淺析電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

張潔

【摘 要】電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)電網(wǎng)和用戶造成嚴(yán)重的危害。隨著社會(huì)的發(fā)展，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。從電壓調(diào)整的必要性、電壓調(diào)整的措施、不同時(shí)段電壓調(diào)整的方法幾個(gè)方面進(jìn)行論述，以便更好地服務(wù)社會(huì)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電壓調(diào)整；電力系統(tǒng)；電能質(zhì)量

一、電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的必要性

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓不合格會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的危害。電壓偏移過(guò)大，會(huì)影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞電力設(shè)備，甚至引起系統(tǒng)性“電壓崩潰”，造成大面積停電。

（一）電網(wǎng)電壓偏低

（1）電網(wǎng)電壓偏低的原因。由于早期設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)或配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，特別是一些線路送電距離長(zhǎng)，供電半徑大，導(dǎo)線截面小，使線路電壓損失較大。電網(wǎng)無(wú)功功率電源不足或無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備管理不善、長(zhǎng)期失修、經(jīng)常停用等，使無(wú)功平衡破壞，這是電網(wǎng)電壓水平普遍降低的根本原因。

（2）電網(wǎng)電壓偏低的危害。對(duì)發(fā)電機(jī)的危害：發(fā)電機(jī)定子電流隨其功率角的增大而增大。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的危害：導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)溫升增加，效率降低，壽命縮短。對(duì)照明負(fù)荷的危害：電網(wǎng)電壓下降，引起電燈功率下降，照明亮度降低。電網(wǎng)電壓偏低還可能造成電網(wǎng)振蕩、系統(tǒng)解列、大面積停電，導(dǎo)致斷水、斷氣、電訊中斷，嚴(yán)重影響人民生活和社會(huì)安全。

（二）電網(wǎng)電壓偏高

（1）電網(wǎng)電壓偏高的原因。隨著現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展，大容量機(jī)組直接接入超高壓電網(wǎng)，以及500kV超高壓線路的投入運(yùn)行，其線路充電功率較大，每百公里充電功率（電容性無(wú)功功率）約10萬(wàn)Kvar，使220kV～500kV超高壓電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功過(guò)剩，使主網(wǎng)電壓過(guò)高。

（2）電網(wǎng)電壓偏高的危害。加速電氣設(shè)備絕緣老化，降低電氣設(shè)備的使用壽命。電壓過(guò)高會(huì)造成變壓器、電動(dòng)機(jī)等鐵芯飽和，鐵損增大，溫度上升，壽命降低；電網(wǎng)電壓偏高還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品不合格，造成經(jīng)濟(jì)損失。

二、電壓調(diào)整的方式與措施

引起電壓變動(dòng)的原因有以下幾方面：由于生產(chǎn)、生活、氣象變化造成的；個(gè)別設(shè)備因故障而退出運(yùn)行造成網(wǎng)絡(luò)阻抗變化；系統(tǒng)接線方式改變引起的功率分布和網(wǎng)絡(luò)阻抗變化。

（一）電壓調(diào)整的方式

（1）逆調(diào)壓方式。考慮到電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)供電線路上電壓的損耗將增大，應(yīng)將中樞點(diǎn)電壓增大來(lái)彌補(bǔ)甚至抵消電壓損耗的增大部分；電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)相應(yīng)的線路上電壓損耗小，將中樞點(diǎn)電壓降低來(lái)補(bǔ)償電壓損耗減少的部分。供電線路較長(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)宜采用這種調(diào)壓方式。采用逆調(diào)壓時(shí)，高峰負(fù)荷時(shí)可將中樞點(diǎn)電壓升高到比額定值高5%，低谷負(fù)荷時(shí)將其降為額定值。

（2）順調(diào)壓方式。所謂順調(diào)壓方式，就是高峰負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓略低，低谷負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓略高。與逆調(diào)壓相對(duì)，對(duì)供電線路不長(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)不大的中樞點(diǎn)可以采用順調(diào)壓方式。一般情況，順調(diào)壓時(shí)，高峰負(fù)荷時(shí)中樞點(diǎn)電壓最低可允許比額定電壓值高2.5%，負(fù)荷低谷時(shí)電壓最高可允許比額定電壓值高7.5%。

（3）常調(diào)壓方式。介于逆調(diào)壓與順調(diào)壓兩種情況之間的中樞點(diǎn)，可采取常調(diào)壓方式，即在任何負(fù)荷下都保持中樞點(diǎn)電壓為一基本不變的數(shù)值，例如102%～105%額定電壓。

（二）電壓調(diào)整的措施

（1）通過(guò)改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓。在各種調(diào)壓措施中，最直接最經(jīng)濟(jì)的手段是利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓，因?yàn)檫@是一種不需要額外投資的調(diào)壓手段，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮采用。發(fā)電機(jī)調(diào)整端電壓是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁從而改變無(wú)功功率出力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)代的同步發(fā)電機(jī)可在額定電壓的95%～105%范圍內(nèi)保持以額定功率運(yùn)行，也就是發(fā)電機(jī)保持同樣出力的情況下，可以在10%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓。在發(fā)電機(jī)不經(jīng)變壓器升壓就向用戶供電的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，如果線路不是很長(zhǎng)、線路上電壓損耗不是很大的情況下，一般只通過(guò)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，改變其母線電壓就可以將電壓調(diào)整到合格的范圍。但是在發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)多級(jí)變壓器變換電壓向遠(yuǎn)方供電的情況下，末端電壓隨著負(fù)荷的改變可能產(chǎn)生20%的電壓變化，單依靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓顯然不能保證這部分用戶的電能質(zhì)量，可采用其他調(diào)壓方式共同調(diào)節(jié)。

