试论电力系统的电压质量及其控制

何丽萍

摘 要：电压质量是衡量电能质量的重要指标之一。电压质量的好坏对电力系统的安全与经济运行，保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有着重要的影响。该文分析了影响电压质量的主要因数、阐述了控制电压质量的意义、提出了控制电压质量的措施，以便更好地满足用户对电能质量的要求。

关键词：电压质量 控制 意义 措施

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0208-01

随着科学技术的发展，精密仪器，计算机的广泛应用，自动化智能化的生产流程等对电能质量的要求越来越高。怎样保证供给用户的电压与额定电压值的偏差不超过国家规定的数值，已经成为一项十分重要的任务。

1 影响电压质量的主要因数

（1）电网布局不合理，供电半径超过标准，供电线路过长、导线截面偏小、变压器分接头位置不合理等会造成电压偏移。

（2）电网中感性负荷的大量增加，造成功率因数下降，电压偏移。如：电动机为建立旋转磁场，需要吸取电网的无功功率，造成电网远距离输送无功增加了功率损耗，功率因数下降，电网电压损失增大，用户端电压下降。反之，功率因数提高，电压上升。

（3）具有冲击性功率的负荷会引起电力系统的电压波动和闪变。如炼钢电弧炉、电气化铁路和轧钢机等。它们在生产过程中有功和无功功率随机地或周期性地大幅度变动，导致同一电网上其他用户电压以相同的频率波动。

随着大量非线性负荷的投入使用，如整流装置、电气化机车、电弧炉、调频电焊机等接入交流电网时，还会导致电网电压产生畸变和高次谐波，影响其他用电设备、通讯设施等正常运行。

2 控制电压质量的意义

各种用电设备只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效果。当电压偏离额定值较大时，不仅影响正常生产，还会损坏设备，甚至引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。下面从几个方面进行简述。

电力系统电压降低时，异步电动机的转差率将增大，由于机械转矩与转速的高次方成正比，转差增大时转速下降，其输出功率将迅速减少。而电厂电动机输出功率的减少又反过来影响锅炉、汽轮机的工作，最终影响发电厂所发出的功率。更为严重的是，电压降低后，电动机的启动过程将大为延迟，可能在启动过程中因温度过高而烧毁。而当电压偏高运行时，将加速电器设备的绝缘老化，影响电动机的使用寿命。

电炉等电热设备的发热量与电压平方成正比，电压降低使热效率降低。对白炽灯，电压降低，会使发光效率和光通量大幅下降，影响视线；端电压高于额定电压5%，则寿命会减少一半。

电压波动会使电子仪器、电子计算机、自动控制设备等工作不正常；影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果等等。

电网运行中若无功功率不足或过剩都将引起运行电压的下降或升高，在极端情况下还可能引起电压大幅度下降而出现“电压崩溃”现象。

高次谐波不仅会影响系统中其他用电设备、通讯等正常运行，严重时影响到发电设备的安全运行。为此，国际电工委员会已经制定了相关的标准IEC555-2。

电压质量对电力系统本身也有影响。电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和能量损耗增加，严重时还会危及电力系统运行的稳定性；而电压过高，各种电气设备的绝缘会受到损坏，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗。

因此，无论是作为负荷用电设备还是电力系统本身，都需要将电压控制在国家规定的范围之内的。

3 控制电压质量的措施

（1）正确合理的设计工厂供电系统，改善运行方式，合理供电。如合理的选择供电半径，减少线路迂回、功率倒送，配变尽量设在接近负荷中心的位置。此外，对负荷变化剧烈的电气设备以专线单独供电。

（2）因为电网电压损失与输电线路的阻抗有很大关系，合理选择导线截面，以减少电压损失，将输电线的电压损失控制在允许的范围之内。

（3）采用有载调压变压器调压。通过变压器有载分接开关与之相配套控制器，在不停电带负荷下调整输出电压。但由于变压器本身不是无功功率电源，这种控制变压器变比式的调压是以系统无功功率电源充足为前提的。

（4）增加无功补偿设备调压。①串联电容器补偿调压。电容器一般串联在供电给车间变电所线路的高压侧，利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗。但对于负荷功率因数高或导线截面小的线路，该调压效果小。因此，串联电容器补偿调压一般用于供电电压为35 kV或10 kV、负荷波动大且频繁、功率因数又很低的输配电线路。②并联电容器组进行补偿调压。电容器可以连接成组，还可以分组投切，就地提供无功，从而减少了功率损耗和电压损耗。但并联电容器组只能发出感性无功，以提高电网电压，而不能吸收感性无功。因此，电容器组只在重负荷时投入，轻负荷时全部退出。③并联调相机进行补偿调压。调相机既能过励运行，发出感性无功功率使电网电压升高，又能欠励运行，吸收感性无功功率使电压降低。通过自动励磁调节装置，达到平滑地调节电压的目的。但调相机的有功功率损耗较大，运行的维护量也较大。④采用静止无功补偿器进行补偿调压。它是将可控的电抗器与电容器并联使用，电容器发出无功，可控电抗器则可以吸收无功功率，根据无功负荷的变化情况进行调节，以保持母线电压的稳定。为了减少无功功率冲击引起的电压闪变，国内外普遍采用静止型无功补偿装置SVC。

5、设置滤波装置抑制谐波。①无源滤波装置，它是由电力电容器、电抗器和电阻器联接成交流滤波器，多个滤波器组合称为无源滤波装置。在电路中它和谐波源并联，除作滤波外，还能对基波进行无功补偿。但该装置的体积和质量都很大，调整的准确度要求很高。②）有源滤波装置，近年来采用电力晶体管（GTR）和可关断晶闸管（GTO）及脉宽调制（PWM）技术等构成有源滤器，对负载电流作实时补偿；另一种是在负载本身的整流器和滤波电容之间增加一个功率变换电路，它能将整流器的输入电流校正成与电网电压同相位的正弦波，消除谐波和无功电流，还能有效提高电网功率因数，从而保证了电压质量。

4 结语

电压质量的好坏直接关系着用户的产品质量、产量、用电设备的寿命等。电力系统中各种用电设备只有在电压为额定值时才有最好的技术和经济指标。在实际应用中，要根据不同的电压控制措施的优缺点，结合实际，选用不同的调压方式，或综合采用多种调压措施，以达到最好的调压效果，更好地满足现代化生产对电压质量的要求。

参考文献

[1] 苏文成主编.工厂供电[M].2版.北京：机械工业出版社，1999.

[2] 王葵，孙莹.电力系统自动化[M].2版.北京：中国电力出版社，2007.endprint