浅谈电压偏差的危害及调压手段
【摘要】：电压是电能质量最重要的指标之一，其中电压偏差是衡量供电系统正常运行与否的一项主要指标。本文介绍了电压偏差超标的危害、调压方法及调压手段，指出了主要调压手段的适用范围，为电压偏差的调整提供参考。
【关键字】：电压偏差；危害；调压手段
中图分类号：F407 文献标识码： A
1.电压偏差的国家标准
电压偏差（Voltage deviation）：指实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示。即电压偏差（%）=（电压测量值-系统标称电压）/系统标称电压×100%。
1）35KV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%，如电压上下偏差均为正（或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据；
2）20KV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%；
3）220V单相供电电压偏差为标称电压的7%，10%；
4）对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压偏差有特殊要求的用户，由供、用电双方协议决定。
2.电压偏差超标的危害
2.1电压偏差对用电设备的危害
2.1.1对照明设备的危害
常用照明如白炽灯、荧光灯等，其发光效率、光通量以及使用寿命均与电压有关。其中白炽灯对电压的变动最为敏感，当电压降低5%时，光通量减少18%；当电压降低10%，光通量减少30%，照度显著下降；当电压升高5%时，寿命减少30%；当电压升高10%，寿命减少50%，这将使白炽灯的损坏率显著增。对荧光灯而言，灯管寿命与通过的工作电流有关，电压增大，电流增加，则寿命降低；反之，电压降低，由于灯丝预热温度过低，灯丝发射物质飞溅降低灯管的使用寿命。
对于异步电动机来说，当电源频率和电机参数一定的情况下，电动机的最大转矩和启动转矩均与定子绕组的端电压的平方成正比，当电压降至额定电压的90%时，则最大转矩和启动转矩分别降至额定转矩的81%，这对需要在重负荷下启动和运行的异步电动机是十分不利的。
另外，当机端电压降低时，定转子电流将增大，在定子绕组和转子中的损耗加大，电动机的总损耗也会增加，若长期处于较大电压偏差下运行（特别是低电压运行），电动机会发生损坏，如绕组烧损、绝缘老化而降低电动机的使用寿命等。
2.1.3对并联电容器的危害
电容器输出功率与电压的平方成正比，电压降低会使其输出无功功率大大降低。若电压上升，虽然其无功功率提高，但由于电场增强，会使局部放电加强，因而绝缘寿命降低。假设额定电压下电容器的使用寿命为20年，则长期在1.1倍额定电压下运行，使用寿命将减少到额定寿命的44%，即仅为8～9年。另外，电容器的爆炸和外壳鼓肚等，就是由于局部放电及绝缘老化累计效应引起的。
2.1.4对变压器的危害
在传输功率相同的条件下，变压器电压降低，会使绕组电流增大，变压器的损耗会增大。当传输功率较大时，低电压运行会使变压器过电流。变压器高电压运行会使电场增强，加快电老化。对于绝缘纸等固体绝缘来说，若果变压器在高电压下运行，会增强电场强度，加强局部放电，特别是在绝缘已经受损或已有一定程度老化的情况下，会加快老化的速度。
2.2对电网安全运行的危害
输电线路的输送功率受功率稳定极限的限制，而线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比，与线路的等效电抗成反比。系统运行电压越低，输电线路的稳定功率极限就越低，功率极限与线路输送功率的差值就越低，越易产生不稳定现象，甚至导致电力系统崩溃，造成系统解列的重大事故。如果电力系统缺乏无功电源，当电网运行电压低时，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃，也可能大量用户停电或系统瓦解。电压稳定的破坏将会造成严重的灾难，给电力系统和各行各业的生产以及人民生活带来重大损失。若系统电压过高，则有可能使各种电气设备的绝缘受损，使带铁芯的设备饱和，产生谐波，并可能引发铁磁谐振，同样威胁电力系统的安全稳定运行。
2.3对电网经济运行的危害
输电线路和变压器在输送功率不变的条件下，其电流大小与运行电压成反比。若电网低电压运行，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的平方成正比，故低电压运行会使电网有功功率损耗和无功功率损耗以及电压损失大大增加；若电网电压偏高，超高压电网的电晕损耗加大，这都将使供电成本增加。
3.电压偏差调整手段
电力系统分布广泛，节点数目较多，负荷难以计数，电压随节点位置、负荷水平不断发生变化，无法对每一个节点的电压进行监视和调整。通常是选择一些关键性的母线作为电压监视点（即电压中枢点），只要将这些母线的电压偏差控制在允许范围内，系统其他节点的电压及负荷电压就能基本满足要求。
3.1电压偏差的调整方式
（1）逆调压：如果中枢点出线线路较长，负荷变化规律大致相同且波动较大时，采用逆调压。即在最大负荷时，提高中枢点电压以补偿线路上增加的电压损失，在最小负荷时降低中枢点电压以防止受端电压过高。进行逆调压时，一般中枢点电压在最大负荷时较系统标称电压高5%，在最小负荷下降为系统标称电压。逆调压是目前中枢点常用的电压调整方式。
3.2电压偏差的调整手段
（1）发电机调压：发电机既是有功电源，又是无功电源，甚至还能通过进相运行来吸收无功功率，所以可以通过调整发电机机端电压的方式进行调压。即在维持发电机额定输出功率的同时，调节其自动励磁装置使发电机输出电压在95%～105%额定电压的范围内变动。这种调压手段充分利用了发电机设备，不需要额外的投资，简便、经济，应当充分利用。该手段适用于发电机母线直馈负荷的情况，且多采用逆调压方式。
（2）变压器调压：电力变压器一般都有多个分接头，通过改变分接头的位置，改变变压器绕组间匝数的比例关系，从而改变一侧的电压大小。改变变压器分接头调压又分为无载调压和有载调压，无载调压适合于出线线路不长、负荷变化不大的电压调整；有载调压适合于出线线路较长、负荷变化大的电压调整。有载调压变压器的分接头数目比较多（一般7～27个）、调压范围大，容易满足电压偏差的要求，在电力系统中得到广泛的应用，成为保证电压质量的主要手段。
（3）改变线路参数调压：减小线路的电阻或电抗均可降低线路的电压损失，从而提高线路的受端电压，达到调压的目的。①采用分裂导线。在相同有效截面积的情况下，导线分裂数目越多，线路的电抗越小；反之，导线分裂数目越少，线路的电抗就越大。例如，二分裂导线和四分裂导线的单位电抗约为无分裂导线的64%和45%。因此，采用分裂导线可显著降低线路电抗。同时分裂导线还可以减少输电线路的电晕损耗，减少输电线路对周边环境的电磁污染，有利于提高电力系统的稳定性和线路的输电能力。②串联电容器。串联电容补偿使线路的等值电抗减小，从而降低了线路的电压损失，提高了线路末端的电压。串联电容器容抗所补偿的电压，与通过线路的电流成正比。负荷电流增大，电流在线路感抗上的压降增大，而此时电容器上的电压补偿量也相应增大，所以串联电容具有随负荷电流自行调整补偿电压的功能。
4.小结
由于电网系统每个节点的电压都不相同，而且运行条件也有差别，因此，电压调整是个很复杂的问题。可以说，电压水平的控制既有局限性，又有全局性；既与网络规划有关，又与运行控制密不可分。因此，要根据系统的具体情况选用合适的调压手段。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足的无功功率电源，同时采取必要的调压手段。