电力系统的调压措施

徐嘉俊

【摘 要】系统电压是电力系统运行状态的重要参数，电压是电能质量指标的重中之重。电压超出所规定的范围时，将对用户产生不良的影响。电力系统的电压调整，也应根据不同情况，在不同的节点选择不同的调压方式。

【关键词】电力系统；电压变化的影响；调压措施；经济选用

随着电气化和信息化的发展，人类越来越依赖于电能，电能的可靠性和质量逐渐成为人们关注的焦点。电能质量是供电部门生产经营活动中的一个重要的经济指标。电压是电能质量指标的重中之重。电压的质量对电力系统稳定运行，降低线路损耗和保证工农业生产有着重要的意义。

在工农业生产和广大人民生活中使用的各种用电设备都是按照额定电压来设计的，这些用电设备在额定电压下运行能够取得最佳的效果，当电压超出所规定的范围时，将对用广大户产生不良的影响。例如照明灯，其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。当电压升高时，照明灯的光通量将要增加，但使用寿命将缩短；反之，电压降低则照明灯的光通量降低，灯光不足，影响人们的视力和工作效率。异步电动机的电磁转矩与其端电压的平方成正比，当电压降低10%时，转矩大约要降低19%。如果电动机拖动的机械负载不变，电压降低时，电动机的转速下降，定子电流增大，绕组温度也增加，这样加速了电动机的绝缘老化，缩短其使用寿命，甚至停转烧毁，直接影响正常的生产工作。

系统电压是电力系统运行状态的重要参数，对电力系统而言，电压降低会使电网的电能损耗加大，电压过低时还可能危及电力系统运行的稳定性，甚至造成电压崩溃；而电压过高又威胁电气设备的绝缘，使电气设备产生过励磁。因此，保证系统电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。电力系统运行中，由于用户负荷及电网接线方式的改变，电网的电压损耗也将发生变化，要严格保证所有用户在任何时刻都在额定电压下运行是不可能的。实际上，大多数用电设备在一定的电压偏移下运行仍有良好的技术性能。我国规定，各类用户的允许电压偏移如下：

（1）35KV及以上电压供电的负荷允许电压偏移±10%。

（2）6—10KV电压供电的负荷允许电压偏移±7%。

（3）低压照明负荷允许电压偏移+5%、-10%。

（4）其他低压电气设备允许电压偏移±5%。

由于供电范围扩大，要使网络中各处负荷的电压偏移符合上述的要求，必须要采取各种调压措施。如要进行电压调整首先应要有充足的无功电源，满足无功功率平衡的要求。当电网有能力供给足够的无功功率时，负荷的电压就能维持在正常水平。如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。所以，我们要保证电力系统的电压质量，就必须保证电力系统的无功平衡。电力系统各点电压的变化和相应的无功功率平衡密切相关。因此，为保证电能质量所进行的电压调整，势必关系到无功电源的配置极其运行方式。而且，电力系统的电压调整，也应根据不同情况，在不同的节点选择不同的调压方式。下面就简单介绍一下主要的调压方式。

1.依靠改变发电机的励磁电流调压

改变发电机的励磁电流可以调节它的端电压，一般发电机的端电压允许有±5%的波动。由于这种调压措施不需要另外增加设备，所以应予以优先考虑。

在发电机直接供电的小容量电力系统中，当负荷最大时电力网的电压损耗也最大，这时发电机应增大励磁电流保持较高的端电压以提高网络的电压；而当系统负荷最小时，电力网的电压损耗也最小，这时发电机应减小励磁电流维持较低的端电压。所以，在最大负荷时把电压调至高出额定电压的5%，而在最小负荷时降为额定电压，通常把这种调压方式称为逆调压。对于多级变压的电力网，因其供电范围很广，单靠发电机调压不能完全满足要求，但是如果发电厂能实现逆调压，也会大大减轻其他调压设备的负担，使系统调压问题易于得到解决。因此，在大系统中工作的发电机，应尽可能地在最大负荷时将发电机端电压调高一些，而在最小负荷时降低一些。对于远离负荷中心的发电机，单纯依靠改变发电机励磁电流来调压就不恰当了。因为这时线路上如过多输送无功功率，将引起较大的有功损耗，特别是对于长距离、超高压线路，由于线路电容效应所造成的影响，更不适宜改变发电机的励磁电流来调压。

