電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施

徐嘉俊

【摘 要】系統(tǒng)電壓是電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，電壓是電能質(zhì)量指標(biāo)的重中之重。電壓超出所規(guī)定的范圍時(shí)，將對用戶產(chǎn)生不良的影響。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整，也應(yīng)根據(jù)不同情況，在不同的節(jié)點(diǎn)選擇不同的調(diào)壓方式。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；電壓變化的影響；調(diào)壓措施；經(jīng)濟(jì)選用

隨著電氣化和信息化的發(fā)展，人類越來越依賴于電能，電能的可靠性和質(zhì)量逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電能質(zhì)量是供電部門生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中的一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電壓是電能質(zhì)量指標(biāo)的重中之重。電壓的質(zhì)量對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低線路損耗和保證工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和廣大人民生活中使用的各種用電設(shè)備都是按照額定電壓來設(shè)計(jì)的，這些用電設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行能夠取得最佳的效果，當(dāng)電壓超出所規(guī)定的范圍時(shí)，將對用廣大戶產(chǎn)生不良的影響。例如照明燈，其發(fā)光效率、光通量和使用壽命均與電壓有關(guān)。當(dāng)電壓升高時(shí)，照明燈的光通量將要增加，但使用壽命將縮短；反之，電壓降低則照明燈的光通量降低，燈光不足，影響人們的視力和工作效率。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與其端電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低10%時(shí)，轉(zhuǎn)矩大約要降低19%。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載不變，電壓降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，定子電流增大，繞組溫度也增加，這樣加速了電動(dòng)機(jī)的絕緣老化，縮短其使用壽命，甚至停轉(zhuǎn)燒毀，直接影響正常的生產(chǎn)工作。

系統(tǒng)電壓是電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，對電力系統(tǒng)而言，電壓降低會(huì)使電網(wǎng)的電能損耗加大，電壓過低時(shí)還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至造成電壓崩潰；而電壓過高又威脅電氣設(shè)備的絕緣，使電氣設(shè)備產(chǎn)生過勵(lì)磁。因此，保證系統(tǒng)電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，由于用戶負(fù)荷及電網(wǎng)接線方式的改變，電網(wǎng)的電壓損耗也將發(fā)生變化，要嚴(yán)格保證所有用戶在任何時(shí)刻都在額定電壓下運(yùn)行是不可能的。實(shí)際上，大多數(shù)用電設(shè)備在一定的電壓偏移下運(yùn)行仍有良好的技術(shù)性能。我國規(guī)定，各類用戶的允許電壓偏移如下：

（1）35KV及以上電壓供電的負(fù)荷允許電壓偏移±10%。

（2）6—10KV電壓供電的負(fù)荷允許電壓偏移±7%。

（3）低壓照明負(fù)荷允許電壓偏移+5%、-10%。

（4）其他低壓電氣設(shè)備允許電壓偏移±5%。

由于供電范圍擴(kuò)大，要使網(wǎng)絡(luò)中各處負(fù)荷的電壓偏移符合上述的要求，必須要采取各種調(diào)壓措施。如要進(jìn)行電壓調(diào)整首先應(yīng)要有充足的無功電源，滿足無功功率平衡的要求。當(dāng)電網(wǎng)有能力供給足夠的無功功率時(shí)，負(fù)荷的電壓就能維持在正常水平。如果無功電源容量不足，負(fù)荷的端電壓就會(huì)降低。所以，我們要保證電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，就必須保證電力系統(tǒng)的無功平衡。電力系統(tǒng)各點(diǎn)電壓的變化和相應(yīng)的無功功率平衡密切相關(guān)。因此，為保證電能質(zhì)量所進(jìn)行的電壓調(diào)整，勢必關(guān)系到無功電源的配置極其運(yùn)行方式。而且，電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整，也應(yīng)根據(jù)不同情況，在不同的節(jié)點(diǎn)選擇不同的調(diào)壓方式。下面就簡單介紹一下主要的調(diào)壓方式。

1.依靠改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流調(diào)壓

改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)它的端電壓，一般發(fā)電機(jī)的端電壓允許有±5%的波動(dòng)。由于這種調(diào)壓措施不需要另外增加設(shè)備，所以應(yīng)予以優(yōu)先考慮。

在發(fā)電機(jī)直接供電的小容量電力系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷最大時(shí)電力網(wǎng)的電壓損耗也最大，這時(shí)發(fā)電機(jī)應(yīng)增大勵(lì)磁電流保持較高的端電壓以提高網(wǎng)絡(luò)的電壓；而當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷最小時(shí)，電力網(wǎng)的電壓損耗也最小，這時(shí)發(fā)電機(jī)應(yīng)減小勵(lì)磁電流維持較低的端電壓。所以，在最大負(fù)荷時(shí)把電壓調(diào)至高出額定電壓的5%，而在最小負(fù)荷時(shí)降為額定電壓，通常把這種調(diào)壓方式稱為逆調(diào)壓。對于多級變壓的電力網(wǎng)，因其供電范圍很廣，單靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓不能完全滿足要求，但是如果發(fā)電廠能實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓，也會(huì)大大減輕其他調(diào)壓設(shè)備的負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)調(diào)壓問題易于得到解決。因此，在大系統(tǒng)中工作的發(fā)電機(jī)，應(yīng)盡可能地在最大負(fù)荷時(shí)將發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)高一些，而在最小負(fù)荷時(shí)降低一些。對于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)，單純依靠改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流來調(diào)壓就不恰當(dāng)了。因?yàn)檫@時(shí)線路上如過多輸送無功功率，將引起較大的有功損耗，特別是對于長距離、超高壓線路，由于線路電容效應(yīng)所造成的影響，更不適宜改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來調(diào)壓。

