电压波动的危害及应对措施探讨

郝 明 芳

(大秦铁路股份有限公司太原供电段，山西 太原 030013)

电压波动的危害及应对措施探讨

郝 明 芳

(大秦铁路股份有限公司太原供电段，山西 太原 030013)

阐述了电网和电气设备在电压偏高或偏低条件下运行的危害性，对电压波动的原因及范围进行了分析，并结合铁路用电现场实际情况，提出了加强供电管理、合理补偿无功等调节电压的应对措施，以保证铁路运输的安全畅通。

电压波动，危害性，电气设备，电力系统，铁路

近年来，随着高速、普速等铁路运营线里程的不断加大、客货运量的持续增加，10 kV电力系统的供用电线路设施也在不断延伸扩充，伴随着铁路电力系统供电任务的日益加重，对铁路电力系统安全稳定运行的可靠性要求也越来越高。

铁路10 kV电力线路沿铁路线分布，承担着铁路运营各站场区间及铁路沿线地区的生产、生活供电任务，10 kV电力供电系统是铁路运输安全不间断前行的指航灯与加油站。铁路10 kV电力系统运行的正常与否直接影响着铁路生产秩序的安全稳定、关系着铁路运营任务的顺利完成以及铁路居民日常生活的平稳安宁。

电压是衡量电能质量的一个重要指标，不断提高铁路电力系统的供电质量，对铁路电力系统在日常运行中电压波动危害进行探析，并提出相应的管理技术措施是本文研究的主要目的。

1 电压波动的危害

电压、波形、频率是衡量电力系统供电电能质量的三大技术指标，供电系统电能质量的好坏直接关系到用电设备的经济与安全运行，关系到企业安全生产的可持续发展，供电质量不合格极易造成传动运转设备、继电保护装置或电子设备工作失常，产品质量低劣，严重时还会危及到人身与设备安全。因此，电压作为衡量电能的重要技术指标，严格确保用户受电端电压波动在可控、可许的正常公允范围是供电质量的基本要求，也是电力系统工作人员的基本职责。众所周知，额定电压是电气设备最基本的技术参数，各种电气设备只有在标准的额定电压下运行才能实现最佳的工效，电源电压一旦超出标准电压的正常允许偏差范围，就会给用电设备及用户将带来非常严重的不良后果。无功功率的失衡是导致电力系统运行电压波动的根本原因，电力系统中各种无功功率的输出应充分满足电力系统所有负荷和电力网损耗在规定电压下对无功功率的需求，反之，供电电压质量就无从谈起。电压的波动(升高或降低)如果超出了允许范围，便会造成电力网和用户电气设备在电压偏高或偏低条件下运行，在这种运行条件下，电气设备既不经济、也缺乏安全稳定的基本工作前提。

电网和用户电气设备在电压偏高或偏低条件下运行的危害性分述如下：

1)在电压偏高条件下运行的危害。a.供、用电设备的绝缘加速老化，缩短设备的使用寿命；b.电动机、变压器空载损耗增大，导致电力网整体损耗增加；c.影响电压波形，甚而导致过电压，危及人身、电网及用电设备的安全；d.无功补偿装置无法正常工作，无功补偿效果大大降低，增大网络线损；e.用电设备无法正常工作，严重影响产品和服务质量。例如，照明设备寿命缩短，我们经常用到的荧光灯装置上的镇流器就属于电压敏感元件，荧光灯通过镇流器为它提供启动电压和运行电压，同时镇流器也能起到对荧光灯的限流作用，电压过高时镇流器就会过热烧损。研究测试表明：当电源电压升高10%时，荧光灯的寿命会减少20%，白炽灯的寿命会骤减70%。

2)在电压偏低条件下运行的危害。a.降低发、供电设备的效率；b.电功率和电能耗损增大；c.危及电力网的安全运行，严重时可导致部分电网崩溃；d.增大了电动机的启动难度，电动机长期在低电压状态下运行极易烧毁；e.大大降低用电设备的实际工作质量和产品质量。 比如，照明设备不能正常发光或发光不足，电气设备容量不能充分利用。我们在生活中必不可少的照明灯，当电压下降10%时，荧光灯的光通亮下降20%，白炽灯的光通亮下降32%，此时将严重影响人的视力和工作效率。如：异步电动机的电磁转距是与其端电压的平方成正比的，当电源电压下降到10%时，转距大约要降低19%，当端电压太低时，电动机可能由于转距太小而失速甚至停止转动，也可能会造成电动机运行中温升不断增高，甚至将电动机绕组烧坏，严重影响到企业的正常生产。

2 电压波动的原因

电压波动是由于电力网的无功功率失去平衡引起的，电压波动就是供电电源在某一时段内超出或低于电压额定标准值的异常现象。如电压变化的速率大于每秒1%时，可称为电压的急剧变化。

电力系统电压波动一般有以下三方面的原因：

1)改变电力网运行方式，引起电网阻抗与功率分布发生变化；2)电力网的某些设备发生事故或故障；3)电力负荷在不同时段、不同季节随用户生产格局的调整而变化。

比如：起重机起重提升、大型用电设施负载的快速突变或大型电动机直接启动等都会引起电压的异常波动。

3 电压波动的范围

电力系统调压的目的是保证供电系统中各负荷点的电压保持在允许的偏移范围内。供电设备理想的工作电压应保持在额定电压的水平。但是在电力系统的实际运行过程中，供电网络中的电压耗损会随着用电负荷的变动、电网运行方式的更改而变化，所有用户在任何时刻受电端电压完全符合额定电压的标准量值只是一种理想的供电模式。实际上供电电压总是或多或少会产生上下偏移。因此，从经济上和技术上综合考虑，规程允许设备的运行电压比额定电压稍有出入也是完全合理的。通常，用电设备电压偏移的范围是根据该设备对电压偏移的敏感性以及可能造成后果的严重程度所决定的。

