試論電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整工學論文
摘要：電壓是電能質(zhì)量的重要指標，電壓過高或過低都會對電網(wǎng)和用戶造成嚴重的危害。隨著社會的發(fā)展，用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高。從電壓調(diào)整的必要性、電壓調(diào)整的措施、不同時段電壓調(diào)整的方法幾個方面進行論述，以便更好地服務社會發(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，電壓不合格會對電網(wǎng)造成嚴重的危害。電壓偏移過大，會影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞電力設備，甚至引起系統(tǒng)性“電壓崩潰”，造成大面積停電。
1.電網(wǎng)電壓偏低
�。�1）電網(wǎng)電壓偏低的原因。由于早期設計的供電網(wǎng)絡或配電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不合理，特別是一些線路送電距離長，供電半徑大，導線截面小，使線路電壓損失較大。電網(wǎng)無功功率電源不足或無功補償設備管理不善、長期失修、經(jīng)常停用等，使無功平衡破壞，這是電網(wǎng)電壓水平普遍降低的根本原因。變電所變壓器分接頭位置放置不合理，電網(wǎng)接線不合理，負荷過重，負荷功率因數(shù)低，電力設備檢修及線路故障等，都可使電網(wǎng)電壓下降。[1]
�。�2）電網(wǎng)電壓偏低的危害。對發(fā)電機的危害：發(fā)電機定子電流隨其功率角的增大而增大。假設發(fā)電機在正常電壓時定子電流為額定值，若系統(tǒng)電壓降低，發(fā)電機仍要保持其出力，功率角就要增大，必然引起定子電流增大超過額定值。所以這種情況下，必須減少發(fā)電機的出力。對異步電動機的危害：在電力系統(tǒng)的負荷中，異步電動機占很大的比例，如果電壓降低，異步電動機的轉(zhuǎn)差率將增大，從而電動機定子繞組中電流將隨之增大，導致電動機溫升增加，效率降低，壽命縮短。對照明負荷的危害：電網(wǎng)電壓下降，引起電燈功率下降，照明亮度降低。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，電壓降低10%，白熾燈的亮度降低35%；水銀燈亮度減少20%；日光燈亮度降低10%，而且壽命縮短。如果電壓降低20%，日光燈將不能啟動。對冶金等行業(yè)的危害：電路的有功功率與電壓平方成正比，電路將因為電壓過低而影響冶煉時間，可能導致產(chǎn)品不合格，甚至報廢。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，導致斷水、斷氣、電訊中斷，嚴重影響人民生活和社會安全。
2.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，大容量機組直接接入超高壓電網(wǎng)，以及500kV超高壓線路的投入運行，其線路充電功率較大，每百公里充電功率（電容性無功功率）約10萬Kvar，使220kV～500kV超高壓電網(wǎng)內(nèi)無功過剩，使主網(wǎng)電壓過高。
�。�2）電網(wǎng)電壓偏高的危害。加速電氣設備絕緣老化，降低電氣設備的使用壽命。電壓過高會造成變壓器、電動機等鐵芯飽和，鐵損增大，溫度上升，壽命降低；普通燈泡電壓高出額定值10%壽命會減少到電壓額定值時壽命的30%；電子設備各種電子陰極電壓每增加5%，陰極壽命減少一半。電網(wǎng)電壓偏高還會影響產(chǎn)品質(zhì)量，使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不合格，造成經(jīng)濟損失；使變壓器等電氣設備空載損耗增大，增加線損。
電壓的偏移過大不但會影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且電壓的波動也可能造成其它不良影響，例如由于電壓波動引起的燈光閃爍會導致人的疲勞。
二、電壓調(diào)整的方式與措施
引起電壓變動的原因有以下幾方面：由于生產(chǎn)、生活、氣象變化造成的；個別設備因故障而退出運行造成網(wǎng)絡阻抗變化；系統(tǒng)接線方式改變引起的功率分布和網(wǎng)絡阻抗變化。以上各種原因占電網(wǎng)電壓變動總原因的20%～30%。
