浅析电压偏差超标的危害及改善措施

郭凯

摘要：本文主要介绍了电压偏差的概念、适用范围、各电压等级的限值、测量仪器及监测点分类，举例说明电压超标的危害，及电压偏差的改善措施，为电力系统稳定运行提供帮助性意见。

关键词：电压偏差；限值；危害；改进措施

前言

倘若电网的电压出现超标的情况，将会对用电设备的正常、安全运行产生直接的影响，并且有可能使得配电的变压器或者线路的损耗量增大，缩短用电设备的使用寿命，无法取得良好的经济效益和社会效益。本文对电压偏差对用电设备的影响进行了简要分析，并提出了电压偏差的解决措施，以供相关人员借鉴参考。

1电压偏差概念及相关内容

1.1电压偏差概念

供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化会使供配电系统各点的电压也随之变化，这时各点的实际电压与系统标称电压之差△U称为电压偏差。电压偏差△U也常用与系统标称电压的百分比表示。即：电压偏差＝（实际电压值－系统标称电压）/系统标称电压×100%。

1.2各电压等级的偏差限值

1）35kV及以上，正负偏差之和不超过标称电压的10％；

2）20kV及以下三相电压偏差为标称电压的±7％；

3）220V单相电压偏差为标称电压的＋7％～－10％；

4）对供电短路容量较小，供电距离较长以及对供电电压有有特殊要求的用户，由供用电双方共同确定。

1.3测量仪器性能分类

A级：精确测量，如合同仲裁、解决争议等，误差≤±0.2％，时间间隔3s、1min，10min、2h。

B级：调查统计、排除故障等，误差≤±0.5％，时间间隔1min或10min。

A、B级测量时间窗均为10周波。

1.4电压监测点分类

A类：带地区供电负荷的变电站和发电厂20kV、10（6）kV母线电压；

B类：20kV、35kV、66kV专线供电的和110kV及以上供电电压；

C类：20kV、35kV、66kV非专线供电的和10（6）kV供电电压。每10MW至少应设一个电压监测点；

D类：380/220V低压网络供电电压。每百台配变至少设2个电压监测点。

2电压偏差超标的危害

总得来说，主要分为以下两种：

1）对电气设备的危害：用电设备是按照设备的额定电压进行设计和制造的，当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能就会恶化，不仅运行效率低，很可能会由于过电压或过电流而损坏。

2）对电网的危害：影响电网稳定性和经济性。

2.1对照明设备的影响

照明常用的白炽灯、荧光灯，其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。

当电压较额定电压降低5％时，白炽灯的光通量减少18％；当电压降低10％时，光通量减少30％，使照度显著降低。当电压较额定电压升高5％时，白炽灯的寿命减少30％；当电压升高10％时，寿命减少一半。

2.2对交流电动机的影响

2.2.1转矩

例如，异步电动机端电压从额定电压降至额定电压的90％，则其最大转矩和启动转矩将分别降至额定转矩的81％。

2.2.2滑差和转速

例如，当机端电压比额定电压降低10％时，对b＝2，SN＝2％的电动机，即Ku＝0.9，KT＝1，得：s＝2.6％，滑差增大0.6％，相应的转速和功率减小了0.6％。

2.2.3电流

电压下降时，定子和转子电流增大。

2.2.4有功功率

与电机的负荷率有关，当负荷率比较高时，机端电压下降引起电流增大，在定子绕组和转子中的损耗增大，电机总的损耗增大，反之降低。

2 .2.5无功功率

异步电动机的无功电压特性在机端电压大于某一临界值时，无功功率也将随电压的升高而增大，电压越高，负荷率越低，其变化率越大；但电压低于临界值时，电压降低反而会使无功增加，原因是电机漏抗上的无功损耗占了主要部分。

2.3对电力变压器的影响

对空载损耗的影响:变压器空载损耗包括铁心损耗和附加损耗，铁心损耗又称为空载损耗，与铁心中的磁感应强度有关，一般只占额定容量的千分之几。

对绕组损耗的影响:在传输同样功率的条件下，变压器电压降低，会使变压器绕组电流增大，绕组的损耗增大，损耗大小与通过变压器的电流的平方成正比。其损耗是空载损耗的几～几十倍，不能忽视。

对绝缘的影响:变压器内绝缘主要有变压器油和绝缘纸。变压器油分为热老化和电老化。变压器温度升高会产生热老化，电压升高会加快电老化。绝缘纸的环境温度越高、绕组中的电流越大，温升越大，会使绝缘纸干燥发脆，机械强度产生破坏。

