电能质量供电电压偏差

供电电压偏差

1.基本定义

1.1 系统标称电压 用一标志或识别系统电压的给定值。

1.2 供电点 供电部门配电系统与用户电气系统的联接点。

1.3 供电电压 供电点处的线电压或相电压。

1.4 电压偏差 实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值以百分 数表示

1.5 电压合格率 实际运行电压偏差在限值范围内累计运行时间与对应的总运行时间的百分比。

2.电压偏差

根据电工学理论,两电势点之间的电势差称为电压,用U表示,单

位为V(伏),分为直流电压与交流电压。电压偏差即为实际供电电压与额定供电电压之间的差值。引起电压偏差的因素有无功功率不足、无功补偿过量、传输距离过长、电力负荷过重和过轻等,其中无功功率不足是造成电压偏差的主要原因。

供电电压偏差是电能质量的一项基本指标。合理确定该偏差对电

气设备的制造和运行，对电力系统的安全性和经济性都有重要意义。

2.1 供电电压偏差的限值

35kv及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%； 注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量标准。 20kv及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%。

220kv单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%。

对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压有特殊要求的用户，由供、用点双方协议确定。

2.2 供电电压偏差的测量

2.2.1 测量仪器性能的分类

测量仪器性能分两类，分别定义如下：

A级性能----用来进行需要精确测量的地方，例如合同的仲裁、解决

争议等。

B级性能----可以用来进行调查统、排除故障以及其他的不需要较高精确度的应用场合。

注：应该根据每个具体应用场合来选择测量仪器性能的级别。

2.2.2 供电电压偏差的测量方法

获得电压有效值的基本测量时间窗口应为10周波，并且每个测量时间窗口应该与紧邻的测量时间窗口接近而不重叠，连续测量并计算电压有效值的平均值，最终计算获得供电电压偏差值，计算如下：

电压偏差（%）=电压测量值—系统标称电压×100% 系统标称电压

对A级性能电压监测仪，可以根据具体情况选择四个不同类型的时间长度计算供电电压偏差：3s、1min、10min、2h。对B级性能电压监测仪制造商应该表明测量时间窗口、计算供电电压偏差的时间长度。时间长度推荐采用1min或10min。

2.2.3 仪器准确度

A级性能电压检测仪的测量误差不应超过±0.2%；B级性能一起的测量误差不应该超过±0.5%

2.2.4 电压合格率统计

被监测的供电点称为监测点，通过供电电压偏差的统计计算获得电压合格率。供电电压偏差监测统计的时间单位为min，通常每次以月(或周、季、年)的时间为电压监测的总时间，供电电压偏差超限的时间累计之和为电压超限时间，监测点电压合格率计算公式如下：

电压合格率（%）=（1-电压超限时间）⨯100% 总运行统计时间

2.2.5 电网电压检测

电网电压监测分为A、B、C、D四类监测点：

（1）A类为带地区供电负荷的变电站和发电厂的20kV、10(6)kV母线电压。

（2）B类为20 kV、35 kV、66 kV专线供电的和110 kV及以上

供电电压。

（3）C类为20 kV、35 kV、66 kV非专线供电的和10(6)kV供电电压。每10MW负荷至少应设一个电压监测点。

（4）D类为380/220 V低压网络供电电压。每百台配电变压器至少设2个电压监测点。监测点应设在有代表性的低压配电网首末两端和部分重要用户处。

各类监测点每年应随供电网络变化进行调整。

3.电压偏差的危害

3.1 对用电设别的影响

用电设备是按照额定电压进行设计、制造的。如照明常用的白炽灯、荧光灯,其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。图1中的曲线表示白炽灯和荧光灯端电压变化时,其光通量、发光效率和寿命的变化。白炽灯对电压变动很敏感。从图3.1中可看出,当电压较额定电压降低5%时,白炽灯的光通量减少18%;当电压降低10%时,光通量减少30%,照度显著降低。当电压较额定电压升高5%时,白炽灯的寿命减少30%;当电压升高10%时,寿命减少50%,这将使白炽灯损坏的数量显著增加。再比如许多家用电器(如洗衣机、电风扇、空调机、电冰箱、抽油烟机等)内的单相异步电动机,电压过低会影响电动机的起动,使转速降低、电流增大,甚至造成绕组烧毁的后果;电压过高,有可能损坏绝缘或由于励磁过大而发生过电流。

