如何改善配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的研究

邱弘杰

【摘 要】隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，用電范圍日益擴大，用電量與日俱增，廣大用戶都要求優(yōu)質(zhì)的、合格的供電電壓質(zhì)量。因此，供電系統(tǒng)要想方設(shè)法保證向用戶提供符合標準的電能質(zhì)量。10kV的配網(wǎng)主要設(shè)備包括線路、變壓器、開關(guān)以及用戶用電設(shè)備等，而線路、變壓器以及用戶的用電設(shè)備等的日常運行都與電壓質(zhì)量是否符合要求息息相關(guān)。本文主要根據(jù)10kV配網(wǎng)的運行特點、運行情況，分析影響10kV配網(wǎng)電壓質(zhì)量的原因，提出解決問題的方法，從而達到改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的目的。

【關(guān)鍵詞】電壓質(zhì)量；電壓指標；用電設(shè)備；10kv配網(wǎng)

1.供電電壓指標

（1）電壓質(zhì)量是供電企業(yè)向電力用戶必須保證的一項十分重要的指標。作為供電部門必須要盡可能去完成這些指標，以達到對用戶安全、優(yōu)質(zhì)、可靠供電的要求，通過多年來人們的計算和實際運行效果來看，下面的內(nèi)容值得注意：

容量大小和輸送電能距離遠近，對供電電壓的選擇有很大的關(guān)系。某一供電電壓，必然有它所對應的最合理的供電容量和輸送距離。而在供電容量和輸送距離一定的條件下，電壓增高，電流減少，導線截面與供電損耗也相應減少。因此，按照供電容量、輸送距離和供電電壓等級的關(guān)系，選擇最佳的供電電壓。

一般供電容量在100kW以下或輸送距離在0.6km以內(nèi)的，采用0.38/0.22kV供電；

供電容量在100～1200kW或輸送距離在4～15km以內(nèi)的，采用6kV供電；

供電容量在200～2000kW或輸送距離在6～20km以內(nèi)的，采用10kV供電；

供電系統(tǒng)應保持額定電壓運行，供電系統(tǒng)向用戶供電，用戶受電端電壓變動幅度不應超過：①10kV及以下高壓電力用戶和低壓電力用戶為額定電壓的±7%。②低壓照明用戶受電端電壓變動幅度為額定電壓的+7%、-10%。電壓變動幅度可按下式計算： ，式中為電壓變動率，為用戶受電端實測電壓，為供電額定電壓。

電壓偏差允許值，包括用電設(shè)備端子電壓偏差允許值和供電電壓允許偏差。

（1）用電設(shè)備端子電壓偏差允許值。用電設(shè)備端子電壓實際值偏離額定值時，其性能將直接受到影響。各種用電設(shè)備都是按額定電壓設(shè)計制造的。這些設(shè)備在額定電壓下運行將取得最佳的工效。電壓過大地偏離額定值，將對用戶產(chǎn)生不良的影響。

從節(jié)能和充分發(fā)揮設(shè)備效能考慮，應盡可能使工作電壓維持在額定狀態(tài)，偏離此值將使線路損耗、設(shè)備效率、設(shè)備壽命及功能向不利的方向發(fā)展。

實際上，大多數(shù)用電設(shè)備在稍許偏離額定值的電壓下運行，仍有良好的技術(shù)性能。

線路電壓損失允許值：

2.供電系統(tǒng)電壓不合格的原因以及對系統(tǒng)的危害

（1）造成配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量不合格的主要原因是配網(wǎng)的運行方式不合理，負荷功率因數(shù)低、配變分接開關(guān)的位置選擇不合適。

（2）配網(wǎng)的負荷的影響，配網(wǎng)的負荷主要分為：

①正常周期性負載：

在周期性負載中，某段時間環(huán)境溫度較高，或超過額定電流，但可以由其它時間內(nèi)環(huán)境溫度較低，或低于額定電流所補償。從熱老化的觀點出發(fā)，它與設(shè)計采用的環(huán)境溫度下施加額定負載是等效的。

②長期急救周期性負載：

要求變壓器長時間在環(huán)境溫度較高，或超過額定電流下運行，這種方式可能持續(xù)幾星期或幾個月，將導致變壓器的老化加速，但不直接危及絕緣的安全。

③短期急救負載：

要求變壓器短時間大幅度超額定電流運行。這種負載可能導致繞組熱點溫度達到危險的程度，使絕緣強度暫時下降。

供電電壓質(zhì)量是否合格對配網(wǎng)的安全運行有著重要的意義，如果供電電壓的過高將會使到配網(wǎng)的線路及設(shè)備損壞甚至出現(xiàn)事故以及會燒毀用戶的設(shè)備，電壓過低會使到電網(wǎng)的線損增大，浪費電能，使到用戶的設(shè)備不能正常啟動，不能正常出力，出現(xiàn)殘次產(chǎn)品，會燒毀用戶設(shè)備，甚至使到有些裝有電壓保護的用戶由于電壓降低而停電，因此，我們必須要重視這個問題，采取有效措施改善配網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

