電網(wǎng)電壓質(zhì)量與電力管理分析

摘要：電網(wǎng)中的電壓質(zhì)量和無功之間的關(guān)系相當(dāng)密切。通過對某電網(wǎng)的具體工作狀況進(jìn)行調(diào)研與分析，對當(dāng)前電網(wǎng)中電壓的實(shí)際管理狀況以及電網(wǎng)無功情況進(jìn)行了淺析，同時(shí)對提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量，加強(qiáng)電力管理措施提出了相應(yīng)建議。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)無功；科學(xué)管理；電壓質(zhì)量

作者簡介：楊志強(qiáng)（1973-），男，河南淇縣人，河南淇縣供電有限責(zé)任公司，助理工程師。（河南?淇縣?456750）

中圖分類號：F273?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）27-0134-02

我們在對電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量水平進(jìn)行評價(jià)時(shí)主要使用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是電網(wǎng)電壓，電壓質(zhì)量的實(shí)際狀況對電力設(shè)施是否可以安全運(yùn)轉(zhuǎn)、電網(wǎng)的工作是否保持穩(wěn)定、電能在傳送過程中的損耗、各行各業(yè)的安全用電、群眾的正常生活用電等多個方面都具有直接的影響。同時(shí)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量與電網(wǎng)的無功之間有著密切聯(lián)系，電力系統(tǒng)中電壓的實(shí)際運(yùn)行狀況完全取決于電網(wǎng)無功功率是否能夠達(dá)到平衡。電力系統(tǒng)中的無功功率應(yīng)該完全滿足電力系統(tǒng)所需要的條件，不然電網(wǎng)的電壓就會偏離正常范圍值。當(dāng)電網(wǎng)電壓偏低，電力系統(tǒng)中的電能流失情況會加劇，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值時(shí)，還有可能會危害到電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)系統(tǒng)的癱瘓；當(dāng)電力系統(tǒng)中的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常值時(shí)，電力系統(tǒng)中的每一設(shè)施在絕緣方面的性能會大打折扣。無功電力設(shè)施在電力系統(tǒng)里的應(yīng)用可以有效保護(hù)電能質(zhì)量，以保障電力系統(tǒng)運(yùn)行性，確保電力用戶用電的安全性。

一、電力系統(tǒng)的無功功率和電壓的作用

電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，與無功功率的調(diào)節(jié)能力以及對系統(tǒng)電壓的控制技術(shù)密不可分。電壓是電力能量的一個關(guān)鍵要素。從某種程度上講，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量會影響整個電力系統(tǒng)。如果用戶使用過高的電壓，便會使得變電所超負(fù)荷的運(yùn)行程度大大加重，用戶的電器在使用時(shí)的質(zhì)量也會受到影響，甚至還會損壞用戶所用的設(shè)施；如果處于超高壓的輸電線路，電暈損耗也會大幅提高；情況嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致電壓的崩潰，引發(fā)范圍較大的停電。如果處在降低電壓的情況下，則有可能會加大能量的損耗及有功功率的損耗；若電壓過低，甚至還會對電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。不管是對電力系統(tǒng)自身而言，還是對負(fù)荷用電設(shè)施來說，其均需要在電壓額定的情況下進(jìn)行工作。就經(jīng)濟(jì)角度與技術(shù)角度的綜合情況看，必須對每一用戶的允許電壓偏移值作出統(tǒng)一的規(guī)定。

要想確保電力系統(tǒng)中電壓的質(zhì)量，一個最為基本的前提便是確保系統(tǒng)中的無功功率的平衡。處于運(yùn)行狀態(tài)的全部設(shè)備，需要自系統(tǒng)中的無功功率的電源發(fā)出來的∑QL（無功功率的損耗）與∑QG（無功功率）及∑QD（無功功率的負(fù)荷）處在一個平衡狀態(tài)，用公式表示就是：∑QG=∑QL+∑QD。

但需要明確的是，確保電力系統(tǒng)能夠合理分布無功功率電源是保障無功電源被充分利用、使電壓的質(zhì)量得以提高及降低網(wǎng)絡(luò)有功損耗的必要前提。可以這樣說，無需消耗能源就可以產(chǎn)生無功功率，然而在電線路上傳送無功功率卻會引起電壓與無功功率的損耗。在控制無功功率的電源時(shí)，希望能夠通過科學(xué)分配每一無功電源及有效配置無功功率補(bǔ)償設(shè)施的措施，使電力系統(tǒng)中無功功率的分布得以改善，能夠降低電壓的損耗與有功功率的損耗，進(jìn)而使負(fù)荷用戶電壓的質(zhì)量得以提高。

