电压偏差

2024-09-06

电压偏差（共3篇）

电压偏差篇1

0 引言

为用电用户提供优质电能是电力企业的职责, 也是社会评价电力行业的一个主要指标。通常的电能质量包括电压幅值、频率、谐波含量三个指标, 对于处于稳态运行的配电网来说, 最受关注的是电压幅值偏离额定电压值幅度的问题, 即所谓电压偏差问题[1]。

国标规定:35 k V及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%;20 k V及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%;220 V单相供电电压偏差为标称电压的+7%, -10%[2]。电压过高或过低都会使连入系统中的用电设备运行不正常, 效率低下, 甚至造成异步电动机堵转, 严重时更可能损坏设备[3]。当电压偏离额定值过多时, 甚至会影响到整个电力系统的稳定运行[4]。因此, 改善供电质量, 降低电压偏差幅度, 是电力企业需要面对的重要问题。

对于配电网来说, 最常见的是电压偏低的问题, 造成的原因主要有设备陈旧, 供电半径过长, 网架结构有缺陷, 负荷过重, 负荷在网络中的分布不合理等。一方面造成电压偏低的原因众多, 另一方面各因素间也存在着复杂的因果关系, 使得对不同配电网提出通用的电压质量改善方案极其困难, 通常都需要结合各配电网的实际情况来制定特定的方案。

当然, 对配电网进行电能质量的优化也是有规律可循的。通常可采用的措施包括:无功补偿, 配电网重构, 调整变压器分接头, 改变输电设备阻抗等。本文对这些措施做概要阐述, 随后以实际配电网的电压质量为例研究不同措施对电压质量的改善效果, 并得出具有通用性的结论。

1 改善配电网电压偏差的常用措施

1.1 无功补偿优化

配电网的无功优化是指针对已给定拓扑结构参数和负荷量等参数的配电网络, 应用优化算法, 在满足系统稳定运行的各种约束条件下, 通过对控制变量 (无功补偿设备的投入位置和容量等) 的优化, 使得其中某一项或者多项性能指标 (系统最大电压偏移量最小、整体电压偏移量最小或有功网损最小等) 取得最优值的一种方法。它在保证电力系统安全、经济运行, 降低网损、稳定系统电压等方面是一种重要的调节手段。

配电网中最常用的并联无功补偿装置是并联电容器组。通过分组投切并联补偿电容器组数, 调节所补偿的无功功率数量, 起到调整电压和降低网损的目的。然而由于其只能分组投切改变补偿容量, 不能连续调节, 在进行并联补偿电容器配置时, 需要按照“就地平衡、分级补偿”的原则, 在进行无功优化时, 既要考虑到整个系统中的无功功率平衡, 也要考虑局部地区的无功功率平衡, 尽量减少无功功率在系统线路中的流动, 否则就易造成在全局无功平衡的情况下, 局部地区的无功过剩, 抬高局部电压。而其他地区的无功功率缺额, 需要有线路传送大量的无功功率, 造成局部电压过低, 增加系统网损, 因此需要充分利用集中补偿和分散补偿相结合的方式。

1.2 配电网重构

为了保护整定和故障定位的方便, 配电系统具有闭环设计、开环运行的特点。配电系统中包含大量的常合分段开关及少量的常开联络开关。配电网重构的基本原理就是在满足系统约束条件下通过网络中分段开关和联络开关的分合, 来改变网络中的功率流动, 以寻求一种符合某特定运行要求 (如使网损最小或电压偏移量最小) 的拓扑结构。

最优配电网络重构技术既可作为一种网络规划工具, 也可作为一种实时控制的工具。在正常的情况下, 配电调度员根据运行情况进行开关操作以调整网络结构。通过配电网重构, 一方面可降低网损, 提高系统的经济性;另一方面可平衡负荷, 消除过载, 改善电压分布, 提高供电电压质量, 提高系统的可靠性。在故障情况下可进行恢复重构, 以尽快多恢复供电面积。由此可见, 配电网重构是提高配电系统安全性和经济性的重要手段。