2 .4对电力电容器的影响

若一般使用年限为20年，长期运行在1.1倍额定电压下，使用寿命将减少到44.48％，即仅为8～9年。

2.5对家用电器的影响

家用电器中85％为单相异步电动机，其工作原理类似于三相异步电动机，电压过低会影响电动机启动，电压过高会使绝缘损坏或由于励磁过大而过电流。

2.6对功角稳定的影响

当电力系统结构已经确定的情况下，提高系统电压及发电机电动势就能大大提高系统的静态稳定极限。当发电机电动势过低时，发电机将从系统吸收无功，进相运行。系统静态稳定极限降低，对电网不利，因此限值发电机进相运行或高功率因数运行。

2.7对电网经济运行的影响

输电线路和变压器在输送功率不变的条件下，流过电流大小与电网运行电压成反比。

电网低电压运行时，会使线路和变压器电流增大，线路和变压器绕组的有功损耗与电流平方成正比，因此低电压运行会使有功和无功损耗大大增加，从而增大了供电成本。

3电压偏差的改善措施

电力系统电压水平控制既有局域性又有全局性，即与网络规划设计有关，又与运行控制密不可分，保证电力系统各节点电压在正常水平的充分必要条件是：具备充足的无功功率电源、分布合理、同时采取必要的调压手段。

3.1配置足够的无功功率电源

增加1kW有功设备，同时应增加0.55～0.65kVar无功电源。

无功补偿的原则：分区、分层、分变电所进行补偿，实现无功功率的就地平衡，并留有足够的备用容量。各种无功电源优缺点对比见表1。

无功源	有功损耗	对无功影响	优缺点
同步发电机	基本为零	可发，少量吸	无需额外投资，最经济
同步调相机 同步电动机	2～3％	可发	有功损耗大，基本不用
电容器	0.3～0.5％	可发	设计简单、维护方便、投资省，但调节不连续
电抗器	0.3～0.5％	可吸	主要用于高电压、长距离输电线路（充电电容）
SVC/SVG	1.6～1.8％	可发、可吸	产生谐波、可靠性差；动态性能好、调压平滑、分相补偿

表1 对比表

3.2电压偏差的调压手段

发电机调压：调节发电机励磁电流。首先被考虑，缺点是此方法只能满足电厂地区负荷的调压要求，对于通过多级电压输电的负荷无法满足要求。

无功补偿装置调压：无功不足时首先增加无功补偿设备。

改变变压器变比：在无功功率充足的系统中，应大力推广采用有载调压变压器。

改变线路参数调压：线路改造、分裂导线、串联补偿。

3.3无功电压的自动控制

从功能上分为3个不通的等级，即一次、二次和三次控制，有时也分别称为局部的、区域的和整个系统的控制。

图1 分级控制

一次控制：当由于负荷的波动、网络拓扑改变和偶然事故造成的快速随机电压变化时，先由交流发电机本身的一次电压调节系统部分的吸收。在发生高振幅电压波动时，并联电容器自动投切，变压器上的带负荷抽头切换装置开始工作。特点：分散、自动、目的是维持节点电压在一定范围。

图2 VQC装置

二次控制：控制节点上的电压波动代表整个控制区域内的电压波动，调整控制节点电压的过程称为二次电压控制。协调、控制一个地区的无功电源，使其作用达到最优化。响应时间较长，可达3～5min。

三次控制：以经济和安全准则优化电网运行状态，对各二次电压控制区进行协调。利用了整个系统的信息来进行优化计算，一般来说它的响应时间在十几分钟到小时级。该手段的自动控制还未实现。

结语

总之，依靠系统本身自带的调压设备无法真正解决电压偏差的问题，因此必须重视低压系统的电压偏差状况，通过供配电系统供电端的高压方式和低压系统电压偏差的改善措施解决电压的偏差问题。发电机调压是各种调压手段中首先考虑的方法，但有一定的局限性，还需采取其他调压措施才能保证系统的电压质量。在无功高电源充裕的系统中，应大力推广和使用有载调压变压器，这是在各种运行方式下保证电网电压质量的关键手段之一，但在无功功率不足的系统中，首要的问题是增加无功功率补偿设备，而不能只依靠调整变压器分接头的方法。所以，保证电力系统各节点电压在正常水平的充分必要条件是系统具备充分的无功功率电源，同时采取必要的调压手段。

参考文献

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[2]王厚余.电压偏差和电压调整[J].建筑电气,2016,35(12):3-5.

[3]金轶锋.电压偏差计算及调节方法研究[J].渭南师范学院学报,2013,28(06):31-34.

[4]中华人民共和国国家标准GB12325-2008.电能质量供电电压允许偏差.

作者简介

郭凯（1978－），男，学士，高级工程师，主要从事电力运维检修与安全质量方面的管理及研究工作。