图3.1 照明灯的电压特性

3.2 对电力系统稳定运行的影响

电力系统维持同步运行的能力与电网电压水平有很大的关系,即 P=EUsinδ 3-1 X∑

式中 P---三相功率 E---发电机电动势

U---系统线电压 δ---E、U之间相位角

X∑---线路总阻抗

各量可用标幺值,也可用有名值。式3-1称为单机无穷大系统功角特性。

当电力系统结构确定,即X∑已确定的情况下,提高系统电压及发

电机电动势(发电机端电压也相应提高)就能大大提高系统的静态稳定极限。对于简单输电系统中无功功率与电压存在以下关系:

Q=U(Ecosδ-U) 3-2 X∑

式中 Q---三相无功功率 U---系统线电压

E---发电机电动势

由式3-2可见,当Ecosδ>U时,在系统母线上将得到来自发电机的无功功率,E、U相差越多,Q就越大;反之,当Ecosδ

稳定运行。但在一般情况下,两者是没有矛盾的。在高峰有功负荷时,电网也需要较多的无功功率,线路重负荷,E也比较高,静态稳定极限也比较高。在负荷低谷时,线路功率也比较小,E低一些也不致影响电网运行的稳定。对于远距离的输电系统,从电网经济性考虑,不应从远方发电机输送无功功率至受端系统。但从稳定性的要求考虑,发电机电动势或机端电压数值应较高,因此要限制发电机的进相运行或高功率因数的运行方式。

3.3对电网经济运行的影响

输电线路和变压器在输送功率不变的条件下,流过电流大小与运行电压成反比。电网低电压运行,会使线路和变压器电流增大。线路和变压器绕组的有功损耗与电流平方成正比,因此低电压运行会使电网有功功率损耗和无功功率损耗大大增加,增大了供电成本。

4.治理电压偏差超标的对策

电压偏差超标治理的主要对策是采取各种调压手段和方法,在各种不同运行方式下,使用户的电压偏差符合国家标准。主要包括以下几种电压调整方式。

4.1中枢点电压管理

电力系统电压的监视和调整可以通过对中枢点电压的监视和调整来实现。所谓中枢点,是指电力系统中可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线,很多负荷都由这些母线供电。若控制了这些中枢点的电压偏差,也就控制了系统中大部分负荷的电压偏差。

根据电网运行经验,为了满足中枢点供电电力用户的电压要求,一定电压等级的线路的供电距离和供电容量是有一定范围的。对于中枢点的电压调整,也可根据电力网的不同性质,大致确定一个中枢点电压的变动范围。

4.2 发电机调压

发电机不仅是有功电源,而且也是无功电源,有些发电机还能通过进相运行吸收无功功率,所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。现在的同步发电机都装有自动励磁调节设备,其主要功能是自动

调整发电机的机端电压、分配无功功率,提高发电机同步运行的稳定性。按规定,发电机可以在其额定电压的95% ~105%范围内保持以额定功率运行。这是一种充分利用发电机设备,不需额外投资的调压手段。

4.3 变压器调压

双绕组电力降压变压器的高压绕组上除主分接头外,还有几个附加分接头,供需要不同电压时使用。容量在6 300kVA及以下无载调压的电力变压器一般有2个附加分接头,主分接头对应变压器的额定电压为UN, 2个附加分接头分别对应1. 05UN和0. 95UN。容量在8 000

kVA及以上时,一般有4个附加分接头,分别对应1.05UN、1.025UN、0.975UN、0.95UN。

4.4 改变电网无功功率分布调压

当线路、变压器传输功率时,会产生电压损耗。因而如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗,也就改变了电网各节点的电压大小。由电压损耗表达式∆U=(PR+QX)/U可知,要改变电压损耗有2种办法:一种是改变网络参数,如串联电容,利用串接的电容、电感上电压相位差1800的特点,抵消部分电抗;另一种是改变电网元件中传输的功率。

5.总结

对于国内电网,目前造成电压偏差的主要原因是无功功率不足或无功补偿容量不匹配;而造成频率偏差的主要原因是变化周期在10 s~3 min的负荷脉动和变化十分缓慢的持续变动分量并带有周期规律的负荷波动。

电网电压偏差过大,会造成用电设备寿命缩短、电力系统稳定极限下降以及电网运行费用增加;电网频率偏差过大,会造成负荷功率波动以及电动机超速故障等。

针对电压偏差问题的治理方法包括中枢点电压调整、发电机调压、变压器调压以及改变电网无功功率分布调压,对电力用户的治理办法主要是无功补偿;针对电力系统频率偏差问题的治理

方法包括一次调整以及二次调整。