗者，它决定着系统无功负荷的电压静态特性。除电动机外，变压器、输电线路也消耗一部分无功功率。系统的无功负荷电压静态特性实际上是各种无功无功负荷的综合电压静态特性。在电压变化引起无功变化的情况下，无功负荷变化与电压变化之比称为无功负荷的电压调节效应系数（KＱU），其变化范围比K PU变化范围要大，且与有无无功补偿设备有关。

2.无功补偿装置及其调压原理

电力系统电压调整需要通过调节无功功率来实现，使用的电压无功功率设备大致可分为无功功率调节设备和电压调节设备。

无功调节设备主要有：发电机、调相机、静电电容器、高压输电线路的充电功率、无功静止补偿器（无功静止补偿器包括饱和电抗器型静止补偿器和可控硅控制电抗器）。

电压调节设备主要有：无载调压变压器和有载调压变压器。

（1）无功补偿设备的类型及作用

并联电抗并联

电容

串联

电抗

串联

电容

同步

补偿

TCR TCS SR

稳定性静态稳定性▲▲▲▲▲▲▲暂态稳定性▲▲▲▲▲

电压控制限制电压迅速降低▲▲▲▲▲Ｖ限制电压缓慢降低▲▲▲▲▲限制电压迅速增加▲▲▲▲▲限制电压缓慢增加▲▲▲▲▲限制快速行波过电压▲▲▲▲▲

其他对换流站末端无功支持

▲

▲▲▲增加短路等级▲▲▲▲

减少短路等级▲

设

备

作

用

（2）无功补偿设备调压原理

1）串联电容补偿调压及原理：

串联电容补偿调压通常用在供电电压为35kV及以下的线路上，主要用在负荷波动大/负荷功率因数又很低的配电线路上。串联电容补偿不仅能提高电压，而且负荷大时调压效果大，负荷小时调压效果小。需要注意的是，超高压输电线路上的串补电容，其作用是改变线路参数，提高输电容量及系统稳定性，而不是为了调压。

①串联电容补偿的调压原理

串联电容补偿的调压原理是将电容器串联在线路上以降低线路电抗值，即用改变线路参数达到调压的目的。它对调压起主要作用是纵向压降，纵向压降越大，调压效果越好。当线路不输送无功功率时，串联补偿基本上不起调压作用。

②串联电容补偿的补偿度及补偿容量

串联电容器补偿的补偿度K是线路上被串入的容抗Xc于线路全电抗X的比值。当Xc 越大即补偿度K越大时，末端电压Us也越高。在Xc＝X，即K＝1时，线路上电抗中的压降便全部被电容器中的容抗所抵消了。此时，线路上只有电阻的压降，这时的补偿叫全补偿；在Xc>X即K>1时，串联电抗器的容抗压降大于线路上的电抗中的压降，此时的补偿叫过补偿。当过补偿达到某一数值，线路上的电抗压降将全部被电容器容抗压降抵消，此时线路上送、受两端电压相等。如果K继续增大，受端电压U2就会高于送端电压U1，但事实上这种补偿度是不允许被采用的，因为当K值大到一定值时（对不同的系统有不同的K值）会出线铁磁谐振或电动机的自励磁现象。因此必须根据系统的死机情况，选择合适的补偿度。

根据调压要求可以求得电容器容抗Xc的大小，于是串联补偿电容器的容量为

Q CH＝3I2Xc

式中I-----通过串联电容器补偿的最大负荷电流。

必须说明，这样求得的容量仅仅是从调压的观点来考虑，因此还必须验算是否会产生铁磁谐振及电动机的自励磁等情况。

③串联电容补偿的安装要点

串补的安装地点与负荷分配情况、电源分布有关。在单电源的线路上，当负荷集中在线路末端时，可将串补放在线路的末端，以避免装载始端时引起的送端电压过高及通过电容器的短路电流增大；当负荷沿线路比较均匀分布时，可将串补安装在距送端电源的三分之一处。在多电源的线路上，串联电容器补偿不应装设在线路的两侧，而应该装设在线路的中间，因为装在线路的两侧时，有可能引起方向保护、距离保护及相差动保护误动作。

2）并联电容器补偿调压及原理

上述调压方法，基本上是采用无功功率的重新分布或改变线路的电抗的方法达到调压的目的，无功电源基本上是不增加的，因此只有在整个系统不缺少无功电源的前提下才能使用。当整个系统无功电源不足时，就应用增加无功电源的方法调压，并联电容器补偿就是目前应用最广的一种调压方法。

①并联电容补偿的调压原理及补偿容量的确定

并联电容器补偿调压，是通过在负荷侧安装并联电容器来提高负荷的功率因素，以便减少通过输电线路上的无功来达到调压的目的。

并联补偿容量的确定应该根据补偿的主要目的决定。当补偿的主要目的是调压时应按照调压的要求选择容量，当补偿的主要目的是降低网损时，应按最小年运行费用选择。

②并联电容补偿与串联电容补偿的比较

a.调压由于并联电容器的容量于电压的平方成正比，因而当系统电压下降

时，调压效果显著下降，当系统电压上升时，调压效果却显著增大。当串联电容补偿调压时却有与并联电容补偿相反的特性，因此串联电容补偿的调压性能比并联补偿性能要好。