提高供配電系統電能質量的有效措施

王曰岐

天津萊德爾電氣有限公司，天津 300300

1 供配電系統設計

通常情況下可以用頻率、電壓偏差、電壓波動、高次諧波以及三相電壓的不平衡度來衡量電能質量，根據國家供用電規則，一般交流電力設備的額定頻率為50Hz，頻率偏差一般不得超過±0.5Hz。如果電網裝機容量在300萬kW或者以上時，頻率偏差為±0.2Hz，當電網裝機容量在300萬kW以下時，頻率偏差為±0.5Hz。

隨著人們生活與工業生產對于用電量的需求越來越大，使得電網中的總電流不斷增加，這樣一來就促使供配電系統中的變壓器、電器設備以及導線等元件的容量越來越大，而且用戶端電器啟動控制設備、電量測量儀器的規格以及尺寸也要隨之增大，所以也就使初期的投入成本相應升高。在傳輸同樣的有功功率越多將會使總電流增大，從而增加了線路以及設備的損耗以及線路以及變壓器的電壓損失。電網的無功功率不足，會造成負荷端的供電電壓降低，但如果電網中的無功功率過盛，則會使供電電壓過高。對于供配電系統來說，如果用電額突然出現大幅度的增加，電網頻率將會明顯降低，導致供配電系統不能正常運行，這時就需要通過采取一些有效措施使供配電系統的頻率得到有效地恢復。

2 電壓偏差

電壓是衡量電能質量的一項重要指標，電壓質量對電網穩定以及供配電系統安全運行、線路損耗以及各行業用電等都有直接影響。而電壓偏差是指供配電系統在正常運行的情況下，系統各部位的實際電壓對系統額定電壓產生的偏差，產生電壓偏差的主要原因是線路損耗，即正常的負荷電流或者是故障電流通過供配電系統中的各個元件所產生的電壓損失。根據國家頒布的電能質量供電電壓允許偏差中的有關規定，供電部門與用戶的產權分界處或者供用電協議規定的電能計量的最大允許電壓偏差不應該超過以下標準：30kV或者以上的供電電壓，電壓的正負偏差絕對值之和應該為10%；10kV或者以下的三相供電電壓，電壓的正負偏差應該為±7%；220V單相供電電壓為+7%和-10%。

由于電壓偏差能夠直接影響供配電系統電能質量，所以必須要采取科學、有效的措施調節電壓差，對于電力用戶的供配電系統主要可以從以下兩個方面進行調節：首先是減小線路的電壓損耗。具體通過合理減小系統的阻抗以及變壓級數；盡量確保系統三相電壓的平衡度；使高壓線路延伸到負荷中心；采用多回路并聯的方式進行供電以及設置無功補償裝置等。然后是合理選擇變壓器和電壓分接接頭，通過對變壓器的經濟運行以及技術進行加強管理可以有效的降低損耗。選擇分接接頭主要是為了通過改變變壓器的變比，進一步調整最大負荷時的電壓偏差，使系統各元件的電壓能夠維持在正常合理的范圍內，但是改變變壓器的變比并不會影響到電壓正偏差與負偏差之間的范圍；合理減小供配電系統的阻抗，盡量減小線路的長度以及增加電纜和導線的橫截面積等，如果條件允許的情況下可以將架空線路改為電纜線路進行電量輸送；增加高壓補償，穩定功率因素，減少供配電系統線路輸送當中的無功功率。無功功率在輸電線路以及輸電設備法傳輸中不僅會造成極大的有功損耗，而且還可以產生一定的電壓降從而嚴重影響了供配電系統的正常運行，所以就需要通過無功補償裝置來提升供配電的系統的電能質量。無功補償裝置在補償主變的空載無功損耗的同時還能夠適當的補償傳輸線路的無功功率損耗，以改善輸電網的功率因數穩固變電站的電壓。而且無功補償裝置還具有操作簡單、維護方便等優點，但這種方式卻不會降低配電網的降損，目前這種補償方式在電力系統當中的應用最為廣泛。

在高壓配電線路上增加并聯電容器的安裝數量，主要補償配電線路的無功功率，以提高配電網功率因數，達到降損升壓的目的。適用于功率因數較低，公共變壓器較多，負荷較重的長配電線路，具有較高的補償效果，但由于安裝的電容器的數量多增加了成本，而且難以維護和管理，并且容易受到環境以及空間等客觀條件限制適應能力差，不利于普及推廣。在配電電壓器和電動機之間并聯電容器，這種方式不需要對補償容量進行頻繁的調整，主要補償配電的空載和漏磁無功功率以及電動機的無功功率，這種方式具有成本低、安裝簡單、容易維護以及事故率低等優點，但是當配電接近空載時容易造成補償過盛，而且當配電非全相運行時，容易產生鐵磁諧振。對同步電動機的勵磁電流在規定的范圍內進行調整，從而有效地調節電壓偏差以及改變電網負荷的功率因素。對于多臺單項設備或者三相電壓的不平衡的線路還需要安裝分相無功功率補償設備。盡量使三相負荷保持平衡，如果三相負荷分布不均勻就會影響電壓的平衡，從而促使電壓的偏移增加甚至還會影響到供配電系統的正常運行。改變供配電系統的運行方式，將單回路供電改為雙回路供電可以有效地調整電壓偏差。

