电力系统提高电压质量的策略研究
摘要:对于电力系统，交流电的电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、安全及经济运行都有重要的影响，本文首先阐述了影响电压质量的因素，主要从电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波以及三相不平衡等方面进行了分析，并着重提出了提高电力系统电压质量的方法。
关键词:电力系统电压质量提高策略
1电压对电力系统运行的影响
随着我国社会和经济的快速发展，电能质量的好坏越来越受到关注，如何保证和提高电能质量，从而保证生产和生活的正常进行，已成为迫切需要解决的问题。
电压、频率以及可靠性都会影响到电能质量，其中，电压是影响电能质量的重要原因，供给用户的电压都需要控制在允许的范围内，这是电力系统运行调整的基本任务之一。各种用电设备也是按照额定电压来设计制造的，只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率。当电压过高时，会对负荷的运行带来不良影响，影响产品的质量和产量，损坏各种电气设备绝缘，在超高压输电线路中还将增加损耗，甚至会引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和能量损耗增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性。无论是作为负荷用电设备还是电力系统本身，都要求能在一定的额定电压水平下工作， 因此，保证电压的稳定是非常重要的。
2影响电压质量的主要因素
在电力系统中，当出现电压偏差、电压波动和闪变、波形畸变以及三相不平衡时，都会影响到电压质量，任何与理想电压质量的偏差都属于电压质量扰动。
2.1电压偏差
电压偏差是相对于电网的额定电压而言的，是指电网电压偏离额定电压的程度，系统运行方式的改变，或用户负荷的变化，都会使电网上某一点的实际电压偏离其额定电压，保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的主要任务。
电压偏差指实际电压与额定电压之差对额定电压的百分数，电压偏移过大，除了影响用户的正常工作外，对电力系统本身也有不利影响。电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性，而电压过高时，各种电气设备的绝缘可能受到损害。
在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网
络中的电压损耗也将发生变化。要严格保证所有用户在任何时候都是额定电压是不可能的，因此，系统运行中各节点出现电压偏移是不可避免的。实际上，大多数用电设备在稍许偏移额定值的电压下运行，也仍有较良好的技术性能。从技术上和经济上综合考虑，合理地规定各类用户的允许偏移量是完全必要的。
2.2电压波动和闪变
电压波动是指电压有效值一系列的变动或连续的改变，引起电压波动的主要原因就是波动性负荷，如电动机、轧钢机、电弧炉等，电压波动值为一系列电压有效值的相邻两个极值Umax和Umin之差△U，与额定电压UN的相对百分数。
电压波动都是由于负荷急剧变动引起的，当负荷急剧变动，就会使电力系统的电压损耗相应变动，从而使电气设备的端电压出现波动现象。比如电动机的启动，电焊机的工作，尤其是大型电弧炉和大型轧钢机的工作，都会引起电压波动。急剧的电压波动，会影响电压质量，使用电设备的性能恶化，自动装置及电子设备工作失常、产品质量下降等。
电压闪变是由电压波动引起的，闪变是指灯光照度不稳定造成的视感，它反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视感产生的影响，会刺激眼睛，干扰人们的正常工作，属于电压波动引起的有害结果。
2.3高次谐波
在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性设备引起的，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源， 我国工业企业也越来越多地使用这类设备, 例如，带有功率电子器件的变流设备和电弧炉、感应炉、变压器、家用电器以及办公自动化设备等。
电力系统中的谐波源主要是谐波电流源，谐波电流通过电网时，将在电网阻抗上产生谐波电压，影响电压质量。同时，谐波会使发电机、变压器、电动机、电容器等设备产生谐波附加损耗，使设备过热，加速设备绝缘老化，还会使继电保护及自动装置发生误动作，对整个电力系统的危害很大，必须设法抑制谐波。
2.4三相负荷不平衡
在电力系统中，三相不平衡除由各种非对称性故障引起外，在系统正常运行方式下，供电环节的不平衡或用电环节的不平衡都将导致三相不平衡，其中，供电系统的不平衡主要来自于供电线路的不平衡。当系统处于三相不平衡运行时，其电压、电流中将含有大量负序分量，会对电气设备产生不良影响，如造成电动机效率降低、变压器寿命缩短，负序电流的存在还加大了线损，从而增大了线路电压偏移，影响电压质量。
2.5无功功率