1.電壓調(diào)整的方式
�。�1）逆調(diào)壓方式�？紤]到電網(wǎng)負荷高峰時供電線路上電壓的損耗將增大，應將中樞點電壓增大來彌補甚至抵消電壓損耗的增大部分；電網(wǎng)低谷負荷時相應的線路上電壓損耗小，將中樞點電壓降低來補償電壓損耗減少的部分。供電線路較長、負荷變動較大的中樞點宜采用這種調(diào)壓方式。采用逆調(diào)壓時，高峰負荷時可將中樞點電壓升高到比額定值高5%，低谷負荷時將其降為額定值。
（2）順調(diào)壓方式。所謂順調(diào)壓方式，就是高峰負荷時允許中樞點電壓略低，低谷負荷時允許中樞點電壓略高。與逆調(diào)壓相對，對供電線路不長、負荷變動不大的中樞點可以采用順調(diào)壓方式。一般情況，順調(diào)壓時，高峰負荷時中樞點電壓最低可允許比額定電壓值高2.5%，負荷低谷時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，可采取常調(diào)壓方式，即在任何負荷下都保持中樞點電壓為一基本不變的數(shù)值，例如102%～105%額定電壓。
2.電壓調(diào)整的措施
�。�1）通過改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓。在各種調(diào)壓措施中，最直接最經(jīng)濟的手段是利用發(fā)電機調(diào)壓，因為這是一種不需要額外投資的調(diào)壓手段，所以應當優(yōu)先考慮采用。發(fā)電機調(diào)整端電壓是通過調(diào)節(jié)勵磁從而改變無功功率出力來實現(xiàn)的，現(xiàn)代的同步發(fā)電機可在額定電壓的95%～105%范圍內(nèi)保持以額定功率運行，也就是發(fā)電機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)電機不經(jīng)變壓器升壓就向用戶供電的簡單系統(tǒng)中，如果線路不是很長、線路上電壓損耗不是很大的情況下，一般只通過改變發(fā)電機勵磁，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)電機經(jīng)過多級變壓器變換電壓向遠方供電的情況下，末端電壓隨著負荷的.改變可能產(chǎn)生20%的電壓變化，單依靠發(fā)電機調(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分接頭可供選擇，通過選擇不同的分接頭，使變壓器變壓比例發(fā)生變化，從而達到調(diào)壓目的。在無功充裕的系統(tǒng)中，運用各種類型的有載變壓器調(diào)壓方便、有效，而且有些負荷不采用有載調(diào)壓變壓器幾乎就無法獲得負荷需要的電能質(zhì)量，中低壓配電網(wǎng)中因為輸電線路電阻較大，通過無功功率調(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。但是只有當無功充足時，用改變變壓器變比調(diào)壓才會有效，當系統(tǒng)無功不足時，必須先增設無功補償設備。若在無功不足時調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，可能引起整個系統(tǒng)電壓的“崩潰”，因為節(jié)點電壓平方與無功功率成正比，若該點電壓升上去了，則該點所需要的無功會更多，最終導致整個系統(tǒng)的電壓繼續(xù)下降，導致電壓“崩潰”。
（3）通過補償設備調(diào)壓。系統(tǒng)中無功功率不夠充分時，需要考慮運用各種補償設備進行調(diào)壓。這些補償設備可分為兩類，即串聯(lián)補償和并聯(lián)補償。所謂串聯(lián)補償就是指串聯(lián)電容器補償，但是作為調(diào)壓措施，串聯(lián)補償電容器由于設計、運行等方面的原因，目前應用比較少。并聯(lián)補償指并聯(lián)電容器、調(diào)相機和靜止補償器。并聯(lián)電容器的優(yōu)點：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分組投切，再加上電容器運行損耗小，投資費用低，因此，電容器仍是目前電網(wǎng)中應用最普遍的無功補償設備。并聯(lián)電容器的缺點：電容器只能發(fā)出感性無功功率以提高節(jié)點電壓，不能吸收無功功率來降低節(jié)點電壓，因此，在低負荷時，應當切除節(jié)點上的部分乃至全部電容器。調(diào)相機的優(yōu)點：調(diào)相機的調(diào)壓方式是借改變其勵磁電流的大小來改變其供出或吸收的感性無功功率。