3 電壓波動

電壓波動的產生是由于用戶端波動性負荷造成電網電壓發生變動，電壓波動的程度是由用電波動頻率以幅度來決定的。當用戶端波動性負荷在系統阻抗上將引起電壓波動時，系統的阻抗就會增大，從而增加電網電壓的損耗使供配電系統的電壓出現異常并最終影響電能質量。另外電壓波動還能夠影響到電動機的正常啟動，對同步電動機可能引起轉子震動，嚴重時可以使一些電子設備無法正常運行，還可以使照明設備發生明顯的閃爍現象，而且當電壓波動的頻率達到5Hz～12Hz時照明設備的閃爍將更加嚴重。

電壓波動的有效抑制措施包括：采用合理的接線方式，對負荷變化劇烈的大型設備使用專用線路或者專用的變壓器進行專向供電；在系統運行的過程中，還可以在電壓出現嚴重波動時，減小甚至切斷引起電壓強烈波動的負荷；一些大型電弧爐或者中頻、高頻的加熱設備利用專用的變壓器進行單獨供電；對于大型沖擊性負荷可以配備能夠吸收沖擊無功功率的靜止無功補償裝置，這種靜止無功補償裝置是由特殊的電抗器以及電容器組成，用并聯方式連接的無功功率發生器和吸收器。

4 電動機起動時的電壓降

電動機在啟動的過程中會引起電壓降，因此也會對定能質量產生一定的影響，因此必須對其進行科學、有效的管理，合理選擇電動機的啟動方式。

電動機啟動方式包括全壓啟動和降壓啟動兩種，當設備能夠承受電動機全壓啟動時所產生的沖擊轉矩時才可以選擇這種方式。由于全壓啟動會造成配電線路上強烈的電壓降，而且啟動電流也很大，容易對設備造成損傷，但是全壓啟動具有安全、經濟、可靠以及啟動簡單等優點；降壓啟動是利用星三角啟動器或者自耦變啟動器進行啟動。星三角啟動器可以通過手動或者自動的方式來控制降壓啟動，它的操作非常簡單，采用這種方式時電流的性能穩定，但是轉矩特性較差，所以只適用于無載或者輕載起動的場合。自耦變啟動器又稱補償器，通常在額定電壓為220/380的三相籠型感應電動機中應用，利用自耦變啟動器進行降壓啟動，不僅能夠滿足各種負載的啟動需求，而且還能夠獲得比星三角啟動時更穩定的轉矩，而且自耦變啟動器還附有熱繼電器和失電壓脫扣器，能夠完善過載和失電壓保護等功能所以適用范圍更廣。

5 高次諧波

高次諧波的產生是由于設備能夠向電網輸送50Hz以上頻率電流并且直接與電力系統相連接，也成為諧波源。伴隨著大量非線性負荷的增加以及硅整流設備的普及應用，導致了越來越多的高次諧波流向電網，而大量的諧波造成的危害包括：使電機以及變電器降低容量，超負荷運行溫度急速升高增加損耗；降低電力電纜的容量，電力電容器超負荷運行甚至直接損壞；改變繼電器的性能，無法做出正確操作；使晶閘管整流裝置不能正常工作；嚴重影響了電壓的穩定從而致使電能質量的下降。這樣一來會對供配電系統造成嚴重的損傷。所以必須要加強對諧波的管理措施，以提高供配電系統電能的質量。

加強對高次諧波的管理包括：在換流設備上增加換流變壓器；在諧波源附近加裝高速濾波支路，起到分流諧波電流的作用；在用戶端安裝串聯電抗器限制諧波電流對用戶電器的影響。

6 結論

供配電系統在進行點亮傳輸的過程中，會生產各種形式的電能損耗，這對于人們生活以及工業生產都是非常不利的，為了使供配電系統在安全、穩定、經濟合理的運行，就必須采取科學有效的技術提高供配電系統電能質量，更好地滿足生產和生活的需求。

[1]高昕，祝恩國.局域電網電能質量綜合補償系統的設計與分析[J].工礦自動化，2009.

[2]李令冬，朱明星.供配電系統電能質量限值的計算[J].建筑電氣，2009.

[3]院曉濤，姚建剛，李連結，曹偉.電能質量全網監測系統的研制及實施[J].大眾用電，2007.

[4]劉海波.電子電力變壓器控制策略研究[D].華中科技大學，2009.

[5]馬曉春.公用電網電能質量及其改善[J].華北電力技術，2005.