1.3 调整变压器分接头

电力系统中的变压器常在其高压侧装有分接头, 通过改变分接头的位置可以改变变压器的变比, 从而达到调整系统中各点电压的效果。

配电网中的变压器包括两种, 一种为由更高电压等级 (如220 k V或110 k V) 降压到中压 (常为10 k V) 的降压变压器, 对其进行调整将影响到整条中压馈线的电压水平, 故常在全线电压偏高或偏低时进行调整来达到改善电压质量的效果。另一种为中压降压到低压 (常为380 V) 的降压变压器的变比, 对其进行调整常只影响本台区及有限的相邻区域的电压水平, 从优化数学模型的角度来说更适于用来进行局部电压质量的优化。

1.4 改变输电设备阻抗

改变输电设备阻抗包括改变变压器型号和改变输电线路型号两部分内容。

改变变压器的型号通常即为淘汰落后变压器, 将其更换成新型变压器。这常属于规划层面的问题, 需要的投资较大, 改造的工作量也较大。而更换输电线路的线径相对来说容易一些, 可以作为常规的一种改善电压质量的措施。

适用于配电网不同电压等级的输电线路型号毕竟有限, 故亦可采用穷举法选择对改善电压质量最优的线路型号, 但应注意一些约束条件, 主要有如下两点:一是距离电源近的支路节段线径不能比距离电源远的支路节段线径小;二是在考虑电压质量改善的同时亦应计及措施实施的经济性。

2 实际案例分析

2.1 算例系统

以番禺地区某实际配电线路为例研究各种电压偏差改善措施的效果, 该配电线路10 k V部分的拓扑结构见图1。该线路内有某台区发现了电压偏低的现象, 电压偏差达到-8.5%, 已超出了±7%的允许范围, 其地理接线图见图2。

2.2 无功补偿优化

对前述配电线路进行无功优化的计算, 假设每千乏无功补偿需投资120元, 计算结果显示应在表1中所列各点加装指定容量的无功补偿装置, 总投资为19 200元。

各补偿点在图中的位置可见图3, 此时全网电压幅值最低点电压为209.53 V, 对应电压偏移量为-4.76%, 已在允许的范围之内, 表明全网中已不存在电压偏移量越限的节点, 达到了优化的目标。

2.3 配电网重构

被研究的配电线路通过联络开关与另一条配电线路相连, 与之相连的配电线路的10 k V拓扑结构见图4。

对两条配电线路合并后的电网络进行配网重构计算, 可知在将图1中部分台区切换到图4中后, 电网中最大电压偏移量为-5%, 不存在电压越限的节点。配电网重构的方案见图5。

2.4 调整变压器分接头

考虑改变电压越限台区配电变压器分接头位置对电压质量的影响, 所研究配电变压器分接头位置与最大电压偏移量间的关系如图6所示。

从图6中可见, 本算例中优化前最大电压偏移量达到-8.5%的原因是起初分接头的位置在10 k V处, 将其下调至9.75 k V档位, 则可将最大电压偏移量降到-5.86%, 若能继续将分接头下调至9.5 k V档位, 则可将最大电压偏移量降至-3.09%, 已属比较优质的供电。

当然, 在10 k V配电网中有些配电变压器只有三个分接头档位, 即只能在9.75 k V、10 k V、10.25 k V中选择, 则通过调整变压器分接头只能将最大电压偏移量降至-5.86%, 亦可满足要求。

2.5 改变输电线路型号

仔细分析图2中的380 V电网可知, 该电网电源点 (配电变压器降压变压器出口) 电压偏移为-3.11%, 而三个终端负荷节点 (叶子节点) 电压分别为-6.77%、-8.22%和-8.5%, 均已超过或接近±7%的允许值。这是一种典型的电压偏移“首低末低”的情况, 通常在电源点进行无功补偿可取得比较好的改善效果 (详见前文) 。但由于电源点到各终端负荷节点中电压也降落了4%~5%, 考虑更换相关导线的型号也会取得一定的改善, 其效果可见图7和图8。还有一条导线线径本来就已为120 mm2, 不宜再更换为截面更大的导线, 此处不再讨论。

