試論電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量及其控制

何麗萍

摘 要：電壓質(zhì)量是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。電壓質(zhì)量的好壞對(duì)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證用戶安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設(shè)備的安全與壽命有著重要的影響。該文分析了影響電壓質(zhì)量的主要因數(shù)、闡述了控制電壓質(zhì)量的意義、提出了控制電壓質(zhì)量的措施，以便更好地滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求。

關(guān)鍵詞：電壓質(zhì)量 控制 意義 措施

中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（b）-0208-01

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，精密儀器，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化智能化的生產(chǎn)流程等對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。怎樣保證供給用戶的電壓與額定電壓值的偏差不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的數(shù)值，已經(jīng)成為一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。

1 影響電壓質(zhì)量的主要因數(shù)

（1）電網(wǎng)布局不合理，供電半徑超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，供電線路過(guò)長(zhǎng)、導(dǎo)線截面偏小、變壓器分接頭位置不合理等會(huì)造成電壓偏移。

（2）電網(wǎng)中感性負(fù)荷的大量增加，造成功率因數(shù)下降，電壓偏移。如：電動(dòng)機(jī)為建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，需要吸取電網(wǎng)的無(wú)功功率，造成電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送無(wú)功增加了功率損耗，功率因數(shù)下降，電網(wǎng)電壓損失增大，用戶端電壓下降。反之，功率因數(shù)提高，電壓上升。

（3）具有沖擊性功率的負(fù)荷會(huì)引起電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)和閃變。如煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和軋鋼機(jī)等。它們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中有功和無(wú)功功率隨機(jī)地或周期性地大幅度變動(dòng)，導(dǎo)致同一電網(wǎng)上其他用戶電壓以相同的頻率波動(dòng)。

隨著大量非線性負(fù)荷的投入使用，如整流裝置、電氣化機(jī)車、電弧爐、調(diào)頻電焊機(jī)等接入交流電網(wǎng)時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變和高次諧波，影響其他用電設(shè)備、通訊設(shè)施等正常運(yùn)行。

2 控制電壓質(zhì)量的意義

各種用電設(shè)備只有在額定電壓下運(yùn)行才能取得最佳的工作效果。當(dāng)電壓偏離額定值較大時(shí)，不僅影響正常生產(chǎn)，還會(huì)損壞設(shè)備，甚至引起電力系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電。下面從幾個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)述。

電力系統(tǒng)電壓降低時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率將增大，由于機(jī)械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的高次方成正比，轉(zhuǎn)差增大時(shí)轉(zhuǎn)速下降，其輸出功率將迅速減少。而電廠電動(dòng)機(jī)輸出功率的減少又反過(guò)來(lái)影響鍋爐、汽輪機(jī)的工作，最終影響發(fā)電廠所發(fā)出的功率。更為嚴(yán)重的是，電壓降低后，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程將大為延遲，可能在啟動(dòng)過(guò)程中因溫度過(guò)高而燒毀。而當(dāng)電壓偏高運(yùn)行時(shí)，將加速電器設(shè)備的絕緣老化，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

電爐等電熱設(shè)備的發(fā)熱量與電壓平方成正比，電壓降低使熱效率降低。對(duì)白熾燈，電壓降低，會(huì)使發(fā)光效率和光通量大幅下降，影響視線；端電壓高于額定電壓5%，則壽命會(huì)減少一半。

電壓波動(dòng)會(huì)使電子儀器、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制設(shè)備等工作不正常；影響對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的工藝或試驗(yàn)結(jié)果等等。

電網(wǎng)運(yùn)行中若無(wú)功功率不足或過(guò)剩都將引起運(yùn)行電壓的下降或升高，在極端情況下還可能引起電壓大幅度下降而出現(xiàn)“電壓崩潰”現(xiàn)象。

高次諧波不僅會(huì)影響系統(tǒng)中其他用電設(shè)備、通訊等正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)影響到發(fā)電設(shè)備的安全運(yùn)行。為此，國(guó)際電工委員會(huì)已經(jīng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)IEC555-2。

電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)本身也有影響。電壓降低時(shí)，會(huì)使電網(wǎng)中的有功功率損耗和能量損耗增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；而電壓過(guò)高，各種電氣設(shè)備的絕緣會(huì)受到損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗。

