對電力系統調壓措施的研究分析

陳月玲

摘要：本文從電力系統電壓下降的原因入手，闡述了電網運行電壓降低對發電機、電動機以及電力系統穩定運行的影響；根據電壓下降的原因提出了相關的電壓控制措施，并將各種調壓措施進行比較說明調壓措施使用的條件。

關鍵詞：電力系統；電壓；發電機；變壓器變比；無功功率補償

穩定的電壓是電力設備正常運行的重要保障，是電能質量優劣的重要評價標準之一，同時也是用戶的基本用電需求。電廠中的各種機器和用戶的各種家電在設計時也都是以額定電壓為前提，電壓降低將會對這些設備造成十分嚴重的損壞。優化電力系統中電壓的穩定性不僅可以保障企業辦公、工廠生產、居民生活等方面的正常開展，而且還是提升電力系統整體性能的關鍵因素。

1 電壓降低的原因分析

系統無功不足或無功功率分布不合理，所以電壓調整問題主要是無功功率的補償與分布問題。系統的無功功率對電壓水平影響極大，維持電網正常運行下的無功潮流的合理平衡，可以提升電力供應水平，有效確保電力系統的良性運轉，使其更加安全、可靠。

2 電壓降低的不良影響

2.1 減少發電機所發有功功率

當電力系統電壓降低，長期低于其允許電壓值，發電機的出力也會發生明顯降低。如果功率因數不發生變化，輸變電系統輸送電力的有功負荷能力將會降低。此時電網運行中的視在功率保持不變，則線路運行輸送的有功負荷還會繼續降低。當電壓出現降低的現象時，將會影響三相負荷的平衡狀態，使其無法夠正常運行，這時就會出現負序電壓與負序電流，提高了系統中一些環節的無功負荷，從而造成了不必要的損耗。

2.2 異步電動機輸出功率降低

當電力系統電壓降低時，會使異步電動機出現大電流及高溫現象，并且電動機的啟動過程將大為增加，啟動過程中的高溫，會使設備無法進行正常運轉，有時還會出現不能啟動的現象，嚴重的還會損壞電動機。當轉差增大、轉速下降時，其輸出功率將迅速減少。

2.3 危及電力系統運行的穩定性

當電網低電壓運行時，會降低電源的出力，減少輸變電設備的送電能力；增加電力網絡的功率損耗和電能損耗；如果區域性無功補償不足，無功的缺額只能由電壓降低來補償，導致無功缺額越來越大，電壓越來越低，危及電力系統的安全運行，甚至出現系統不穩或停止運行的現象。

3 電力系統電壓控制的措施

3.1 發電機調壓

發電機是電壓控制的基本手段。由交流發電機的工作原理我們知道，交流發電機的三相繞組產生的相電動勢的有效值EΦ==CeФn（V），在這個公式中Ce代表的是結構常數，n代表的是轉子轉速，Ф代表的是轉子的磁極磁通，那么我們就可以看出，交流發電機所產生的感應電動勢與轉子轉速和磁極磁通成正比。而磁極磁通Ф與勵磁電流If成正比，減小磁通Ф也就是減小勵磁電流If。故自動電壓調節裝置通過調節勵磁電流的大小，使發電機端電壓保持在允許值范圍內。

3.2 通過變壓器變比的調節進行調壓

我們將變壓器一次繞組匝數與二次側繞組匝數的比值用字母K來表示，那么變壓器一次側電壓和二次側電壓之比等于變比K，故一二次側電壓與變壓器的變比為正比例關系。通過調節變壓器的變比就能夠實現對次級繞組電壓調節。

采用固定分接頭的變壓器進行調壓，不可能改變電壓損耗的數值，也不能改變負荷變化時次級電壓的變化幅度；通過對變比的適當選擇，只能把這一電壓變化幅度對于次級額定電壓的相對位置進行適當的調整。改變變壓器的變比調壓實際上就是根據調壓要求適當選擇分接頭。

3.3 利用無功功率補償調壓

為了補償系統的無功損耗，可以在變電系統及輸電線路中安裝必要的無功補償裝置，主要的無功補償裝置有：

1）同步調相機，實際上就是指處于空載運行狀態的同步電動機。為了達到加大系統電壓的目的，需要使同步調相機在過勵磁運行過程中給系統供給無功功率；為了達到降低系統電壓的目的，需要使同步調相機在欠勵磁運行過程中在系統中吸收無功功率。

2）電力電容器。電力電容器只能作為無功電源，向系統供給無功功率。電力電容器在原理上相當于產生容性無功電流的發電機。其無功補償的原理是把具有容性功率負荷并聯在同一電容器上，能量在兩種負荷間相互轉換。這樣，電網中的變壓器和輸電線路的負荷降低，從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下，供電系統的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統和工業配電負荷的最簡便、最經濟的方法。因此，電容器作為電力系統的無功補償勢在必行。當前，采用并聯電容器作為無功補償裝置已經非常普遍。

3）靜止補償器。靜止補償器主要由兩大部分構成，一部分是可調電抗器，一部分是電力電容器，這兩部分在降壓的低壓母線上進行并聯。容性無功功率主要是由電容器進行吸收，母線電壓的高低可以被靜止補償器檢測到，同時命令可調電抗器對感性無功功率進行吸收，以此來保障系統電壓的穩定。預防與控制電網運行低電壓的第二條原則則是以調壓設備進行電壓調節。這樣的措施能夠實現調節電力負荷變化中引起的電壓下降，還能夠有效調節輸電線路中終端輸出電壓的不穩定性。

通過安裝無功補償裝置，合理地配置無功功率補償容量以改變電力網的無功潮流分布，能夠有效降低系統中電壓及有功功率不必要的消耗，確保用戶用電的穩定性。

3.4 電壓控制方法的選擇分析

在進行選擇電壓控制方法的時候，第一位可以選擇的是發電機調壓方法。如果在電力系統中無功功率的電源供應十分充分的話，可以選擇變壓器有載調壓方法，這種方法相對來說更方便一些。如果在電力系統中無功功率的電源供應不夠，那么第一步就是需要增加無功功率電源，這時候可以選擇調相機、并聯電容器等調壓方法。

4 總結

電網運行過程中，低電壓會對電力系統運行與設備正常工作造成嚴重的不良影響，必須采取相應的電壓控制措施，提高電力系統各運行節點的電壓，將低電壓運行的危害消除，確保電力系統運行的安全性與可靠性。

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