3.提高配網(wǎng)電壓質(zhì)量的方法

在國家標準GB3485《評價企業(yè)合理用電技術(shù)導則》中規(guī)定，“企業(yè)受電端電壓在額定電壓范圍之內(nèi)，企業(yè)內(nèi)部供電電壓偏移允許值一般不應超過額定電壓±5%?！边@是指當企業(yè)受電端電壓雖然在額定電壓范圍之內(nèi)，而由于企業(yè)內(nèi)部用電設(shè)備使用不合理所引起的電壓偏移，也應采取措施，使企業(yè)內(nèi)部供電電壓維持在額定電壓±5%范圍之內(nèi)。為達到這一標準，可采取下列措施：

（1）做好電網(wǎng)運行分析和負荷預測，根據(jù)負荷分布情況調(diào)整運行方式， 避免變壓器滿載、超載或輕載運行。變壓器在負荷率為75%～80%比較合理，一般變壓器負荷小于30%時，應按經(jīng)濟條件考核后，合理更換相應容量的變壓器。負荷率在30%～60%時，可經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，決定是否需要更換變壓器，另外，在廠休、節(jié)假日或負荷的低谷時間，可以盡量將負荷集中在一臺或幾臺變壓器上，停掉多余的空載變壓器，減少功率損耗，通過負荷的調(diào)整使到各線路的負荷盡量平衡，達到改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的目的。

（2）根據(jù)用戶的具體情況合理選擇變壓器的分接開關(guān)位置，變壓器一次額定電壓的選擇如果不當，那就必然造成二次電壓偏高或偏低。為此應注意，如果變壓器離電源較近，其一次線圈的額定電壓可選高一些，如10.5kV，如果離電源較遠可選低一些，如10kV，這樣有利于二次電壓接近額定電壓。一般變壓器，通過分接開關(guān)調(diào)整電壓分接頭，以使變壓器二次電壓相對于額定電壓有±5%的變動。用以補償在低壓側(cè)線路上的電壓損失，保證用電設(shè)備端的電壓偏移不超過允許值但是有一點應注意，即在選用分接開關(guān)檔次之前，應根據(jù)實際情況，仔細核算，看在哪個位置電壓值最佳。因為一般變壓器電壓分接開關(guān)可調(diào)整的范圍是土5%。注意防止調(diào)整后又過高、過低或?qū)﹃P(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備造成不良影響，通過合理選擇變壓器分接頭位置達到改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的目的。

（3）合理減少供配電系統(tǒng)的阻抗電壓降等于電流和阻抗的乘積，而線路電阻與導線截面成反比，與長度成正比，所以縮短線路的距離，使導線截面足夠大，可以減少配電系統(tǒng)的阻抗.這對于負荷波動較大的配電干線，除了可以降低基本功率損耗或基本電能損耗之外，還能減少負荷波動引起的負荷波動附加線損，使電壓水平保持穩(wěn)定。

（4）盡量使三相負荷平衡。因為若三相負荷分布不均勻，將產(chǎn)生不平衡電壓，從而加大了電壓偏移。

（5）從整個配電網(wǎng)絡(luò)去考慮，考慮采用并聯(lián)電容器的方法來實現(xiàn)改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的目的。并聯(lián)電容器有幾項優(yōu)點，例如：它的有功功率損耗小，運行維護方便，單臺容量較小，便于集合成組裝置，個別電容器損壞并不影響整個裝置的運行，所以應用很廣泛。

并聯(lián)電容器的作用主要有以下幾點：

（1）補償無功功率，提高功率因數(shù)，改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量。由于并聯(lián)電容器與電感性負荷并聯(lián)安裝，所以，當電感性負荷吸收能量時，正好并聯(lián)電容器釋放能量。而電感性負荷放出能量時，并聯(lián)電容器卻在吸收能量。能量在兩者間轉(zhuǎn)換。即：電感性負荷所吸收的無功功率，可由并聯(lián)電容器所輸出的無功功率中得到補償。當電網(wǎng)容量一定時，使無功功率減少，從而可大大提高功率因數(shù)，使到電壓質(zhì)量得到改善。

（2）提高設(shè)備出力。由于有功功率，當設(shè)備的表現(xiàn)（視在）功率一定時，如果功率因素提高，上式中的P也隨之增大，可見電氣設(shè)備的有功出力也提高了。