二、電力系統(tǒng)中電壓控制的幾種方式

1.發(fā)電機(jī)控制調(diào)壓

對發(fā)電機(jī)勵磁電流進(jìn)行控制，能夠使發(fā)電機(jī)的端電壓發(fā)生改變。在端電壓偏移額定值未超出±5%的范圍的情況下，發(fā)電機(jī)是能夠正常運(yùn)行的。對那些小系統(tǒng)而言，發(fā)電機(jī)直接向其供電，由于其供電的線路較短，在輸電線路上的電壓損耗也不大，所以能夠通過發(fā)電機(jī)來對電壓進(jìn)行直接的控制，以確保負(fù)荷電壓能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。由于其無需配備額外設(shè)施，所以是我們可以優(yōu)先考慮的最合理最經(jīng)濟(jì)的控壓方法。然而此法并不適用于那些電壓等級較多、輸電線路較長、存在地方負(fù)荷的系統(tǒng)，在規(guī)模較大的電力系統(tǒng)里其只是作為輔助性手段應(yīng)用。

2.通過對變壓器的變比的控制來調(diào)壓

電力變壓器在一般情況下均具備能夠用于調(diào)整控制的分接抽頭，能夠借助于對分接抽頭位置的調(diào)整使變壓器的變比得到控制。無功功率的分布與每一節(jié)點(diǎn)處的電壓在高壓電網(wǎng)里關(guān)系密切，借助于變壓器的變化與控制使負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓得以控制，從本質(zhì)上將使無功功率分布得以改變。由于變壓器并非是無功功率電源，因此，充足的全電力系統(tǒng)的無功功率電源在電力系統(tǒng)里是對變壓器變比調(diào)壓進(jìn)行控制的前提。由此可知，在電力系統(tǒng)里的無功功率電源不足的情況下，是無法通過使變壓器的變比改變的方法來達(dá)到控制電壓效果的目的的。

3.通過無功功率的補(bǔ)償設(shè)施進(jìn)行調(diào)壓

我們通常使用的是電容器、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等三種并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)施，其主要功能為在重負(fù)荷的情況下發(fā)出感性無功功率，以使負(fù)荷需求得到補(bǔ)償，以期降低因此類感性無功功率的輸送而產(chǎn)生于輸電線路中的電壓降落，進(jìn)而保證負(fù)荷端處輸出電壓的實(shí)際效果。

4.借助于串聯(lián)電容器的應(yīng)用對調(diào)壓進(jìn)行控制

其所適合的輸配電線路應(yīng)滿足下述幾點(diǎn)：應(yīng)有較低的功率因數(shù)；其供電的電壓應(yīng)為10kV或者是35 kV；應(yīng)有頻繁并且較大的負(fù)荷波動。該方法是借助于電容器在輸電線路中的串聯(lián)接入，通過電容器中的容抗對輸電線路里的感抗進(jìn)行補(bǔ)償，其目的就在于通過降低電壓損耗后的分量，使位于輸電線路的末端處的電壓得以提高，圖1為利用串聯(lián)電容器控制調(diào)壓原理圖。

三、某電力系統(tǒng)中的無功情況實(shí)例分析

1.某電力系統(tǒng)的基本情況

某電力公司下屬的供電局一共有35千伏及以上變電站127座，其中500千伏變電站4座，220千伏變電站21座，110千伏變電站92座，35千伏變電站10座。127座變電站都配置了相應(yīng)的電力無功補(bǔ)償設(shè)備。

2.電力無功設(shè)備的設(shè)置規(guī)則以及調(diào)試方式

某市電力系統(tǒng)的電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備大多數(shù)都裝備于35千伏及10千伏母線上，配置原則是就地補(bǔ)償原則，保證將電網(wǎng)的無功功率平衡分配到各個區(qū)域。對電壓的具體調(diào)控手段有以下幾種主要模式：（1）通過變壓器設(shè)備調(diào)節(jié)。變壓器對電網(wǎng)無功功率的調(diào)節(jié)又分為有載調(diào)節(jié)和無載調(diào)節(jié)。有載調(diào)節(jié)能夠在電力系統(tǒng)不斷電的情況下對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量以及電壓進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，同時(shí)安全快速，不會對電力系統(tǒng)的供電性能產(chǎn)生影響。無載調(diào)節(jié)相對于有載調(diào)節(jié)存在著一定的劣勢，無載調(diào)節(jié)在對電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中，必須進(jìn)行斷電處理，同時(shí)不能夠保證不損害電壓以及電能質(zhì)量。（2）利用電抗器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。有載調(diào)節(jié)隨著調(diào)節(jié)機(jī)動靈活，對電壓的調(diào)節(jié)幅度很大，但是在電力系統(tǒng)的無功功率不充足的情況下，有載調(diào)節(jié)僅僅能夠調(diào)節(jié)電壓的平衡分布，不能為電力系統(tǒng)提供電力無功，而這一性能恰恰是電抗器能夠完成的。對電力系統(tǒng)增加電抗器能夠減少電力網(wǎng)絡(luò)的無功，還降低了電力網(wǎng)絡(luò)的電壓。