2.依靠改變變壓器變比調(diào)壓

從本質(zhì)上看，這種方式并不增減系統(tǒng)的無功功率，而是通過改變系統(tǒng)的無功功率分布來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的。因此，在整個(gè)系統(tǒng)無功功率不足的情況下并不能靠這種辦法來提高系統(tǒng)的電壓水平。通常，改變變壓器分接頭的方式有兩種：一種是在停電情況下改換分接頭，稱為無勵(lì)磁調(diào)壓；另一種是在帶電運(yùn)行情況下改換分接頭，稱為有載調(diào)壓。無勵(lì)磁調(diào)壓方式的調(diào)壓范圍較?。ā?%），且調(diào)壓不便。較理想的是采用有載調(diào)壓變壓器或?qū)Ｓ谜{(diào)壓變壓器。這種變壓器不僅隨時(shí)可以根據(jù)負(fù)荷的變化來進(jìn)行調(diào)壓，而且調(diào)壓范圍較大（可達(dá)±10%-±12.5%）。它特別適合于電壓偏移大和負(fù)載潮流變化大的地方使用。

3.依靠調(diào)相機(jī)、電容器組等無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓

如前所述，無功補(bǔ)償裝置實(shí)質(zhì)上就是無功電源裝置。因此，依靠無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓，一方面通過維持系統(tǒng)的無功功率平衡來維持系統(tǒng)的電壓水平，當(dāng)系統(tǒng)無功不足時(shí)，通過增投無功補(bǔ)償裝置的備用容量，達(dá)到系統(tǒng)無功功率的平衡；另一方面，依靠在用戶端裝設(shè)的無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓，可減少線路的有功損耗和電壓損耗，從而提高末端電壓水平，以達(dá)到調(diào)壓的目的。由于無功補(bǔ)償設(shè)備本身的投資和損耗，將增加電網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。因此要經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來決定是否利用無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行調(diào)壓。由于靜止補(bǔ)償器有很多優(yōu)點(diǎn)，在選用無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，特別是有集中沖擊負(fù)荷，并產(chǎn)生電壓波動(dòng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用靜止補(bǔ)償器。

4.依靠改變輸電線路的參數(shù)調(diào)壓

從計(jì)算電壓損耗的公式△U=（PR+QX）/U可知，改變輸電線路的電阻R和電抗X，都可以達(dá)到改變電壓損耗的目的。一般來說，電阻R是不易減少的，要減少它就要增大導(dǎo)線截面，這樣將多消耗有色金屬，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上是不利的，同時(shí)對于截面較大的架空輸電線路而言，PR/U項(xiàng)在電壓損耗中的比重一般比QX/U項(xiàng)小。所以，一般都著眼于減少電抗來降低電壓損耗。減少線路電抗的一種有力措施是采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，在線路上串聯(lián)一組電容器后，線路的電抗即減少為j（Xl-Xc）。從電抗對電壓損耗的關(guān)系可知，當(dāng)線路上輸送無功功率愈多，即線路的cosф愈低時(shí)，串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果愈顯著。當(dāng)Q=0時(shí)，串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)男Ч糙呌诹?。?dāng)線路上的負(fù)荷變化非常快時(shí)，采用串聯(lián)電容是最有效的調(diào)壓方法。因?yàn)殡娙菽芸焖夙憫?yīng)這種快速的負(fù)荷變化。

在考慮投資大小的情況下，串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償所需電容量之比，為線路中的無功功率損耗和線路所輸送無功功率之比。在一般情況下，線路所輸送的無功功率總要比線路中的無功功率損耗大。所以，在調(diào)壓效果相同的時(shí)候，一般來說用串聯(lián)補(bǔ)償所需電容量，要比并聯(lián)補(bǔ)償所需電容量小得多。 而按降低線路功率損耗和電壓損耗的要求來看，并聯(lián)補(bǔ)償要比串聯(lián)補(bǔ)償更為有效。

綜上所述，可以看出各種調(diào)壓方法的應(yīng)用范圍是相當(dāng)復(fù)雜的，且要正確、合理的選擇調(diào)壓設(shè)備，不僅與電網(wǎng)對電壓的要求、電網(wǎng)的規(guī)模、結(jié)線方式等有關(guān)，而且還應(yīng)與系統(tǒng)的功率平衡、電能損耗等方面相配合。因此在電力系統(tǒng)中具體采用何種調(diào)壓措施，需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。從整個(gè)電力系統(tǒng)的情況出發(fā)，全面加以考慮，所選擇的調(diào)壓措施在技術(shù)上應(yīng)優(yōu)越，可完全滿足調(diào)壓要求，而且還要具有最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。以保證系統(tǒng)合格的電壓質(zhì)量，使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高效地運(yùn)行。