从图7可见, 将该段导线更换为截面更大的导线后, 可以使末端负荷点电压偏移回落到±7%以内, 但即使导线截面积已达到50 mm2, 此电压偏移仍为-6%左右, 效果并不显著。从图8更可看出, 无论如何更换导线型号, 均无法将末端负荷点电压偏移量降至符合要求的±7%。从上述两图均可看出随着导线截面的增大, 其对电压质量的改善效果有放缓趋势, 即到一定程度后导线截面继续增大不会对电压质量的改善有明显的效果, 这是由低压台区“首低末低”的特点所决定的。

2.6 各种优化方案的评估

2.6.1 单一优化措施的评价

从分析结果可见, 就本算例而言, 通过调整变压器分接头档位获得的效果最好, 且没有新增新的一次设备, 实施的成本较低。当然, 通过调整变压器分接头位置来改善电压质量仅在电网无功较充足、且电压偏移量本身相对较小时效果才比较好, 同时又要求变压器自身有足够的调节范围 (分接头档位数) , 否则也无法充分发挥其效果。

本例所做无功补偿是在全网范围内进行的, 其中在所研究台区电源点所做的无功补偿对电压质量的改善起直接的作用。无功补偿的效果是比较显著的, 但需要加装新的设备, 通过本算例的测算, 需要投资2万元左右, 性能价格比还是比较优越的。

在本算例中发生电压越限的配电线路通过联络开关与相关联配电线路配电网重构, 也可取得令人满意的电压质量效果。进行配电网重构只需利用已建设好的相关馈线的网架, 不需新增一次设备, 实施的成本较低。然而, 配电网重构往往需要进行较复杂的倒闸操作, 发生错误的概率增大, 且有可能造成短时停电, 影响供电可靠性。具体如何实施配电网重构的方案, 需结合实际的情况综合评估。

本算例中更换低压台区相关导线的型号也能起到一定的改善电压质量的效果。但由于该台区电源点处电压已经低于额定电压3%, 属于典型的“首低末低”型电压质量问题, 仅靠改善低压台区内部的380 V电网无法取得本质性的改进, 算例的计算结果也验证了这一点。

2.6.2 多措施综合优化

由于采用调整变压器分接头档位的单一优化措施效果最好, 此处以此为基础开展进一步的综合优化, 即分析在前文所提配电变压器分接头档位处于9.75 k V的情况下, 采用其他优化措施的优化效果。

(1) 调整分接头+无功补偿

表2给出了此时无功优化的位置和容量, 此时全网最大电压偏移量仅为-2.77%。从表中可见, 当调整了分接头位置后, 与表1相比, 仅需投入不足原来1/3的无功补偿容量, 即可达到更优的优化效果。

(2) 调整分接头+配电网重构

计算表明在变压器分接头已调节的前提下进行配电网重构优化, 得到的结果 (包括重构的最终结果及电压改善效果) 与调整分接头前的结果基本相同, 故不作为综合优化的方案。

(3) 调整分接头+更换线径

图9给出了相应变压器分接头调整至9.75 k V位置后更换E2-1与E2-2间线径对末端电压节点电压偏移的影响。与图7相对照可以发现, 此时更换导线线径对减少末端电压降落的效果更加不明显, 说明低压台区内部的导线线径问题不是造成电压降落的主要原因。故不推荐此种改善电压质量的方案。

2.6.3 综合评价

前文提出的电压质量综合优化步骤可总结成图10所示的框架。将其应用到对本文算例中可得出的电压质量优化结果为:推荐采用调整配电变压器分接头的方式来改善电压质量。在资金等条件许可的情况下, 可以考虑调整分接头与无功补偿相结合的方式。

3 结论

本文对一个实际配电网中存在的电压偏低的问题开展了多种改善措施, 分析结果表明各种措施均能将配网内最大电压偏移量降至±7%的范围之内。综合来说, 调整变压器分接头和配网重构只需利用现有设备, 不需新增投资, 尤其是调整变压器分接头的方案实施起来相对简单, 在本例中的效果也最好。投入无功补偿或改变线路型号需要新增投资, 但均可同时带来新的效益, 如降低网损率等。

