電力系統(tǒng)運(yùn)行的電壓質(zhì)量及電壓調(diào)整措施分析

梁 芬

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司保靖縣供電分公司，湖南 保靖 416500）

電力系統(tǒng)運(yùn)行的電壓質(zhì)量及電壓調(diào)整措施分析

梁 芬

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司保靖縣供電分公司，湖南 保靖 416500）

電力工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，無論是對(duì)人們的日常生活還是各行各業(yè)的工作生產(chǎn)都是息息相關(guān)的。確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證電壓質(zhì)量和用電質(zhì)能達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，從而讓供電網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)的其他設(shè)備能夠高質(zhì)高量地完成運(yùn)行任務(wù)，保障人民生產(chǎn)生活用電足量、穩(wěn)定，就是為國(guó)民生產(chǎn)生活安全、穩(wěn)定發(fā)展提供強(qiáng)有力的硬件設(shè)備后盾。

電力系統(tǒng)；電壓質(zhì)量；電壓調(diào)整措施；電力工業(yè)；用電質(zhì)能；供電網(wǎng)絡(luò)

高質(zhì)量的電能對(duì)保證生產(chǎn)安全和生活穩(wěn)定有著至關(guān)重要的影響。電壓質(zhì)量對(duì)電能質(zhì)量起著決定性作用，不穩(wěn)定的電壓對(duì)機(jī)器設(shè)備的耗損更大、容易造成機(jī)器損傷，對(duì)設(shè)備壽命、產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)帶來不利影響。低質(zhì)量的電壓甚至可能會(huì)造成電路短路，引發(fā)重大事故，給生產(chǎn)安全帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，電力行業(yè)的工作人員，尤其是調(diào)度所的職工需要做好調(diào)整電壓質(zhì)量的工作，以保證電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)、電網(wǎng)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)高效運(yùn)行。

1 為什么要保證電壓質(zhì)量

高質(zhì)量的電壓能保證電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于用電設(shè)備而言，額定電壓是設(shè)備最理想的工作電壓，也是最能保證電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的電壓。用電設(shè)備的額定電壓等于系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓。對(duì)于用戶來說，如果設(shè)備的電壓太高，超過了設(shè)備的額定電壓，設(shè)備運(yùn)行的功率過大，對(duì)機(jī)器的硬件消耗大，會(huì)縮短設(shè)備的運(yùn)行壽命，并且會(huì)提高機(jī)器出現(xiàn)故障的可能性，對(duì)用電安全保障有極大的潛在威脅；如果設(shè)備的運(yùn)行電壓過低，則存在電壓不穩(wěn)、電網(wǎng)運(yùn)行效率低的情況，可能造成機(jī)器運(yùn)行異常、設(shè)備失靈等狀況，同樣可能引發(fā)用電事故。

隨著現(xiàn)代電子設(shè)備的廣泛運(yùn)用和發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的電壓質(zhì)量要求越來越高、要求設(shè)備運(yùn)行電壓達(dá)到額定電壓的程度越來越精確。在電力運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)，電源供給負(fù)載的電功率有兩種：一種是有功功率；另一種是無功功率，通常情況下，用電設(shè)備通過電源取得的是無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就無法建立正常的電場(chǎng)，電網(wǎng)電壓大幅下降，用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不靈，甚至可能造成電網(wǎng)崩潰。

由此可見，保證電壓質(zhì)量，確保運(yùn)行電壓達(dá)到額定電壓，就是保證電氣設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，就是保證生產(chǎn)生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 電力系統(tǒng)功率與電壓的關(guān)系

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)中的無功功率和耗損通常是平衡的。電壓變化對(duì)無功負(fù)荷的影響遠(yuǎn)大于對(duì)有功負(fù)荷的影響。

圖1

如圖1所示，曲線1、3是系統(tǒng)無功電壓曲線；曲線2、4是負(fù)荷的無功電壓曲線。Ue與Ua分別為高電壓和低電壓下的無功平衡點(diǎn)。當(dāng)交點(diǎn)在Ua低壓平衡點(diǎn)上時(shí)，由于負(fù)荷電壓增加，系統(tǒng)的無功電壓只能被迫下降，如果此時(shí)電源容量不足，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)和電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成損傷。因此如果要讓系統(tǒng)保持較高的電壓水平，達(dá)到Ue的點(diǎn)，就要降低負(fù)荷電壓或是加附加設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償，使電力系統(tǒng)獲得足夠的電源容量。