（2）通過(guò)調(diào)整變壓器變比調(diào)整電壓。雙繞組變壓器的高壓繞組和三繞組變壓器的高中壓繞組一般都有若干個(gè)分接頭可供選擇，通過(guò)選擇不同的分接頭，使變壓器變壓比例發(fā)生變化，從而達(dá)到調(diào)壓目的。在無(wú)功充裕的系統(tǒng)中，運(yùn)用各種類型的有載變壓器調(diào)壓方便、有效，而且有些負(fù)荷不采用有載調(diào)壓變壓器幾乎就無(wú)法獲得負(fù)荷需要的電能質(zhì)量，中低壓配電網(wǎng)中因?yàn)檩旊娋€路電阻較大，通過(guò)無(wú)功功率調(diào)壓往往效果不夠好，經(jīng)常不得不采用具有分接頭的有載調(diào)壓變壓器。但是只有當(dāng)無(wú)功充足時(shí)，用改變變壓器變比調(diào)壓才會(huì)有效，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí)，必須先增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。若在無(wú)功不足時(shí)調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，可能引起整個(gè)系統(tǒng)電壓的“崩潰”，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)電壓平方與無(wú)功功率成正比，若該點(diǎn)電壓升上去了，則該點(diǎn)所需要的無(wú)功會(huì)更多，最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的電壓繼續(xù)下降，導(dǎo)致電壓“崩潰”。

（3）通過(guò)補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓。系統(tǒng)中無(wú)功功率不夠充分時(shí)，需要考慮運(yùn)用各種補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行調(diào)壓。這些補(bǔ)償設(shè)備可分為兩類，即串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。所謂串聯(lián)補(bǔ)償就是指串聯(lián)電容器補(bǔ)償，但是作為調(diào)壓措施，串聯(lián)補(bǔ)償電容器由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面的原因，目前應(yīng)用比較少。并聯(lián)補(bǔ)償指并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器。并聯(lián)電容器的優(yōu)點(diǎn)：電容器可以根據(jù)需要連接成組，可以分組集中使用，又可以分散安裝，就地提供無(wú)功，從而減少線路功率損耗和電壓損耗；電容器還可以做到隨電壓波動(dòng)分組投切，再加上電容器運(yùn)行損耗小，投資費(fèi)用低，因此，電容器仍是目前電網(wǎng)中應(yīng)用最普遍的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。并聯(lián)電容器的缺點(diǎn)：電容器只能發(fā)出感性無(wú)功功率以提高節(jié)點(diǎn)電壓，不能吸收無(wú)功功率來(lái)降低節(jié)點(diǎn)電壓，因此，在低負(fù)荷時(shí)，應(yīng)當(dāng)切除節(jié)點(diǎn)上的部分乃至全部電容器。靜止補(bǔ)償器，靜止補(bǔ)償器是一種可控的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特點(diǎn)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。

（4）適當(dāng)增大導(dǎo)線半徑。部分老城網(wǎng)都因?yàn)閷?dǎo)線半徑小電阻大而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓損耗太大。所以，加大導(dǎo)線半徑是城網(wǎng)改造的重要內(nèi)容。對(duì)于新架設(shè)線路的導(dǎo)線需要考慮一定的裕度，尤其對(duì)中低壓線路，因其承受能力小容易出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷過(guò)大。

（5）組合調(diào)壓。顧名思義就是幾種調(diào)壓措施的組合。既然不同的調(diào)壓措施都各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)綜合采用各種調(diào)壓措施，取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能達(dá)到最好的調(diào)壓效果。

三、不同時(shí)段電壓調(diào)整

（一）電網(wǎng)平時(shí)的電壓調(diào)整

需要提高電壓時(shí)，一般先將電壓最低地區(qū)的電廠及無(wú)功設(shè)備調(diào)大，其中尤其需要以從低到高的電壓順序投入電容器為原則，并由此順序從受端電網(wǎng)到主電網(wǎng)的方向逐步調(diào)整。需要降低電壓時(shí)，與提高時(shí)相反，首先降低主電網(wǎng)電廠及中樞點(diǎn)的電壓，然后再減少地區(qū)電廠的無(wú)功功率，若此時(shí)電壓仍偏高，則按從高壓到低壓等級(jí)的順序切除無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。

（二）節(jié)假日時(shí)的電壓調(diào)整

節(jié)假日電網(wǎng)電壓的變化特點(diǎn)體現(xiàn)為整個(gè)電網(wǎng)的電壓普遍高，其中也可能有個(gè)別地區(qū)的電壓嚴(yán)重下降。電壓普遍升高的原因是全網(wǎng)的負(fù)荷普遍下降，個(gè)別地區(qū)電壓嚴(yán)重下降則可能是由于該地區(qū)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)檢修或電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線停電檢修引起的。調(diào)度人員必須事先做好有功功率和無(wú)功功率的分區(qū)平衡工作，在考慮無(wú)功平衡時(shí)，應(yīng)考慮無(wú)功電源和無(wú)功負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性的影響，并通過(guò)計(jì)算得出電壓可能升高、降低的水平。節(jié)假日調(diào)壓工作比較復(fù)雜，需要隨時(shí)進(jìn)行。

四、結(jié)束語(yǔ)

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，合格的電壓對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)和人民生活有著非常重要的意義。采取合理的措施保障合格的電壓是電力部門(mén)的重要任務(wù)。