改善配电网供电质量是一个极其复杂的问题, 需要结合具体配电网的实际情况才能得出最优的方案。本文中给出的分析虽然仅针对文中算例, 但其思路和分析流程具有一定的通用性, 对于不同地区的配电网都是适用的, 具有一定的推广价值。

摘要：阐述了配电网中改善电压偏差的多种措施的实现机理, 论述了各自的优缺点, 并以改善一条实际配电馈线低压台区存在的电压偏低问题为目标, 详细分析了各种电压偏移改善措施具体实施的效益及实施难易程度。得出的结论具有通用性和推广价值。

关键词：配电网,电压偏差,综合优化

参考文献

[1]何仰赞, 温增银.电力系统分析:下[M].武汉:华中科技大学出版社, 2002.

[2]GB/T12325-2008.电能质量:供电电压偏差[S].

[3]王毓东.电机学[M].杭州:浙江大学出版社, 1990.

[4]P.Kundur.Power System Stability and Control[M].Mc Graw-Hill Inc., 1995.

电压偏差篇2

现阶段,配电网台区经常出现电压偏差问题,对配电网的供电质量造成极大的影响,例如,台区三相负荷不平衡、低压无功补偿配置的不足、线路供电半径过大、配变档位设置不合理等,严重影响到配电网台区的供电质量,因此,必须采取有效的处理措施,对此,本文主要对配电网台区电压偏差问题及对策进行分析。

1 配电网台区电压偏差问题分析

1.1 台区三相负荷不平衡

随着用电客户数量的不断增加,供电系统的不断拓展,供电企业的发展与日俱增,供电企业的地位以及作用也越来越重要。现阶段供电系统中的用户主要以单相和三相负荷混合的方式进行供电,而由于用户用电实践以及负荷大小的差异,使得当今供电系统出现三相负荷不平衡的问题,导致配电网台区的电压偏差。

1.2 低压无功补偿配置的不足

随着社会经济的不断发展,人们生活水平的不断提高,用户的家用电器数量也在逐渐的增加,这无疑给供电系统带来一定的压力,用电负荷的迅速增加,使得电力系统出现低压无功补偿配置不足的现象,而产生的电压损耗也将会引发配电台区电压偏差的问题。

1.3 线路供电半径过大

电网规划是一项复杂的工程,而且会涉及到大量的资金。现阶段由于配电网规划建设受到资金的限制,使得电网建设与规划未能按照相应的要求来执行,正常情况下配电网的发展和建设应本着小容量、多布点的原则,但是,实际的电网规划却未能按照这个原则建设,变电站分布点较少,再加上变压器受到容量的限制,致使配电网线路的供电半径过大,而线路末端产生的损耗量也在逐渐增加,一旦遇到用电高峰期,很难满足人们的用电负荷要求,从而造成配电网台区电压偏差的问题出现,甚至引发配电网线路故障。

1.4 配变档位设置不合理

配变档位主要是对配电网实际的运行情况进行相应的调整,是提高配电网运行质量的关键。但是,现阶段配变档位却存在设置不合理的问题,在季节转变的情况下,不能合理的对变压器档位进行调整,用电负荷达不到低压客户端的电压标准,不仅对用户的用电产生一定的影响,甚至产生配电网台区电压偏差的问题,严重影响到配电网的运行质量。

2 配电网台区电压偏差问题的解决对策

2.1 积极做好三相负荷不平衡的治理工作

三相负荷不平衡的问题,对用户的用电以及配电网的正常运行都造成一定的影响,进而产生配电网台区电压偏差的问题,为了解决这类为题,必须做好三相负荷不平衡的治理工作。首先,应加强对配电网台区三相负荷不平衡的测量和分析,要求工作人员必须熟练掌握测量的全过程,以及对测量系统的正确操作等,在自动化技术快速发展之下,我国可以利用自动化系统来对配电网台区的三相负荷不平衡问题进行分析,提高三相负荷不平衡测量的准确性,并采取相关的处理措施,从而有效的避免和降低三相负荷不平衡的问题发生,提高配电网运行的可靠性。其次,可以对不满足负荷要求的区域进行配电台区的新建和调整,为了更好的解决三相负荷不平衡的问题,主要以新建为主,调整为辅,全面提升配电网运行的可靠性,避免或降低配电网台区电压偏差问题的发生。再次,对配电网负荷的接入相序进行合理分配,在配电网负荷满足要求的基础上,采取这方面治理措施,不仅能够节省一定的资源,更能提高三相负荷不平衡治理工作的有效性。

