電壓波動的危害及應對措施探討

郝 明 芳

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030013)

電壓波動的危害及應對措施探討

郝 明 芳

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030013)

闡述了電網和電氣設備在電壓偏高或偏低條件下運行的危害性，對電壓波動的原因及范圍進行了分析，并結合鐵路用電現場實際情況，提出了加強供電管理、合理補償無功等調節電壓的應對措施，以保證鐵路運輸的安全暢通。

電壓波動，危害性，電氣設備，電力系統，鐵路

近年來，隨著高速、普速等鐵路運營線里程的不斷加大、客貨運量的持續增加，10 kV電力系統的供用電線路設施也在不斷延伸擴充，伴隨著鐵路電力系統供電任務的日益加重，對鐵路電力系統安全穩定運行的可靠性要求也越來越高。

鐵路10 kV電力線路沿鐵路線分布，承擔著鐵路運營各站場區間及鐵路沿線地區的生產、生活供電任務，10 kV電力供電系統是鐵路運輸安全不間斷前行的指航燈與加油站。鐵路10 kV電力系統運行的正常與否直接影響著鐵路生產秩序的安全穩定、關系著鐵路運營任務的順利完成以及鐵路居民日常生活的平穩安寧。

電壓是衡量電能質量的一個重要指標，不斷提高鐵路電力系統的供電質量，對鐵路電力系統在日常運行中電壓波動危害進行探析，并提出相應的管理技術措施是本文研究的主要目的。

1 電壓波動的危害

電壓、波形、頻率是衡量電力系統供電電能質量的三大技術指標，供電系統電能質量的好壞直接關系到用電設備的經濟與安全運行，關系到企業安全生產的可持續發展，供電質量不合格極易造成傳動運轉設備、繼電保護裝置或電子設備工作失常，產品質量低劣，嚴重時還會危及到人身與設備安全。因此，電壓作為衡量電能的重要技術指標，嚴格確保用戶受電端電壓波動在可控、可許的正常公允范圍是供電質量的基本要求，也是電力系統工作人員的基本職責。眾所周知，額定電壓是電氣設備最基本的技術參數，各種電氣設備只有在標準的額定電壓下運行才能實現最佳的工效，電源電壓一旦超出標準電壓的正常允許偏差范圍，就會給用電設備及用戶將帶來非常嚴重的不良后果。無功功率的失衡是導致電力系統運行電壓波動的根本原因，電力系統中各種無功功率的輸出應充分滿足電力系統所有負荷和電力網損耗在規定電壓下對無功功率的需求，反之，供電電壓質量就無從談起。電壓的波動(升高或降低)如果超出了允許范圍，便會造成電力網和用戶電氣設備在電壓偏高或偏低條件下運行，在這種運行條件下，電氣設備既不經濟、也缺乏安全穩定的基本工作前提。

電網和用戶電氣設備在電壓偏高或偏低條件下運行的危害性分述如下：

1)在電壓偏高條件下運行的危害。a.供、用電設備的絕緣加速老化，縮短設備的使用壽命；b.電動機、變壓器空載損耗增大，導致電力網整體損耗增加；c.影響電壓波形，甚而導致過電壓，危及人身、電網及用電設備的安全；d.無功補償裝置無法正常工作，無功補償效果大大降低，增大網絡線損；e.用電設備無法正常工作，嚴重影響產品和服務質量。例如，照明設備壽命縮短，我們經常用到的熒光燈裝置上的鎮流器就屬于電壓敏感元件，熒光燈通過鎮流器為它提供啟動電壓和運行電壓，同時鎮流器也能起到對熒光燈的限流作用，電壓過高時鎮流器就會過熱燒損。研究測試表明：當電源電壓升高10%時，熒光燈的壽命會減少20%，白熾燈的壽命會驟減70%。

2)在電壓偏低條件下運行的危害。a.降低發、供電設備的效率；b.電功率和電能耗損增大；c.危及電力網的安全運行，嚴重時可導致部分電網崩潰；d.增大了電動機的啟動難度，電動機長期在低電壓狀態下運行極易燒毀；e.大大降低用電設備的實際工作質量和產品質量。 比如，照明設備不能正常發光或發光不足，電氣設備容量不能充分利用。我們在生活中必不可少的照明燈，當電壓下降10%時，熒光燈的光通亮下降20%，白熾燈的光通亮下降32%，此時將嚴重影響人的視力和工作效率。如：異步電動機的電磁轉距是與其端電壓的平方成正比的，當電源電壓下降到10%時，轉距大約要降低19%，當端電壓太低時，電動機可能由于轉距太小而失速甚至停止轉動，也可能會造成電動機運行中溫升不斷增高，甚至將電動機繞組燒壞，嚴重影響到企業的正常生產。

2 電壓波動的原因

電壓波動是由于電力網的無功功率失去平衡引起的，電壓波動就是供電電源在某一時段內超出或低于電壓額定標準值的異常現象。如電壓變化的速率大于每秒1%時，可稱為電壓的急劇變化。