2.依靠改变变压器变比调压

从本质上看，这种方式并不增减系统的无功功率，而是通过改变系统的无功功率分布来实现调压的。因此，在整个系统无功功率不足的情况下并不能靠这种办法来提高系统的电压水平。通常，改变变压器分接头的方式有两种：一种是在停电情况下改换分接头，称为无励磁调压；另一种是在带电运行情况下改换分接头，称为有载调压。无励磁调压方式的调压范围较小（±5%），且调压不便。较理想的是采用有载调压变压器或专用调压变压器。这种变压器不仅随时可以根据负荷的变化来进行调压，而且调压范围较大（可达±10%-±12.5%）。它特别适合于电压偏移大和负载潮流变化大的地方使用。

3.依靠调相机、电容器组等无功补偿装置调压

如前所述，无功补偿装置实质上就是无功电源装置。因此，依靠无功补偿装置调压，一方面通过维持系统的无功功率平衡来维持系统的电压水平，当系统无功不足时，通过增投无功补偿装置的备用容量，达到系统无功功率的平衡；另一方面，依靠在用户端装设的无功补偿装置调压，可减少线路的有功损耗和电压损耗，从而提高末端电压水平，以达到调压的目的。由于无功补偿设备本身的投资和损耗，将增加电网的建设费用和运行费用。因此要经过经济技术比较来决定是否利用无功补偿设备进行调压。由于静止补偿器有很多优点，在选用无功补偿设备时，特别是有集中冲击负荷，并产生电压波动时，应优先考虑采用静止补偿器。

4.依靠改变输电线路的参数调压

从计算电压损耗的公式△U=（PR+QX）/U可知，改变输电线路的电阻R和电抗X，都可以达到改变电压损耗的目的。一般来说，电阻R是不易减少的，要减少它就要增大导线截面，这样将多消耗有色金属，在技术经济上是不利的，同时对于截面较大的架空输电线路而言，PR/U项在电压损耗中的比重一般比QX/U项小。所以，一般都着眼于减少电抗来降低电压损耗。减少线路电抗的一种有力措施是采用串联电容补偿，在线路上串联一组电容器后，线路的电抗即减少为j（Xl-Xc）。从电抗对电压损耗的关系可知，当线路上输送无功功率愈多，即线路的cosф愈低时，串联电容补偿的调压效果愈显著。当Q=0时，串联电容补偿的效果也趋于零。当线路上的负荷变化非常快时，采用串联电容是最有效的调压方法。因为电容能快速响应这种快速的负荷变化。

在考虑投资大小的情况下，串联补偿和并联补偿所需电容量之比，为线路中的无功功率损耗和线路所输送无功功率之比。在一般情况下，线路所输送的无功功率总要比线路中的无功功率损耗大。所以，在调压效果相同的时候，一般来说用串联补偿所需电容量，要比并联补偿所需电容量小得多。 而按降低线路功率损耗和电压损耗的要求来看，并联补偿要比串联补偿更为有效。

综上所述，可以看出各种调压方法的应用范围是相当复杂的，且要正确、合理的选择调压设备，不仅与电网对电压的要求、电网的规模、结线方式等有关，而且还应与系统的功率平衡、电能损耗等方面相配合。因此在电力系统中具体采用何种调压措施，需要进行技术经济比较。从整个电力系统的情况出发，全面加以考虑，所选择的调压措施在技术上应优越，可完全满足调压要求，而且还要具有最优的经济指标。以保证系统合格的电压质量，使系统安全、稳定、优质、高效地运行。