2.2 合理配置无功补偿装置

低压无功补偿的不足将会对配电网的正常运行造成极大的影响,甚至对居民的正常用电构成一定的威胁,对此,应合理配置无功补偿装置。从现阶段无功补偿装置配置的方式来看,主要分为集中式补偿和分散式补偿等两种形式,对配电网的无功补偿主要结合配电网的实际情况以及配电台区的运行功率因数等进行相应的补偿,当然,在无功补偿阶段要做好相应的管理工作,避免出现无需配置无功补偿的台区设置无功补偿装置而产生资源浪费的现象,主要对各个台区功率因素提出相应的要求,低于功率因数要求的台区采取无功补偿,这样才能有效的提升配电网台区的运行质量。

2.3 加强电网规划工作

通过以上对配电网台区电压偏差问题的分析得知,电网在规划中缺乏合理性会导致电压偏差问题的发展,对此,应加强电网规划工作。首先,应严格按照小容量、多布点的规划原则进行,当然,在规划的过程中,要结合配网台区的负荷分布情况进行分析,结合实际的情况进行规划,同时还应了解用户的实际用电情况,便于用电规划工作的顺利开展。其次,要对供电半径较大的区域进行有效的规划,可以根据配网的实际运行情况,对供电半径过大的线路进行拆分布点,将各个拆分点处设立相应配电网台区,这样可以有效的缩短供电半径,确保配电网线路末端电压负荷损耗在规定范围之内,进一步保障配电网供电能够满足供电客户的用电需求,从而有效的提升配电网台区供电的可靠性。另外,要对电网线路走线的路径进行规划,例如,线路混乱处、容易引发故障的线路等进行规划,一方面要重新确定线路的走线路径,另一方面,要对易发生故障的线路进行更换,确保更换线路的质量必须满足区域用电负荷的标准,这样才能有效的保证配电网运行的可靠性,避免配电网台区电压偏差问题的发生。

2.4 优化配变档位设置

配电网台区档位的设置如果不合理的话,势必会影响到配电网的供电质量,因此,应对配变档位的设置进行优化。首先,要加强配变档位的管理工作,一方面要保障配变档位开关设置在合理的位置,这样更便于操作,另一方面通过加强对配变档位的管理,可以避免配变开关受到内部或外部因素的影响而出现故障,进一步保障配电网台区工作的可靠性。其次,对配变档位开关的调整,要结合配电网的实际运行情况来做出相应的调整,主要根据季节负荷、电压等相关因素的变化来进行相应的调整,当然,也要注意区域客户对用电的反应情况以及电压检测系统的相关数据等,结合这几方面因素的分析最终来对配变档位进行合理的规划,从而保证配电网台区运行的高效性,避免配电网台区电压偏差的出现,以及降低配电网台区运行过程中出现的损耗量。

3 总结

综上所述,配电网台区电压偏差问题对配电网的运行效率,以及用户的用电质量产生极大的影响。通过本文对配电网台区电压偏差问题及对策的分析,作者主要对现阶段配电网台区电压偏差的几方面问题进行剖析,并结合自身多年的工作经验,以及自身对配电网台区电压偏差的认识,提出了几方面改进对策,希望通过本文的分析,对提升配电网台区的供电质量,以及用户用电的可靠性和安全性给予一定的帮助。

摘要：随着社会经济的不断发展,电力企业的发展也极为迅速,而且电力企业对社会的发展、人们的生存也有着极大的作用,为了满足人们的用电需求,配电网台区也在进行不断的新建和改建。但是,由于配电网具有复杂化、多样化等特征,在配电网台区新建或改建的过程中也将会给电力企业带来一定的挑战,如果配电网规划不合理的话,极有可能产生配电网台区电压偏差的问题,从而对供电质量产生极大的影响。

