异步电动机从电网吸收的无功功率主要是用于以下两部分:一部分是消耗在漏抗上的无功功率 ;另一部分是作为励磁的无功功率 。异步电动机的简化等效电路如下图3-1所示
它所消耗的无功功率为
(3-1)
其中 为电动机励磁功率,它与电压的平方成正比,实际上,当电压较高时,由于饱和影响,励磁电抗 的数值有所下降,因此,励磁功率 随电压变化的曲线稍高于二次曲线; 为定转子漏抗中的无功损耗,如果负载功率不变,则 ,当电压降低时,转差s将要增大,定子电流将要随之增大,相应的,漏抗中的无功功率损耗 也要增大。综合这两部分无功功率的变化特点,可以知道,在额定电压附近,电动机的无功功率随电压的升降而增减。当电压明显低于额定值时,无功功率主要是由定转子漏抗中的无功功率损耗决定,因此随电压下降反而具有上升的性质。这一特性对于电力系统运行的稳定性具有重要意义。
3.1.2变压器中的无功功率损耗
变压器的无功功率损耗 分为两部分,即励磁支路损耗 和绕组漏抗中损耗 。其中的励磁支路损耗与变压器的负荷大小无关,励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流百分数 ,约为1%~2%。可表示为
(3-2)
漏抗中的无功损耗与变压器的负荷大小相关,可表示为
(3-3)
当通过变压器的视在功率不变时,漏抗中的损耗的无功功率与电压平方成反比。因此,变压器的无功功率损耗电压特性与异步电动机的类似。
(3-4)
由上式(3-4)可知,对于单个变压器而言,无功功率损耗约为它满载时额定容量的12%,但对多电压等级的网络,变压器的无功功率损耗相当可观。[电力系统分析基础]
3.1.3输电线路的无功损耗
输电线路用Π形等效电路表示,如图3-2所示。
图3-2 输电线路Π形等效电路
线路串联电抗中的无功功率损耗 与所通过电流的平方成正比,即
(3-5)
线路电容的充电功率 与电压平方成正比,当作无功功率损耗时应该取负号。
(3-6)
是 形电路中的等值电纳,线路的无功总损耗为
(3-7)
35kV及以下的架空线路的充电功率甚小,一般说,这种线路都是消耗无功功率的。110kV及以上的架空线路当传输功率较大时,电抗中消耗的无功功率降大于电纳中产生的无功功率,线路将成为无功负载;当传输的功率较小(小于自然功率)时,电纳中产生的无功功率,除了抵偿电抗中的损耗以外,还有多余,这时线路就成为无功电源。
3.2无功功率电源
3.2.1发电机
发电机即是唯一的有功功率电源,又是最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
(3-8)
式中, 、 、 分别为发电机额定视在功率,额定有功功率和额定功率因数角。
根据已知的P-Q极限曲线可以知道,发电机只有在额定电压、电流和功率因数下运行时视在功率才能达到额定值,使其容量得到最充分的利用。发电机降低功率因数运行时,其无功功率输出将受转子电流的限制。
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