試論電力系統的電壓質量及其控制

何麗萍

摘 要：電壓質量是衡量電能質量的重要指標之一。電壓質量的好壞對電力系統的安全與經濟運行，保證用戶安全生產和產品質量以及電氣設備的安全與壽命有著重要的影響。該文分析了影響電壓質量的主要因數、闡述了控制電壓質量的意義、提出了控制電壓質量的措施，以便更好地滿足用戶對電能質量的要求。

關鍵詞：電壓質量 控制 意義 措施

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0208-01

隨著科學技術的發展，精密儀器，計算機的廣泛應用，自動化智能化的生產流程等對電能質量的要求越來越高。怎樣保證供給用戶的電壓與額定電壓值的偏差不超過國家規定的數值，已經成為一項十分重要的任務。

1 影響電壓質量的主要因數

（1）電網布局不合理，供電半徑超過標準，供電線路過長、導線截面偏小、變壓器分接頭位置不合理等會造成電壓偏移。

（2）電網中感性負荷的大量增加，造成功率因數下降，電壓偏移。如：電動機為建立旋轉磁場，需要吸取電網的無功功率，造成電網遠距離輸送無功增加了功率損耗，功率因數下降，電網電壓損失增大，用戶端電壓下降。反之，功率因數提高，電壓上升。

（3）具有沖擊性功率的負荷會引起電力系統的電壓波動和閃變。如煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和軋鋼機等。它們在生產過程中有功和無功功率隨機地或周期性地大幅度變動，導致同一電網上其他用戶電壓以相同的頻率波動。

隨著大量非線性負荷的投入使用，如整流裝置、電氣化機車、電弧爐、調頻電焊機等接入交流電網時，還會導致電網電壓產生畸變和高次諧波，影響其他用電設備、通訊設施等正常運行。

2 控制電壓質量的意義

各種用電設備只有在額定電壓下運行才能取得最佳的工作效果。當電壓偏離額定值較大時，不僅影響正常生產，還會損壞設備，甚至引起電力系統電壓崩潰，造成大面積停電。下面從幾個方面進行簡述。

電力系統電壓降低時，異步電動機的轉差率將增大，由于機械轉矩與轉速的高次方成正比，轉差增大時轉速下降，其輸出功率將迅速減少。而電廠電動機輸出功率的減少又反過來影響鍋爐、汽輪機的工作，最終影響發電廠所發出的功率。更為嚴重的是，電壓降低后，電動機的啟動過程將大為延遲，可能在啟動過程中因溫度過高而燒毀。而當電壓偏高運行時，將加速電器設備的絕緣老化，影響電動機的使用壽命。

電爐等電熱設備的發熱量與電壓平方成正比，電壓降低使熱效率降低。對白熾燈，電壓降低，會使發光效率和光通量大幅下降，影響視線；端電壓高于額定電壓5%，則壽命會減少一半。

電壓波動會使電子儀器、電子計算機、自動控制設備等工作不正常；影響對電壓波動較敏感的工藝或試驗結果等等。

電網運行中若無功功率不足或過剩都將引起運行電壓的下降或升高，在極端情況下還可能引起電壓大幅度下降而出現“電壓崩潰”現象。

高次諧波不僅會影響系統中其他用電設備、通訊等正常運行，嚴重時影響到發電設備的安全運行。為此，國際電工委員會已經制定了相關的標準IEC555-2。

電壓質量對電力系統本身也有影響。電壓降低時，會使電網中的有功功率損耗和能量損耗增加，嚴重時還會危及電力系統運行的穩定性；而電壓過高，各種電氣設備的絕緣會受到損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗。

因此，無論是作為負荷用電設備還是電力系統本身，都需要將電壓控制在國家規定的范圍之內的。

3 控制電壓質量的措施

（1）正確合理的設計工廠供電系統，改善運行方式，合理供電。如合理的選擇供電半徑，減少線路迂回、功率倒送，配變盡量設在接近負荷中心的位置。此外，對負荷變化劇烈的電氣設備以專線單獨供電。

（2）因為電網電壓損失與輸電線路的阻抗有很大關系，合理選擇導線截面，以減少電壓損失，將輸電線的電壓損失控制在允許的范圍之內。

（3）采用有載調壓變壓器調壓。通過變壓器有載分接開關與之相配套控制器，在不停電帶負荷下調整輸出電壓。但由于變壓器本身不是無功功率電源，這種控制變壓器變比式的調壓是以系統無功功率電源充足為前提的。

（4）增加無功補償設備調壓。①串聯電容器補償調壓。電容器一般串聯在供電給車間變電所線路的高壓側，利用電容器上的容抗補償輸電線路中的感抗。但對于負荷功率因數高或導線截面小的線路，該調壓效果小。因此，串聯電容器補償調壓一般用于供電電壓為35 kV或10 kV、負荷波動大且頻繁、功率因數又很低的輸配電線路。②并聯電容器組進行補償調壓。電容器可以連接成組，還可以分組投切，就地提供無功，從而減少了功率損耗和電壓損耗。但并聯電容器組只能發出感性無功，以提高電網電壓，而不能吸收感性無功。因此，電容器組只在重負荷時投入，輕負荷時全部退出。③并聯調相機進行補償調壓。調相機既能過勵運行，發出感性無功功率使電網電壓升高，又能欠勵運行，吸收感性無功功率使電壓降低。通過自動勵磁調節裝置，達到平滑地調節電壓的目的。但調相機的有功功率損耗較大，運行的維護量也較大。④采用靜止無功補償器進行補償調壓。它是將可控的電抗器與電容器并聯使用，電容器發出無功，可控電抗器則可以吸收無功功率，根據無功負荷的變化情況進行調節，以保持母線電壓的穩定。為了減少無功功率沖擊引起的電壓閃變，國內外普遍采用靜止型無功補償裝置SVC。

5、設置濾波裝置抑制諧波。①無源濾波裝置，它是由電力電容器、電抗器和電阻器聯接成交流濾波器，多個濾波器組合稱為無源濾波裝置。在電路中它和諧波源并聯，除作濾波外，還能對基波進行無功補償。但該裝置的體積和質量都很大，調整的準確度要求很高。②）有源濾波裝置，近年來采用電力晶體管（GTR）和可關斷晶閘管（GTO）及脈寬調制（PWM）技術等構成有源濾器，對負載電流作實時補償；另一種是在負載本身的整流器和濾波電容之間增加一個功率變換電路，它能將整流器的輸入電流校正成與電網電壓同相位的正弦波，消除諧波和無功電流，還能有效提高電網功率因數，從而保證了電壓質量。

4 結語

電壓質量的好壞直接關系著用戶的產品質量、產量、用電設備的壽命等。電力系統中各種用電設備只有在電壓為額定值時才有最好的技術和經濟指標。在實際應用中，要根據不同的電壓控制措施的優缺點，結合實際，選用不同的調壓方式，或綜合采用多種調壓措施，以達到最好的調壓效果，更好地滿足現代化生產對電壓質量的要求。

參考文獻

[1] 蘇文成主編.工廠供電[M].2版.北京：機械工業出版社，1999.

[2] 王葵，孫瑩.電力系統自動化[M].2版.北京：中國電力出版社，2007.endprint