电压偏差篇3

1 永磁电动机在实际使用中的问题

对油田驱动抽油机的永磁电动机进行了测试并收集了实际运行数据。对某矿所用的共计30台永磁电动机的实测数据进行对比分析, 其功率因数小于0.5的共计11台, 在0.9及以上的5台, 其余则在0.51~0.89的范围。

永磁电动机的功率因数及相关能效见图1。

综合分析实际测试的永磁电动机的功率因数, 发现基本情况如下:功率因数大于或等于0.9的大约占1/6, 而功率因数小于0.5的大约占1/3。

功率因数小于0.5的永磁电动机, 实际功率因数在0.2~0.5的范围, 这与目前广泛使用的异步电动机的实际运行功率因数基本持平甚至更低;考虑到永磁电动机谐波往往较大, 谐波损耗往往抵消了轻载运行的转子铜耗, 所以, 用这部分永磁电动机代替异步电动机基本不节能。

2 电压偏差导致永磁电动机功率因数低

油田供电线路的长度一般达到10 km甚至更长, 在较长供电线路情况下, 供电线路的首端和末端的电压偏差较大。大量实测表明, 对于额定电压为380 V电动机的供电系统, 首端电压通常达到410~420 V, 而末端却只有350~360 V左右。图2是现场测试的某45 k W电动机的相电压有效值随时间变化的曲线, 相电压有效值达到246 V, 相对于额定值的偏差达到+12%。

抽油机使用的永磁电动机同时具有轻负载及电源电压偏差显著这样两个特点。此外, 部分永磁电动机在运行中退磁状况明显, 这也进一步增大了其反电势与电源电压之间的差别。

3 电源电压发生偏差对空载电流的影响

首先通过实验室实测数据看空载电流随电源电压变化的情况。对于380 V、22 k W的永磁电动机, 当电源电压等于感应电势 (380 V) 时, 空载电流的典型数值基本在1.5~2 A的范围;而当电源电压在国家标准允许的范围内 (±7%) 发生偏差时, 空载电流可能达到12~15 A。这就说明, 电压虽然仅仅变化了7%, 空载电流却可能增至6~10倍。

图3是1台22 k W 8极稀土永磁电动机的实测空载电流。该电动机反电势约为370 V。可以看出, 当外加电压等于反电势时, 空载电流为2 A;而当外加电压比反电势大30 V, 达到400 V时, 空载电流达到约12 A;当外加电压比反电势小30 V时, 空载电流也达到约9 A。

4 轻载电动机功率因数对电压敏感

在稀土永磁电动机轻载运行的情况下, 功率因数也随着供电电压的变化而发生显著变化。例如, 当负载是额定功率1/3的时候, 如果供电电压等于电动机的反电势, 其功率因数可以接近0.98;而一旦供电电压发生30 V的偏差, 功率因数就可能降至0.8左右, 甚至低于0.7。

22 k W 8极稀土永磁电动机在负载率等于34%时, 功率因数随外加电压变化的曲线如图4所示, 其典型数值如下:

◇电压等于反电势 (368 V) , 功率因数0.98;

◇电压比反电势小20 V, 或者大15 V, 功率因数降至0.9;

◇电压比反电势小30 V, 功率因数降至0.82;

◇电压比反电势大30 V, 功率因数降至0.7。

图5是同1台永磁电动机在负载率达到58%时的功率因数随电压变化的曲线。可以看出, 在负载率较大的情况下, 如果电压有偏差, 功率因数也会降低。

将图4与图5对比可以发现, 负载率较大的情况比起轻负载的情况, 在电压发生偏差的情况下, 功率因数降低的幅度要小一些。例如, 在电压发生30 V正偏差的情况下, 负载率低 (34%) 时, 功率因数降至0.7, 而负载率高 (58%) 时, 降至0.83。

5 结论

1) 稀土永磁电动机的功率因数对供电电压非常敏感。