3 目前常見的中樞點(diǎn)調(diào)壓方式

以某地區(qū)配電網(wǎng)為例，如表1所示：

表1

根據(jù)城市供電系統(tǒng)的規(guī)定，供電電壓在35kV以上的特殊用戶（多為企業(yè)和生產(chǎn)供電），允許電壓變動(dòng)控制在增減5%上下；供電10kV以下的低壓電用戶，允許電壓變動(dòng)控制在加減7%左右；低壓照明用戶，可以往上增加5%的浮動(dòng)，減少10%的浮動(dòng)。

由表1可知，該地區(qū)電力系統(tǒng)運(yùn)行下，不同條件的用戶電壓合格率大部分可以保證在95%以上，但農(nóng)村用戶偏低。這一結(jié)果是比較符合我國(guó)大部分地區(qū)的用電規(guī)律的。

A類電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要指電力系統(tǒng)中監(jiān)視、控制和調(diào)整電壓的母線；B類指的是35kV以上用戶；C類指的是10kV以下用戶；D類則指的是低壓照明用戶。計(jì)算電壓波動(dòng)的幅度，通常采用實(shí)際運(yùn)行電壓減去額定電壓的計(jì)算方法，根據(jù)實(shí)際電壓波動(dòng)幅度，對(duì)照允許的電壓變動(dòng)范圍，就能計(jì)算出電壓合格率。以A為例，A＝[1－∑n電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓超出偏差時(shí)間（分）/∑n電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間（分）]×100%；其中n指的是監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

增權(quán)模式主要包括“個(gè)體主動(dòng)模式”與“外力推動(dòng)模式”（范斌，2004）；個(gè)體主動(dòng)模式強(qiáng)調(diào)個(gè)人在增權(quán)過程中的決定作用，其假設(shè)前提是權(quán)力存在于案主之中（張時(shí)飛，2001），外力推動(dòng)模式則強(qiáng)調(diào)外部力量在激活弱勢(shì)群體方面的推動(dòng)作用（范斌，2004）。這個(gè)理論既相信權(quán)力存在于服務(wù)使用者本身，也深知外部力量在促進(jìn)服務(wù)使用者具備權(quán)能過程中的重要性。

表格1公式中，N指的是B、C、D類別數(shù)。從計(jì)算電壓合格率的公式可知，決定電壓合格率的主要因素為母線電壓的質(zhì)量以及BCD三類用戶供電電壓質(zhì)量之和。因此，在允許的范圍內(nèi)，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行方面電壓質(zhì)量能夠達(dá)標(biāo)，可以先考慮通過調(diào)整母線的電壓中樞點(diǎn)來達(dá)到目標(biāo)。目前能采用調(diào)整中樞點(diǎn)電壓達(dá)到調(diào)壓目的的方法有三種：

3.1 逆調(diào)壓法

逆調(diào)壓法指的是在電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到最大時(shí)，調(diào)整中樞點(diǎn)，使實(shí)際電壓高于額定電壓；當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，則要求中樞點(diǎn)的電壓與額定電壓相等。這種方式適用于負(fù)荷變化大、線路較長(zhǎng)的情況。

3.2 恒調(diào)壓法

恒調(diào)壓法是將中樞點(diǎn)的電壓調(diào)整到穩(wěn)定數(shù)值，一般來說，會(huì)較額定電壓高出5%左右，數(shù)值在調(diào)整后浮動(dòng)范圍不大，因而叫做恒調(diào)壓法。這種方式適用于電網(wǎng)負(fù)荷不會(huì)過大，電壓變化也不大的情況，因而并不適用于大型機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)的環(huán)境。

3.3 順調(diào)壓法

通過表格可以知道，母線電壓合格率直接決定了綜合合格率的數(shù)值，如果母線電壓變動(dòng)較大，電網(wǎng)負(fù)荷很可能會(huì)過載或是出現(xiàn)電壓超額的情況。這個(gè)時(shí)候就需要從其他方面來調(diào)整改變電壓質(zhì)量。

