试论电力系统的电压调整

高 福 李为民 李峻峰

（多伦县电力有限责任公司，内蒙古 多伦 027300）

1 电力系统电压调整的必要性

电压是电能质量的重要指标，电压不合格会对电网造成严重的危害。电压偏移过大，会影响工农业生产的质量和产量，损坏电力设备，甚至引起系统性“电压崩溃”，造成大面积停电。

1.1 电网电压偏低

1.1.1 电网电压偏低的原因

由于早期设计的供电网络或配电网络结构不合理，特别是一些线路送电距离长，供电半径大，导线截面小，使线路电压损失较大。电网无功功率电源不足或无功补偿设备管理不善、长期失修、经常停用等，使无功平衡破坏，这是电网电压水平普遍降低的根本原因。变电所变压器分接头位置放置不合理，电网接线不合理，负荷过重，负荷功率因数低，电力设备检修及线路故障等，都可使电网电压下降。[1]

1.1.2 电网电压偏低的危害

对发电机的危害：发电机定子电流随其功率角的增大而增大。假设发电机在正常电压时定子电流为额定值，若系统电压降低，发电机仍要保持其出力，功率角就要增大，必然引起定子电流增大超过额定值。所以这种情况下，必须减少发电机的出力。对异步电动机的危害：在电力系统的负荷中，异步电动机占很大的比例，如果电压降低，异步电动机的转差率将增大，从而电动机定子绕组中电流将随之增大，导致电动机温升增加，效率降低，寿命缩短。对照明负荷的危害：电网电压下降，引起电灯功率下降，照明亮度降低。有关数据显示，电压降低10%，白炽灯的亮度降低35%；水银灯亮度减少20%；日光灯亮度降低10%，而且寿命缩短。如果电压降低20%，日光灯将不能启动。对冶金等行业的危害：电路的有功功率与电压平方成正比，电路将因为电压过低而影响冶炼时间，可能导致产品不合格，甚至报废。电网电压偏低还可能造成电网振荡、系统解列、大面积停电，导致断水、断气、电讯中断，严重影响人民生活和社会安全。

1.2 电网电压偏高

1.2.1 电网电压偏高的原因

随着现代化电网的发展，大容量机组直接接入超高压电网，以及500kV超高压线路的投入运行，其线路充电功率较大，每百公里充电功率（电容性无功功率）约10万Kvar，使220kV～500kV超高压电网内无功过剩，使主网电压过高。

1.2.2 电网电压偏高的危害

加速电气设备绝缘老化，降低电气设备的使用寿命。电压过高会造成变压器、电动机等铁芯饱和，铁损增大，温度上升，寿命降低；普通灯泡电压高出额定值10%寿命会减少到电压额定值时寿命的30%；电子设备各种电子阴极电压每增加5%，阴极寿命减少一半。电网电压偏高还会影响产品质量，使生产出来的产品不合格，造成经济损失；使变压器等电气设备空载损耗增大，增加线损。

电压的偏移过大不但会影响工农业生产，而且电压的波动也可能造成其它不良影响，例如由于电压波动引起的灯光闪烁会导致人的疲劳。

2 电压调整的方式与措施

引起电压变动的原因有以下几方面：由于生产、生活、气象变化造成的；个别设备因故障而退出运行造成网络阻抗变化；系统接线方式改变引起的功率分布和网络阻抗变化。以上各种原因占电网电压变动总原因的20%～30%。

2.1 电压调整的方式

2.1.1 逆调压方式

考虑到电网负荷高峰时供电线路上电压的损耗将增大，应将中枢点电压增大来弥补甚至抵消电压损耗的增大部分；电网低谷负荷时相应的线路上电压损耗小，将中枢点电压降低来补偿电压损耗减少的部分。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点宜采用这种调压方式。采用逆调压时，高峰负荷时可将中枢点电压升高到比额定值高5%，低谷负荷时将其降为额定值。

2.1.2 顺调压方式

所谓顺调压方式，就是高峰负荷时允许中枢点电压略低，低谷负荷时允许中枢点电压略高。与逆调压相对，对供电线路不长、负荷变动不大的中枢点可以采用顺调压方式。一般情况，顺调压时，高峰负荷时中枢点电压最低可允许比额定电压值高2.5%，负荷低谷时电压最高可允许比额定电压值高7.5%。

2.1.3 常调压方式

介于逆调压与顺调压两种情况之间的中枢点，可采取常调压方式，即在任何负荷下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，例如102%～105%额定电压。

2.2 电压调整的措施

2.2.1 通过改变发电机端电压调压

在各种调压措施中，最直接最经济的手段是利用发电机调压，因为这是一种不需要额外投资的调压手段，所以应当优先考虑采用。发电机调整端电压是通过调节励磁从而改变无功功率出力来实现的，现代的同步发电机可在额定电压的95%～105%范围内保持以额定功率运行，也就是发电机保持同样出力的情况下，可以在10%范围内调节电压。在发电机不经变压器升压就向用户供电的简单系统中，如果线路不是很长、线路上电压损耗不是很大的情况下，一般只通过改变发电机励磁，改变其母线电压就可以将电压调整到合格的范围。但是在发电机经过多级变压器变换电压向远方供电的情况下，末端电压随着负荷的改变可能产生20%的电压变化，单依靠发电机调压显然不能保证这部分用户的电能质量，可采用其他调压方式共同调节。