電力系統電壓波動一般有以下三方面的原因：

1)改變電力網運行方式，引起電網阻抗與功率分布發生變化；2)電力網的某些設備發生事故或故障；3)電力負荷在不同時段、不同季節隨用戶生產格局的調整而變化。

比如：起重機起重提升、大型用電設施負載的快速突變或大型電動機直接啟動等都會引起電壓的異常波動。

3 電壓波動的范圍

電力系統調壓的目的是保證供電系統中各負荷點的電壓保持在允許的偏移范圍內。供電設備理想的工作電壓應保持在額定電壓的水平。但是在電力系統的實際運行過程中，供電網絡中的電壓耗損會隨著用電負荷的變動、電網運行方式的更改而變化，所有用戶在任何時刻受電端電壓完全符合額定電壓的標準量值只是一種理想的供電模式。實際上供電電壓總是或多或少會產生上下偏移。因此，從經濟上和技術上綜合考慮，規程允許設備的運行電壓比額定電壓稍有出入也是完全合理的。通常，用電設備電壓偏移的范圍是根據該設備對電壓偏移的敏感性以及可能造成后果的嚴重程度所決定的。

中國鐵路總公司《鐵路電力管理規則》明確規定：1)自動閉塞信號變壓器二次端子為額定值的±10%；2)220 V單相供電電壓允許偏移為額定電壓值的+7%～-10%；3)10 kV及以下三相供電電壓的允許偏移值應為額定電壓值的±7%；4)35 kV及其以上高壓供電設備其電壓正、負偏差的絕對值之和不得超過額定電壓值的10%。電力系統即使在非正常情況下，用戶受電端的電壓最大允許偏差也不應超過額定值的±10%。

4 電壓波動的應對

為了確保鐵路電力系統嚴格滿足用戶受電端電壓波動的正常取值，可結合鐵路用電現場實際情況在以下幾個方面采取調節電壓的應對措施：

1)加強供電管理。對于鐵路工廠、車間(比如，鐵路機務段檢修車間、車輛段、鐵路器材廠等)一般在白天上班，設備開機及運行時間較集中，用電負載在同一時段急劇增加容易引起電壓降低或大幅度波動，有時會導致大功率設備不能正常啟動工作。在這種情況下，供電部門應積極主動與用電單位進行協商，可以采取“消峰填谷”、改變工作制式(由一班制改為多班制)、將單位劃時段作業、改變“峰谷”收費制鼓勵低峰用電等措施有效平衡用電負荷，最大限度地降低電力系統的電壓波動以及無功損耗，確保供電質量。

2)合理補償無功。a.電容補償。 鐵路用電設備大多為照明、電機等，這些用電設備均屬于感性負載，因此對電力貫通線的無功補償多在配電室設置高壓電容器，用來進行感性無功功率的補償，提高功率因數，既節能又能保證設備的正常工作。對0.4 kV側動力負荷較集中的車間可采取就地適時補償，這樣既能穩定0.4 kV側的電壓，又能控制對10 kV電力系統的波及影響，起到事半功倍的效果。在工作實踐中，我們太原供電段對太原機務段、太原車輛段的變電廳0.4 kV側均采用了就地適時集中電容補償的辦法，在穩定卡控動力負荷較集中地段電壓波動的同時，又有效地滿足了鐵路功率因數與供電質量的要求。b.電抗器補償。目前快速推進的高鐵電力線路多為全電纜電力線路，電纜線路在交流電的作用下能夠產生大量的電容電流，實際現場中10 kV電力高鐵系統本身的供用電負荷不太大，這樣就會產生無功倒送的現象，從而導致系統電壓的升高。因此對長距離電纜線路宜采用電抗器分散補與集中補相結合的形式，同時我們考慮到并聯電抗器補償方式具有接入與投退的便利性，高鐵電纜線路多選擇并聯電抗器補償，可隨時進行分相補償、隨時投切全部或部分電抗器，這種補償非常適應現場運行、方便靈活、工況可控性較強。

3)降低線路阻抗。鐵路電力線路點多線長，對于線路偏長負荷變化較大的地段，當負荷較小或空載時，線路末端電壓就會高于正常標值范圍；當負荷較大或滿載時，線路末端電壓就會低于正常標值范圍。出現這種情形生產現場的一些電氣設備就不能正常發揮功效，僅從提高變壓器電壓仍不能從根本上改變這種情況。面對此類問題，我們分析電壓究竟損失到哪里，分析結論是輸電線路截面不滿足現場需求，必須通過增大線路截面或更換導線(比如將鋁線改換為銅線)來降低線路阻抗進而降低線路電壓損失。結合實際我們在每年的電力線路大修改造中，深入現場、實地考察、充分調研測算，對屬于這類問題的線路就采用“增截面、鋁換銅”的形式，有效地提高了鐵路供電線路的穩定性和可靠性。

4)有載調節電壓。針對供電系統電源受電的上級電源常常發生系統電壓變化，我們不可能通過上述方法來穩定系統電源電壓，為此我們可通過利用變壓器能改變二次電壓的特性來實現穩定系統電源電壓的目的，同時在調整電壓時必須確保不間斷供電。

2012年太原供電段太北地區擴能改造過程中，我們將變壓器由分接連片調壓改為有載調壓，有效解決了系統電壓波動不能隨時調整電壓的問題。太北動力變電源取自110 kV系統電源，改造前當110 kV系統電源變化時我們根本做不到馬上將110 kV系統電源停電來調整分接連片改變電壓，只能順其自然，在末端電壓降嚴重時(黑土巷鐵路宿舍)用戶無法正常用電，改造后變壓器采用有載調壓有效解決了系統電源電壓波動的問題，從根本上解決了太原北、太原東兩個地區10 kV電力系統的穩壓問題，供電質量得到大幅度的提升。

總之，只有不斷提高鐵路電力系統的供電質量，才能確保鐵路運輸的安全暢通，才能更好地提升鐵路工作的服務質量。

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，工程師

TM861

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