在負荷較大時可以過勵磁運行發(fā)出無功功率，在負荷較小時可以欠勵磁運行吸收無功功率；可以通過調(diào)節(jié)調(diào)相機勵磁，平滑地改變其無功功率的大小和方向，因此可以平滑地調(diào)節(jié)電壓，既可以升壓也可以降壓；調(diào)相機還可以裝設自動勵磁調(diào)節(jié)裝置，在電力系統(tǒng)電壓變化時自動增減無功出力以維持系統(tǒng)電壓，這對于提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性是有益的。調(diào)相機缺點：調(diào)相機的有功功率損耗比較大，在滿負荷運行的情況下，有功功率損耗可以占到其額定容量的1.5%～5%，而且調(diào)相機容量越小，有功損耗所占比重越大。此外，調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)設備，運行的維護量也比較大。靜止補償器，靜止補償器是一種可控的動態(tài)無功補償裝置，其特點是將可控的電抗器與電容器并聯(lián)使用，電容器發(fā)出無功，可控電抗器則可以吸收無功功率，根據(jù)無功負荷的變化情況進行調(diào)節(jié)，以保持母線電壓的穩(wěn)定。
�。�4）適當增大導線半徑。部分老城網(wǎng)都因為導線半徑小電阻大而導致電網(wǎng)電壓損耗太大。所以，加大導線半徑是城網(wǎng)改造的重要內(nèi)容。對于新架設線路的導線需要考慮一定的裕度，尤其對中低壓線路，因其承受能力小容易出現(xiàn)過負荷過大。
�。�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，應當綜合采用各種調(diào)壓措施，取長補短，才能達到最好的調(diào)壓效果。
選擇調(diào)壓措施的幾個原則：首先采用發(fā)電機調(diào)壓。在無功充足的情況下，優(yōu)先采用改變變壓器分接頭調(diào)壓。在無功不足的情況下，需要采用補償設備。為合理選擇調(diào)壓措施，要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。所選措施不但在技術(shù)上優(yōu)越，能夠滿足調(diào)壓的要求，而且要有最優(yōu)的經(jīng)濟指標。經(jīng)濟比較時，主要有三個經(jīng)濟指標，即折舊維修費、投資回收費和電能損耗費，對于每種參與比較的方案三項指標之和最小的方案就是經(jīng)濟上的最優(yōu)方案。
三、不同時段電壓調(diào)整
1.電網(wǎng)平時的電壓調(diào)整
大多數(shù)時間電壓調(diào)整是有規(guī)律可循的。這種情況下，電壓的變化主要是由用戶負荷的變化或聯(lián)絡線上輸送功率的變化引起的，其變化趨勢一般是事先知道的，相對來說這種電壓變化是比較容易調(diào)整的。但是如果調(diào)整不當，或者不及時（特別是在無功功率不足的電網(wǎng)中），就可能使本來沒有問題的地方出現(xiàn)問題。
需要提高電壓時，一般先將電壓最低地區(qū)的電廠及無功設備調(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，與提高時相反，首先降低主電網(wǎng)電廠及中樞點的電壓，然后再減少地區(qū)電廠的無功功率，若此時電壓仍偏高，則按從高壓到低壓等級的順序切除無功補償設備。
2.節(jié)假日時的電壓調(diào)整
節(jié)假日電網(wǎng)電壓的變化特點體現(xiàn)為整個電網(wǎng)的電壓普遍高，其中也可能有個別地區(qū)的電壓嚴重下降。電壓普遍升高的原因是全網(wǎng)的負荷普遍下降，個別地區(qū)電壓嚴重下降則可能是由于該地區(qū)發(fā)電廠發(fā)電機檢修或電網(wǎng)的聯(lián)絡線停電檢修引起的。調(diào)度人員必須事先做好有功功率和無功功率的分區(qū)平衡工作，在考慮無功平衡時，應考慮無功電源和無功負荷的電壓靜態(tài)特性的影響，并通過計算得出電壓可能升高、降低的水平。節(jié)假日調(diào)壓工作比較復雜，需要隨時進行。
四、結(jié)束語
電壓是電能質(zhì)量的重要指標，合格的電壓對于社會生產(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的重要任務。
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