4 調(diào)整電壓質(zhì)量的其他方式

為了降低電壓中樞母線的消耗，保證中樞點(diǎn)電壓維持在穩(wěn)定范圍，還可以通過以下三種方式調(diào)壓：

4.1 通過改變變壓器的變壓比率來調(diào)整電壓

分為不帶負(fù)荷式調(diào)壓和帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)調(diào)壓兩種情況。不帶負(fù)荷式調(diào)壓需要在停電條件下操作。在變壓器斷電、設(shè)備停電后，對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行改造，在變壓器原本就能調(diào)整電壓的情況下，實(shí)現(xiàn)再次調(diào)壓。相當(dāng)于對(duì)實(shí)際輸出的電壓做了兩次調(diào)整，通過多次改變變壓器的變比的手段，分次數(shù)調(diào)整電壓。這種方式需要暫時(shí)性將電力系統(tǒng)斷電操作，在調(diào)整變壓器時(shí)，該電網(wǎng)覆蓋區(qū)域等同于無法使用電能，因此適用于較為偏遠(yuǎn)地區(qū)，用電率較低的農(nóng)村和山區(qū)；而在使用電能概率較高的城區(qū)范圍，目前則較為廣泛地采用了有載式調(diào)壓法，即在電網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)行變壓器分接頭的調(diào)整，這種方法相對(duì)來說風(fēng)險(xiǎn)較大，但避免了設(shè)備斷電，并且可以進(jìn)行較大范圍的多級(jí)調(diào)壓，因此適用于城市用戶。

4.2 通過改變線路參數(shù)的方式來調(diào)整電壓

通常包括以下三種做法：（1）用串聯(lián)式電容器并聯(lián)保護(hù)回路，補(bǔ)償線路參數(shù)。當(dāng)電壓負(fù)荷功率偏低，電壓實(shí)際輸送功率較大時(shí)，需要用串聯(lián)電容器進(jìn)行調(diào)壓，以降低電力系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷的波動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整電壓的目的，但這種串聯(lián)式電容器在電路短路時(shí)容易引起過電事故，因此需要并聯(lián)一個(gè)保護(hù)回路，使電路產(chǎn)生異常，發(fā)生短路故障時(shí)，電容器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生過電保護(hù)，及時(shí)阻止危險(xiǎn)和損失擴(kuò)大；（2）在低壓電網(wǎng)建設(shè)時(shí)，采用并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償消耗過大，從經(jīng)濟(jì)層面考慮并不合理，因此可以考慮從電路導(dǎo)線的方向出發(fā)，選擇適當(dāng)截面大小的導(dǎo)線，以保證通過導(dǎo)線的電流能滿額運(yùn)行；（3）采用串聯(lián)電感線圈，吸收過剩的無功功率，以增加電壓的消耗，通過此消彼長(zhǎng)的方式來保證電壓質(zhì)量。

4.3 通過改變電網(wǎng)的消耗情況來進(jìn)行調(diào)壓

主要是指改變無功功率的分布。通過靠近用戶端的電線改裝，設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)備（例如靜止補(bǔ)償器等）來調(diào)整電網(wǎng)的無功功率分布情況，從而達(dá)到調(diào)整電網(wǎng)消耗情況、改變電壓的目的。

主要的辦法有：安裝同期調(diào)相機(jī)，根據(jù)電壓負(fù)荷的情況，直接調(diào)整中樞母線的電壓，這種方法耗資較大，運(yùn)行和維護(hù)也比較麻煩；可以在變電站的母線上安裝靜電電容器，但是這種方式只能在電壓過載時(shí)提供無功功率相抵消，在電壓過低時(shí)不適用；國(guó)內(nèi)外目前比較常用的加裝無功補(bǔ)償設(shè)備是靜止補(bǔ)償器，通過并聯(lián)安裝靜止補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)電容器和靜止補(bǔ)償器的交替工作，當(dāng)電壓過載時(shí)，電容器發(fā)出無功功率調(diào)整電壓，當(dāng)電壓偏低時(shí)，靜止補(bǔ)償器吸收多余無功，提高電壓。

5 結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電壓質(zhì)量能直接影響到電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。電能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必備后盾，也是人民安居樂業(yè)、社會(huì)長(zhǎng)治久安的必備能源。要保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行、保證電能正常供給，就必須采取安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的措施來保證電壓質(zhì)量、降低電網(wǎng)損耗。同時(shí)還要重視對(duì)電業(yè)部門的人才培養(yǎng)，提高工作人員對(duì)電壓質(zhì)量的管理改造水平，優(yōu)化電業(yè)工作的操作，以提高供電設(shè)備的技術(shù)性、智能性，從而進(jìn)一步提高電壓合格率，保證電壓質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全性。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）

TM714

1009-2374（2017）12-0042-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.022

梁芬（1975-），女（苗族），湖南保靖人，國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司保靖縣供電分公司助理工程師，研究方向：電力調(diào)度運(yùn)行以及行政管理。

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