中国铁路总公司《铁路电力管理规则》明确规定：1)自动闭塞信号变压器二次端子为额定值的±10%；2)220 V单相供电电压允许偏移为额定电压值的+7%～-10%；3)10 kV及以下三相供电电压的允许偏移值应为额定电压值的±7%；4)35 kV及其以上高压供电设备其电压正、负偏差的绝对值之和不得超过额定电压值的10%。电力系统即使在非正常情况下，用户受电端的电压最大允许偏差也不应超过额定值的±10%。

4 电压波动的应对

为了确保铁路电力系统严格满足用户受电端电压波动的正常取值，可结合铁路用电现场实际情况在以下几个方面采取调节电压的应对措施：

1)加强供电管理。对于铁路工厂、车间(比如，铁路机务段检修车间、车辆段、铁路器材厂等)一般在白天上班，设备开机及运行时间较集中，用电负载在同一时段急剧增加容易引起电压降低或大幅度波动，有时会导致大功率设备不能正常启动工作。在这种情况下，供电部门应积极主动与用电单位进行协商，可以采取“消峰填谷”、改变工作制式(由一班制改为多班制)、将单位划时段作业、改变“峰谷”收费制鼓励低峰用电等措施有效平衡用电负荷，最大限度地降低电力系统的电压波动以及无功损耗，确保供电质量。

2)合理补偿无功。a.电容补偿。 铁路用电设备大多为照明、电机等，这些用电设备均属于感性负载，因此对电力贯通线的无功补偿多在配电室设置高压电容器，用来进行感性无功功率的补偿，提高功率因数，既节能又能保证设备的正常工作。对0.4 kV侧动力负荷较集中的车间可采取就地适时补偿，这样既能稳定0.4 kV侧的电压，又能控制对10 kV电力系统的波及影响，起到事半功倍的效果。在工作实践中，我们太原供电段对太原机务段、太原车辆段的变电厅0.4 kV侧均采用了就地适时集中电容补偿的办法，在稳定卡控动力负荷较集中地段电压波动的同时，又有效地满足了铁路功率因数与供电质量的要求。b.电抗器补偿。目前快速推进的高铁电力线路多为全电缆电力线路，电缆线路在交流电的作用下能够产生大量的电容电流，实际现场中10 kV电力高铁系统本身的供用电负荷不太大，这样就会产生无功倒送的现象，从而导致系统电压的升高。因此对长距离电缆线路宜采用电抗器分散补与集中补相结合的形式，同时我们考虑到并联电抗器补偿方式具有接入与投退的便利性，高铁电缆线路多选择并联电抗器补偿，可随时进行分相补偿、随时投切全部或部分电抗器，这种补偿非常适应现场运行、方便灵活、工况可控性较强。

3)降低线路阻抗。铁路电力线路点多线长，对于线路偏长负荷变化较大的地段，当负荷较小或空载时，线路末端电压就会高于正常标值范围；当负荷较大或满载时，线路末端电压就会低于正常标值范围。出现这种情形生产现场的一些电气设备就不能正常发挥功效，仅从提高变压器电压仍不能从根本上改变这种情况。面对此类问题，我们分析电压究竟损失到哪里，分析结论是输电线路截面不满足现场需求，必须通过增大线路截面或更换导线(比如将铝线改换为铜线)来降低线路阻抗进而降低线路电压损失。结合实际我们在每年的电力线路大修改造中，深入现场、实地考察、充分调研测算，对属于这类问题的线路就采用“增截面、铝换铜”的形式，有效地提高了铁路供电线路的稳定性和可靠性。

4)有载调节电压。针对供电系统电源受电的上级电源常常发生系统电压变化，我们不可能通过上述方法来稳定系统电源电压，为此我们可通过利用变压器能改变二次电压的特性来实现稳定系统电源电压的目的，同时在调整电压时必须确保不间断供电。

2012年太原供电段太北地区扩能改造过程中，我们将变压器由分接连片调压改为有载调压，有效解决了系统电压波动不能随时调整电压的问题。太北动力变电源取自110 kV系统电源，改造前当110 kV系统电源变化时我们根本做不到马上将110 kV系统电源停电来调整分接连片改变电压，只能顺其自然，在末端电压降严重时(黑土巷铁路宿舍)用户无法正常用电，改造后变压器采用有载调压有效解决了系统电源电压波动的问题，从根本上解决了太原北、太原东两个地区10 kV电力系统的稳压问题，供电质量得到大幅度的提升。

总之，只有不断提高铁路电力系统的供电质量，才能确保铁路运输的安全畅通，才能更好地提升铁路工作的服务质量。

On hazards of voltage fluctuation and its countermeasures

Hao Mingfang

(TaiyuanPower-SupplySection,Datong-QinhuangdaoRailwayCo.,Ltd,Taiyuan030013,China)

The paper illustrates the dangers in operating grids and electronic equipment at higher or lower voltages, analyzes the reasons for the voltage fluctuation and scopes, and points out the countermeasures of adjusting voltages by promoting the power-supply management and reasonable compensation reactive power, so as to ensure the safety in the railway transportation.

voltage fluctuation, hazards, electronic equipment, power system, railway

1009-6825(2015)28-0125-03

2015-07-21

郝明芳(1964- )，女，工程师

TM861

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