在电网各个参数确定的情况下，电压损耗取决于无功功率的大小。无功功率大时，损耗会增大，可能超过允许值，引起用户端电压偏低。要维持电网在额定电压下运行，供给相应的无功功率就必须合适，负荷无功功率或无功变化量越大，对电压质量的影响越大。
实际运行中，在负荷高峰时，由于无功补偿容量不足，母线电压降低严重，低谷负荷时，电压又偏高，有些变电所电容器的投运率低，使无功补偿容量欠缺，影响到供电质量，当无功功率不足时，电压会下降，因此，要求配电网必须有足够的无功电源和调节能力，否则要增加必要的无功补偿设备和调节设备，以保证配电网无功功率的动态平衡。可见，无功功率对电网的电压水平和质量有很大的关系。
因此，在有功功率合理分配的同时，应做到无功功率的合理分布，实现电网无功分层、分区、就地平衡，进一步降低线损，提高电压质量，节约能源。
3提高电压质量的措施
3.1减少变压器及线路的损耗
在电力系统中，变压器及线路的损耗会影响电压质量，一般来讲，线路中电能损失大部分集中在主干线部分，在主干线中又集中在线路首端。一般可以通过增大导线截面、减小每条线路中流过的电流，达到降低线损的目的。实际在选择导线截面时，应从线路首端到末端、从主干线到分支线由大到小的顺序选择导线截面，10 kV配电线路导线截面主干线不宜小于70 mm2，支干线不宜小于50 mm2，分支线不宜小于35 mm2。
线路的能量损耗同电阻成正比，增大导线截面可以减少能量损耗。但导线截面的增加，线路的建设投资也增加，可以按经济电流密度来选择导线截面p同时，要以安全经济运行目标为前提，认真分析制定年度经济运行方式。各级调度运行机构根据负荷变化规律及时调整电网运行方式，通过合理分配潮流及负载率，停运部分空载变压器，减少不必要的空载损耗，使系统处于经济运行状态。
3.3保证无功功率平衡
电力系统功率因数的高低，关系到电力系统内的电气设备容量能否得到充分利用和输配电线路中电能损耗的多少，必须设法提高功率因数，减少供电线路中的电能损耗，降低线路中的电压损失与电压波动，达到节约电能和提高供电质量的目的。
无功补偿是电力系统中最常用、最有效的降损节能技术措施，可以提高功率因数，降低供电线损，如果用户负荷所需的无功功率都能合理补偿，线损就可以大为降低，电压质量也相应得到改善。所以，在电网建设与改造中应大力推广无
功补偿技术，实现无功功率平衡。
提高功率因数的方法主要有两种，一是提高自然功率因数，二是进行无功补偿。在电网中，存在大量感应电动机和变压器，这些用电设备除吸收系统的有功功率外，还需要电网供给大量无功功率。这些无功功率经过多级送电线路、变压器的输送和转换，又造成电网的功率损失，使电网功率因数下降。因此，合理选用感应电动机和变压器，减少其无功功率消耗是提高自然功率因数的主要措施之一。其次，可以采用并联电容器等方法进行无功补偿，减少电网无功功率的传输，提高功率因数。
3.4尽量使三相负荷平衡
在电力系统中，对于变压器和一些主干线，如果三相负荷不平衡，会使中性线电流增大，因为三相负荷若不平衡，不但要影响低压网络的电压质量，而且也会增加线损。特别是在系统中，有些配变全年轻载和空载运行时间比较长，有较大的三相不平衡，如果三相负荷分步不均衡，各相的负荷电流不相等，在相间产生不平衡电流，这些不平衡电流不但引起相线损耗的增加，而且使中性线上有电流通过，实践证明，一般情况三相负荷不平衡可能引起线损率升高2%～10%。
三相负荷不平衡，也直接影响到变压器的安全经济运行，使变压器功率损耗增加。在供电相同负载的条件下，当三相负载不平衡达到最大时，变压器的有功功率损耗是三相负载平衡时有功功率损耗的三倍。所以，应尽量使三相负荷平衡，当三相不平衡度超出正常范围时，及时进行调整。控制三相负荷的不平衡度，可以减少由于三相负荷不平衡所造成的损耗。一般要求配电变压器出线端电流的不平衡度不大于10%，低压干线及主要支线始端电流的不平衡度不大于20%，应使三相负荷不平衡率在合格范围内，减少由此造成的电能损耗。
3.5抑制高次谐波
在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流,以便把谐波电压控制在限定值之内, 减少谐波的不良影响。抑制谐波的方法主要有：
（1）应大功率整流设备的投入，设法增加整流装置的相数，整流装置的相数越多，其低次谐波被消去的也越多，还可以整流装置和其他谐波源的容量，或提高大容量非线性设备的供电电压，以改善系统的电压波形。
（2）在整流装置和其他谐波源的外部并联谐波滤波器。
（3）对于大容量的电容器组，应在电容器支路串联电抗器，以防止谐波放大。
（4）采用脉宽调制技术,在所需要的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲,这种方法可以大大抑制谐波的产生。
4结束语
电压是衡量电能质量的一个重要指标，电网运行电压的变化会引起线损的增加，应根据用户负荷的要求，适当调整运行电压，采取各种方法减少电压偏差、电压波动和闪变，抑制谐波对电压的影响，并尽量使系统三相负荷平衡，同时，还可以采用无功补偿方式，减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而降低设备上的电能损耗，改善供电电压质量。