3.電力電網(wǎng)無功設(shè)備狀況以及所存在的問題

（1）一部分地區(qū)無功設(shè)備不足。某市現(xiàn)階段仍然有一部分地區(qū)的110千伏的無功設(shè)備不能夠起到相應(yīng)的作用，且比較集中在用電量的超負(fù)荷地區(qū)，還有一部分地區(qū)的無功狀況出現(xiàn)盈余。因?yàn)橐恍┑貐^(qū)對電能的需求值偏大，造成電力供電系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)作，同時(shí)對無功設(shè)備的需求量也很大，需要增加無功設(shè)備以及加大供電能力。由于大部分的110千伏變電站的供電電源有限，220千伏變電站的電壓值比較高，電容器不能夠正常投入使用，造成所裝配的電容器利用率偏低，無功損耗值相對較小等。220千伏變電站急需吸收大量的無功來保證電力系統(tǒng)的電能利用平衡。

（2）調(diào)節(jié)電壓的自動裝置。電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電壓的自動裝置沒有發(fā)揮相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用，沒有達(dá)到應(yīng)有的效果。具體的原因如下：自動調(diào)節(jié)電壓的裝置正常使用的前提是變壓器的調(diào)壓功能以及電力系統(tǒng)中的無功設(shè)備正常運(yùn)行。如果變壓器的調(diào)節(jié)電壓設(shè)備以及無功設(shè)備出現(xiàn)損壞，那么變壓器的調(diào)節(jié)電壓功能也會受到影響。在新建成的變電站中，因?yàn)榉N種原因?qū)﹄娏o功設(shè)備配置不夠重視，常常出現(xiàn)變電站已經(jīng)正式投入使用，可是變電站的無功調(diào)節(jié)設(shè)備連線都沒有進(jìn)行連接，成為一種閑置設(shè)備的情況。變壓器的設(shè)定數(shù)據(jù)不科學(xué)，一部分變電站的電壓已經(jīng)嚴(yán)重超出正常值范圍，可是變壓器的調(diào)節(jié)裝置卻沒有運(yùn)行，使這些變電所的線路長時(shí)間處于不合格狀態(tài)，影響到用戶的實(shí)際電能使用情況。

（3）電力系統(tǒng)中的電壓管理。對于電力系統(tǒng)中的無功功率平衡問題，沒有給予足夠重視，管理不到位，偏重于保證母線的電壓情況正常，不重視電力電網(wǎng)的無功功率分配，造成電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)作不能夠進(jìn)行。

4.對于無功設(shè)備的建設(shè)與管理意見

（1）電網(wǎng)無功設(shè)備以及變壓器的日常保養(yǎng)修繕。有關(guān)部門應(yīng)嚴(yán)格按照要求對現(xiàn)有變電站的設(shè)備進(jìn)行日常保養(yǎng)維護(hù)，保證變壓器的調(diào)節(jié)裝置和無功裝置的正常運(yùn)作；對于無功裝置不足的變電站，要及時(shí)向相關(guān)部門反映實(shí)際情況，要求增加無功設(shè)備來保證變電站無功功率的平衡分布，減少電能的傳送損耗，保證電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)作正常。

（2）部分變電站的電能供應(yīng)負(fù)荷過重，應(yīng)該考慮調(diào)整變壓器的實(shí)際擴(kuò)容情況，或者增加變電站的電能輸出，進(jìn)而降低變電站的實(shí)際無功需求。

（3）加強(qiáng)對用戶的管理力度。電力系統(tǒng)的市場部門應(yīng)該確保用戶能夠很好地保護(hù)好變壓器裝置，保證無功設(shè)備的正常運(yùn)行，確保無功在區(qū)域內(nèi)的平衡分布，尤其是用電超負(fù)荷地區(qū)。

四、結(jié)論

電力系統(tǒng)中的電力無功功率是否能夠達(dá)到分布平衡，是能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中電壓的質(zhì)量水平產(chǎn)生直接影響的主要因素。為充分保障電力電壓的質(zhì)量水平，保證用電客戶的實(shí)際用電需求，變電站中必須配置足夠數(shù)量的無功設(shè)備電源進(jìn)行備用。只有在確保主控裝置、無功設(shè)備以及相關(guān)聯(lián)的自動控制設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，建立先進(jìn)的管理模式，確立電力的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況，切實(shí)落實(shí)到每一個人的頭上，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)指導(dǎo)工作，才能夠在現(xiàn)實(shí)中真正完善電力系統(tǒng)的供電能力，減少電力傳送過程中的損耗，切實(shí)提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：劉輝）