2.2.2 通过调整变压器变比调整电压

双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高中压绕组一般都有若干个分接头可供选择，通过选择不同的分接头，使变压器变压比例发生变化，从而达到调压目的。在无功充裕的系统中，运用各种类型的有载变压器调压方便、有效，而且有些负荷不采用有载调压变压器几乎就无法获得负荷需要的电能质量，中低压配电网中因为输电线路电阻较大，通过无功功率调压往往效果不够好，经常不得不采用具有分接头的有载调压变压器。但是只有当无功充足时，用改变变压器变比调压才会有效，当系统无功不足时，必须先增设无功补偿设备。若在无功不足时调节变压器分接头升压，可能引起整个系统电压的 “崩溃”，因为节点电压平方与无功功率成正比，若该点电压升上去了，则该点所需要的无功会更多，最终导致整个系统的电压继续下降，导致电压“崩溃”。

2.2.3 通过补偿设备调压

系统中无功功率不够充分时，需要考虑运用各种补偿设备进行调压。这些补偿设备可分为两类，即串联补偿和并联补偿。所谓串联补偿就是指串联电容器补偿，但是作为调压措施，串联补偿电容器由于设计、运行等方面的原因，目前应用比较少。并联补偿指并联电容器、调相机和静止补偿器。并联电容器的优点：电容器可以根据需要连接成组，可以分组集中使用，又可以分散安装，就地提供无功，从而减少线路功率损耗和电压损耗；电容器还可以做到随电压波动分组投切，再加上电容器运行损耗小，投资费用低，因此，电容器仍是目前电网中应用最普遍的无功补偿设备。并联电容器的缺点：电容器只能发出感性无功功率以提高节点电压，不能吸收无功功率来降低节点电压，因此，在低负荷时，应当切除节点上的部分乃至全部电容器。调相机的优点：调相机的调压方式是借改变其励磁电流的大小来改变其供出或吸收的感性无功功率。在负荷较大时可以过励磁运行发出无功功率，在负荷较小时可以欠励磁运行吸收无功功率；可以通过调节调相机励磁，平滑地改变其无功功率的大小和方向，因此可以平滑地调节电压，既可以升压也可以降压；调相机还可以装设自动励磁调节装置，在电力系统电压变化时自动增减无功出力以维持系统电压，这对于提高电力系统运行的稳定性是有益的。调相机缺点：调相机的有功功率损耗比较大，在满负荷运行的情况下，有功功率损耗可以占到其额定容量的1.5%～5%，而且调相机容量越小，有功损耗所占比重越大。此外，调相机是旋转设备，运行的维护量也比较大。静止补偿器，静止补偿器是一种可控的动态无功补偿装置，其特点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。

2.2.4 适当增大导线半径

部分老城网都因为导线半径小电阻大而导致电网电压损耗太大。所以，加大导线半径是城网改造的重要内容。对于新架设线路的导线需要考虑一定的裕度，尤其对中低压线路，因其承受能力小容易出现过负荷过大。

2.2.5 组合调压

顾名思义就是几种调压措施的组合。既然不同的调压措施都各有优缺点，应当综合采用各种调压措施，取长补短，才能达到最好的调压效果。

选择调压措施的几个原则：首先采用发电机调压。在无功充足的情况下，优先采用改变变压器分接头调压。在无功不足的情况下，需要采用补偿设备。为合理选择调压措施，要进行技术经济比较。所选措施不但在技术上优越，能够满足调压的要求，而且要有最优的经济指标。经济比较时，主要有三个经济指标，即折旧维修费、投资回收费和电能损耗费，对于每种参与比较的方案三项指标之和最小的方案就是经济上的最优方案。

3 不同时段电压调整

3.1 电网平时的电压调整

大多数时间电压调整是有规律可循的。这种情况下，电压的变化主要是由用户负荷的变化或联络线上输送功率的变化引起的，其变化趋势一般是事先知道的，相对来说这种电压变化是比较容易调整的。但是如果调整不当，或者不及时（特别是在无功功率不足的电网中），就可能使本来没有问题的地方出现问题。

需要提高电压时，一般先将电压最低地区的电厂及无功设备调大，其中尤其需要以从低到高的电压顺序投入电容器为原则，并由此顺序从受端电网到主电网的方向逐步调整。需要降低电压时，与提高时相反，首先降低主电网电厂及中枢点的电压，然后再减少地区电厂的无功功率，若此时电压仍偏高，则按从高压到低压等级的顺序切除无功补偿设备。

3.2 节假日时的电压调整

节假日电网电压的变化特点体现为整个电网的电压普遍高，其中也可能有个别地区的电压严重下降。电压普遍升高的原因是全网的负荷普遍下降，个别地区电压严重下降则可能是由于该地区发电厂发电机检修或电网的联络线停电检修引起的。调度人员必须事先做好有功功率和无功功率的分区平衡工作，在考虑无功平衡时，应考虑无功电源和无功负荷的电压静态特性的影响，并通过计算得出电压可能升高、降低的水平。节假日调压工作比较复杂，需要随时进行。

4 结束语

电压是电能质量的重要指标，合格的电压对于社会生产和人民生活有着非常重要的意义。采取合理的措施保障合格的电压是电力部门的重要任务。