因此，無(wú)論是作為負(fù)荷用電設(shè)備還是電力系統(tǒng)本身，都需要將電壓控制在國(guó)家規(guī)定的范圍之內(nèi)的。

3 控制電壓質(zhì)量的措施

（1）正確合理的設(shè)計(jì)工廠供電系統(tǒng)，改善運(yùn)行方式，合理供電。如合理的選擇供電半徑，減少線路迂回、功率倒送，配變盡量設(shè)在接近負(fù)荷中心的位置。此外，對(duì)負(fù)荷變化劇烈的電氣設(shè)備以專線單獨(dú)供電。

（2）因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓損失與輸電線路的阻抗有很大關(guān)系，合理選擇導(dǎo)線截面，以減少電壓損失，將輸電線的電壓損失控制在允許的范圍之內(nèi)。

（3）采用有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓。通過(guò)變壓器有載分接開關(guān)與之相配套控制器，在不停電帶負(fù)荷下調(diào)整輸出電壓。但由于變壓器本身不是無(wú)功功率電源，這種控制變壓器變比式的調(diào)壓是以系統(tǒng)無(wú)功功率電源充足為前提的。

（4）增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓。①串聯(lián)電容器補(bǔ)償調(diào)壓。電容器一般串聯(lián)在供電給車間變電所線路的高壓側(cè)，利用電容器上的容抗補(bǔ)償輸電線路中的感抗。但對(duì)于負(fù)荷功率因數(shù)高或?qū)Ь€截面小的線路，該調(diào)壓效果小。因此，串聯(lián)電容器補(bǔ)償調(diào)壓一般用于供電電壓為35 kV或10 kV、負(fù)荷波動(dòng)大且頻繁、功率因數(shù)又很低的輸配電線路。②并聯(lián)電容器組進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓。電容器可以連接成組，還可以分組投切，就地提供無(wú)功，從而減少了功率損耗和電壓損耗。但并聯(lián)電容器組只能發(fā)出感性無(wú)功，以提高電網(wǎng)電壓，而不能吸收感性無(wú)功。因此，電容器組只在重負(fù)荷時(shí)投入，輕負(fù)荷時(shí)全部退出。③并聯(lián)調(diào)相機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓。調(diào)相機(jī)既能過(guò)勵(lì)運(yùn)行，發(fā)出感性無(wú)功功率使電網(wǎng)電壓升高，又能欠勵(lì)運(yùn)行，吸收感性無(wú)功功率使電壓降低。通過(guò)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，達(dá)到平滑地調(diào)節(jié)電壓的目的。但調(diào)相機(jī)的有功功率損耗較大，運(yùn)行的維護(hù)量也較大。④采用靜止無(wú)功補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)壓。它是將可控的電抗器與電容器并聯(lián)使用，電容器發(fā)出無(wú)功，可控電抗器則可以吸收無(wú)功功率，根據(jù)無(wú)功負(fù)荷的變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持母線電壓的穩(wěn)定。為了減少無(wú)功功率沖擊引起的電壓閃變，國(guó)內(nèi)外普遍采用靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC。

5、設(shè)置濾波裝置抑制諧波。①無(wú)源濾波裝置，它是由電力電容器、電抗器和電阻器聯(lián)接成交流濾波器，多個(gè)濾波器組合稱為無(wú)源濾波裝置。在電路中它和諧波源并聯(lián)，除作濾波外，還能對(duì)基波進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。但該裝置的體積和質(zhì)量都很大，調(diào)整的準(zhǔn)確度要求很高。②）有源濾波裝置，近年來(lái)采用電力晶體管（GTR）和可關(guān)斷晶閘管（GTO）及脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)等構(gòu)成有源濾器，對(duì)負(fù)載電流作實(shí)時(shí)補(bǔ)償；另一種是在負(fù)載本身的整流器和濾波電容之間增加一個(gè)功率變換電路，它能將整流器的輸入電流校正成與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，消除諧波和無(wú)功電流，還能有效提高電網(wǎng)功率因數(shù)，從而保證了電壓質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

電壓質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著用戶的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、用電設(shè)備的壽命等。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓為額定值時(shí)才有最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)不同的電壓控制措施的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際，選用不同的調(diào)壓方式，或綜合采用多種調(diào)壓措施，以達(dá)到最好的調(diào)壓效果，更好地滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)電壓質(zhì)量的要求。

參考文獻(xiàn)

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