（3）降低功率損耗和電能損失。在三相交流電路中，功率損耗）：

由此可見，當功率因素提高后，將使功率損失大大下降。因此使得每年在線路上和變壓器中的電能損失下降。

（4）改善電壓質(zhì)量。在線路中電壓損失：

由上式可見，當線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失也就減少了。

電容器的聯(lián)結(jié)方式及補償方法：

（1）并聯(lián)電容器與電力網(wǎng)的連接方法：

并聯(lián)電容器與電力網(wǎng)的連接，額定電壓應相符。在三相供電系統(tǒng)中單相電容器的額定電壓與電力網(wǎng)電壓的額定電壓相同時，電容器應采用三角形接法，如果按星形接法連接，則每相電壓是線電壓的1/倍，又因，所以無功功率為三角形接法時的1/3倍，顯然是不合理的。

當單相電容器的額定電壓較線路的額定電壓低時，應采用星形連接或幾個電容器串聯(lián)以后接成三角形。而三相電容器只要其額定電壓等于或高于電網(wǎng)的額定電壓即可直接接入使用。值得注意的是，若采用星形連接且需電容并聯(lián)提高補償無功功率時，必須是電容器組中性點可以接地的供電系統(tǒng)。否則若某支路并聯(lián)的電容器發(fā)生故障，該支路的容抗增大，電壓降增大，將擊穿電容器。

（2）并聯(lián)電容器的補償方法：

并聯(lián)電容器的補償方法可分為個別補償、分散補償和集中補償3種。

①個別補償：在用電設(shè)備附近按照其本身無功功率的需要量裝設(shè)電容器組，一般與用電設(shè)備同時投入運行或斷開。

對感應電動機個別補償時，一般應以空載時補償至功率因素接近1為準，因為空載時所損耗的無功功率最小，補償后既使電動機滿載，功率因素也是滯后的，如果已滿載時耗用的無功功率作為補償依據(jù)，則空載或輕載時必然形成過補償。

在采用個別補償時，可以最大限度地減少系統(tǒng)中流過的無功電流，使整個供電系統(tǒng)的功率及能量損耗、線路的導線截面、有色金屬消耗量、開關(guān)設(shè)備和變壓器容量等都相應減少或降低。從效果而論，這是最好的補償方式。但這種補償方式存在以下缺點：

a.電容器利用率低，需要和電動機同時投入使用；

b.有可能產(chǎn)生自激過電壓；

c.易受機械震動和環(huán)境影響；

d.投資費用高。

②分散補償：分散補償?shù)碾娙萜?，一般接在車間配電母線上，其利用率較高，投資費用節(jié)省，但只能補償供電線路和變壓器中的無功功率，而配電線路中的無功功率可由個別補償來解決，是一種比較經(jīng)濟合理的補償方式。

③集中補償：集中補償是將電容器設(shè)置在工廠總降壓變電所內(nèi)。

集中補償?shù)碾娙萜魅萘?，僅需按照變、配電所的總負荷選擇。容量比個別或分散補償所需要的少，利用率更高，投資費用少，變、配電所的無功負荷比較平穩(wěn)，便于管理和電容器的維護保養(yǎng)。但變、配電所的各饋電線路未得到補償，僅減輕了供電電網(wǎng)的無功功率。對于補償容量相當大的工廠，多采用高壓集中補償和低壓分散補償相結(jié)合的方式。

應當注意，當電容器需串聯(lián)后接入電網(wǎng)時，則每臺電容器的外殼對地均應絕緣起來，其絕緣水平應不低于電網(wǎng)的額定電壓。在中性點不接地的系統(tǒng)中，當電容器采用星形接線時，其外殼也應與地絕緣，絕緣等級也應符合電網(wǎng)的額定電壓。這主要是考慮在中性點不接地系統(tǒng)中，當發(fā)生一相接地時，其他兩相電壓將升高倍。將電容器的外殼絕緣起來，以防止電容器因過電壓而受到損壞。

為了改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量，在電力系統(tǒng)中的供電線路中還采用了串聯(lián)電容器補償。通過線路中串聯(lián)電容器的措施，提高線路末端電壓，減少網(wǎng)絡(luò)的電能損耗。

4.結(jié)論

電壓是電能質(zhì)量的重要指標，電壓質(zhì)量對電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，對確保用戶安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設(shè)備的安全與壽命有重要的影響。以上對配網(wǎng)統(tǒng)導致電壓質(zhì)量不合格的原因作了剖析，然后從規(guī)劃著手，合理調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的運行方式，縮短線路的供電范圍半徑（包括高低壓線路），合理選擇導線截面減少線路阻抗，根據(jù)用電負荷的性質(zhì)，調(diào)整用電負荷，根據(jù)用戶的具體情況合理選擇變壓器分接開關(guān)的位置，采取有效的無功補償手段等方法實現(xiàn)改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量，從而滿足供電系統(tǒng)的供電指標的要求，也真正從改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的意義方面出發(fā)，真正達到改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的目的。