電力系統電壓質量分析

現在以一個縣的電網為例，這個區域電網的具體情況如：全縣面積1520.7平方公里。有110kV電站7座、35kV電站7座。小水電裝機容量約為63MW。由于歷史原因縣網特點是：電網結構不合理、供電可靠性不高;輸電線路分支多且長、殘舊、多小水電沒有裝設繼電保護裝置上網。因此每年電網就會出現這樣的情況：枯水期時，電網電壓過低;豐水期時，電網電壓過高，帶有小水電的邊遠山區有時會出現燒壞電器的現象。針對這些現象我對保證電壓質量、提高經濟效益、減少電網損耗有一些看法。

一、電壓與無功功率的重要作用

電力系統的經濟、安全、穩定運行，與控制電壓技術及調節無功功率分不開的。電壓是電能質量的重要標志。供給用戶的電壓與額定電壓值的偏移不超過規定的數值，是電力系統運行調整的基本任務之一。各種用電設備是按照額定電壓來設計制造的，只有在額定電壓下運行才能取得最佳的工作效率。電壓質量對電力系統本身有影響。當電壓過高時：會對負荷的運行帶來不良影響;影響產品的質量和產量，損壞設備;各種電氣設備絕緣會損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗;甚至會引起電力系統電壓崩潰，造成大面積停電。電壓降低時：會使電網中的有功功率損耗和能量損耗增加，過低還會危及電力系統運行的穩定性。無論是作為負荷用電設備還是電力系統本身，都要求能在一定的額定電壓水平下工作。從技術和經濟上綜合考慮，規定各類用戶的允許電壓偏移是完全必要的。我國規定在正常運行情況下各類用戶允許電壓偏移為：

35kV及以上電壓供電的負荷 ±5%

10kV及以下電壓供電的負荷 ±7%

低壓照明負荷 +5% -10%

農村電網(正常) +7.5% -10%

(事故) +10% -15%

電力系統中無功功率平衡是保證電力系統電壓質量的基本前提。對于運行中的所有設備，要求系統無功功率電源所發出的無功功率(∑QG)與無功功率負荷(∑QD)及無功功率損耗(∑QL)相平衡，即

∑QG=∑QD+∑QL

而無功功率電源在電力系統中的合理分布是充分利用無功電源、改善電壓質量和減少網絡有功損耗的重要條件。無功功率的產生基本上是不消耗能源的，但無功功率沿輸電線路上傳送卻要引起無功功率的損耗和電壓的損耗。無功功率電源的最優控制目的在于控制各無功電源之間的分配，合理的配置無功功率補償設備和容量以改變電力網絡中的無功功率分布，可以減少網絡中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善負荷用戶的電壓質量。

二、電力系統的無功功率電源有：

1.同步發電機

同步發電機目前是電力系統唯一的有功功率電源，它又是基本的無功功率電源。它只有在額定電壓、額定電流、額定功率因數下運行時，視在功率才能到達額定值，發電機容量才能得到最充分的利用。當電力系統中有一定備用有功電源時，可以將離負荷中心近的發電機低于額定功率因數運行，適當降低有功功率輸出而多發一些無功功率，這樣有利于提高電力系統電壓水平。

2.同步調相機及同步電動機

同步調相機是特殊運行狀態下的同步電動機，可視為不帶有功負荷的同步發電機或是不帶機械負荷的同步電動機。因此充分利用用戶所擁有的同步電動機的作用，使其過激運行，對提高電力系統的電壓水平也是有利的。

3.靜電電容器

靜電電容器從電力系統吸收容性的無功功率，也就是說可以向電力系統提供感性的無功功率，因此可視為無功功率電源。電容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相補償，隨時投入、切除部分或全部電容器組，運行靈活。電容器的有功損耗小(約占額定容量的0.3%～0.5%)，投資也節省。

4.靜止無功功率補償器

靜止無功功率補償器是一種發展很快的無功功率補償裝置。它可以根據負荷的變化，自動調整所吸收的電流，使端電壓維持不變，并能快速、平滑的調節無功功率的大小和方向，以滿足動態無功功率補償要求，尤其對沖擊性適應性較好。與同步調相機相比較，運行維護簡單，功率損耗較小，能夠做到分相補償以適應不平衡的負荷變化。其缺點是最大無功補償量正比于端電壓的平方，在電壓很低時，無功補償量將大大降低。

三、電力系統電壓控制的方式

在電力系統無功功率平衡中，為了保證系統有較高的電壓水平，必須要有充足的無功功率電源。但是要使所有用戶處的電壓質量都符合要求，還必須采用各種調壓控制手段。

1.發電機控制調壓

控制發電機的勵磁電流，可以改變發電機的端電壓。發電機允許在端電壓偏移額定值不超過±5%的范圍內運行。對于由發電機直接供電的小系統，供電線路不長，輸電線路上的電壓損耗不大時，可以采用發電機直接控制電壓方式，以滿足負荷電壓要求。它不需要增加額外的設備，因此是最經濟合理的控制電壓措施，應優先考慮。但是輸電線路較長、多電壓等級的網絡并且有地方負荷的情況下，僅僅依靠發電機控制調壓已不能滿足負荷電壓質量的要求，且在大型電力系統中僅僅作為一種輔助性的控制措施。

2.控制變壓器變比調壓

一般電力變壓器都有可以控制調整的分接抽頭，調整分接抽頭的位置可以控制變壓器的變比。在高壓電網中，各個節點的電壓與無功功率的分布有著密切的關系，通過控制變壓器變化來改變負荷節點電壓，實質上是改變了無功功率的分布。變壓器本身并不是無功功率電源，因此，從整個電力系統來看，控制變壓器變比調壓是以全電力系統無功功率電源充足為基本條件的，當電力系統無功功率電源不足時，僅僅依靠改變變壓器變比是不能到達控制電壓效果的。

3.利用無功功率補償設備調壓

并聯補償設備有調相機、靜止補償器、電容器，它們的作用都是在重負荷時發出感性無功功率，補償負荷的需要，減少由于輸送這些感性無功功率而在輸電線路上產生的電壓降落，提高負荷端的輸出電壓

4.利用串聯電容器控制調壓

一般用于供電電壓為35kV或10kV、負荷波動大而頻繁、功率因數又很低的輸配電線路。它是在輸電線路上串聯接入電容器，利用電容器上容抗補償輸電線路中的感抗，使電壓損耗后的分量減少，從而提高輸電線路末端的電壓。如圖：

無功功率負荷增大時所抬高的末端電壓將增大，無功功率負荷減小時所抬高的末端電壓將減小。而無功功率負荷增大將導致末端電壓下降，此時也正是需要升高末端電壓。但是對于負荷功率因數高或者輸電線路導線截面小的線路，線路電抗對電壓損耗影響較小，故串聯電容補償控制調壓效果小。因此利用串聯電容補償調壓一般用于供電電壓為35kV或10kV，負荷波動大而頻繁，功率因數又很低的輸配電線路。

四、結束語

我們可以看到利用好調壓控制的方法有很多用處，既有利于維持電力系統及負荷地區的電壓水平，繼而達到相應的無功功率平衡，同時還能夠避免電網中無功功率的大量傳輸，以達到降低損耗。