電網電壓事故的預防與處理分析

摘要： 主要介紹了事故處理規程對電壓事故的規定，闡明了電網電壓不合格的危害、電網電壓偏低及偏高的原因、電網電壓調整措施、正常運行時變電站和配電所的調壓原則及電網電壓事故處理方法。

關鍵詞： 電網電壓事故 電壓不合格的危害原因 調壓措施 事故處理

一、事故處理規程對電網電壓事故的規定

電壓是電能質量的重要指標，事故處理規程規定：系統中樞點（即省調規定的電壓監測母線，下同）電壓超過規定的電壓曲線數值±5%且持續時間超過1小時為構成障礙，超過2小時算作事故；若超過電壓曲線規定值的±10%，并且持續時間超過30分鐘也構成障礙，超過1小時也算作事故.電壓事故處理由省調負責。

二、電網電壓不合格的危害

1、對于電力用戶

各種用電設備都是按照額定電壓來設計制造的，這些設備在額定電壓下運行能取得 佳效果，電壓過大地偏離額定值，將對用戶產生不良影響。

例如照明燈，其發光效率、光通量和使用壽命均與電壓有關。當電壓升高，白熾燈和日光燈的光通量將要增加，但使用壽命將縮短；反之，電壓降低，則使光通量降低，燈發光不足，影響人的視力和工作效率。異步電動機的電磁轉矩是與其端電壓的平方成正比的，當電壓降低10%時，電動機轉速下降，轉矩大約要降低19%。如果電動機拖動的機械負載不變，電壓降低時，電動機轉速下降，轉差增大，定子電流也隨之增大，發熱增加，繞組溫度增加，加速絕緣老化，使用壽命縮短；當端電壓太低時，電動機可能停轉，甚至在重載下不能啟動。電爐等電熱設備的出力大致與電壓的平方成正比，電壓降低就會延長電爐的冶煉時間，降低生產率。

2、對電網而言

電壓降低會使電網的電能損耗增大。電壓過低時還可能危及電網運行的穩定性，發生電壓崩潰事故。而電壓過高要影響設備的絕緣。

因此，保證用戶處的電壓接近額定值是電網運行調整的基本任務之一。

三、電網電壓偏低及偏高的原因

1、電壓偏低的原因

（1）供電網絡或配電網絡結構不合理，特別是一些農電線路送電距離太長，供電半徑過大，導線截面太小，使線路電壓損失太大。

（2）電網無功功率電源不足或無功補償設備管理不善，長期失修、經常停用等，使無功平衡破壞，這是電網電壓水平普遍下降的根本原因。

（3）變壓器分接頭位置放置不合理。

（4）電網接線不合理，負荷過重，負荷功率因數低，電力設備檢修及線路故障等，均可能使電網電壓下降。

2、電網電壓偏高的原因

隨著現代化電網的發展，20—30萬KW大容量機組直接接入超高壓電網，以及500KV超高壓線路的投入運行，其線路充電功率較大，每百公里充電功率（電容性無功功率）約10萬Kvar，使220KV—500KV超高壓電網內無功過剩，使主網電壓過高。這是電網發展的新課題。

四、電網電壓調整措施

擁有充足的無功功率電源是保證電網有較好運行電壓水平的必要條件。但要使所有用戶處的電壓質量都符合要求，還必須采用各種調壓手段。就電力網而言，目前調整用戶端電壓的手段，主要采取如下措施：

（1）適當選擇變壓器的變比；

（2）改變線路參數R和X及改變無功功率分布，以減少網絡的電壓損耗。

為了保證中樞點電壓變動不超過規定范圍，在無功功率平衡的前提下，可以采用如下幾種調壓方法：

1、利用調整變壓器分接頭調壓

改變變壓器的變比可以升高或降低次級繞組的電壓。它分兩種方式，即無載調壓和有載調壓。

（1）無載調壓

所謂無載調壓，即是不帶負荷調壓，這種調壓必須在變壓器斷開電源之后停電操作，改變變壓器分接頭，達到調整二次電壓的目的。因為無載調壓時需要停電，所以這種調壓方式適用于季節性停電的變（配）電站。由于不能根據負荷變化，靈活調節電壓，故許多城市電網對110KV及以上變壓器都已逐步采用有載調壓變壓器。

（2）有載調壓

有載調壓變壓器可以在帶負荷運行的條件下切換其分接頭，而且調壓范圍也較普通變壓器大，調壓級數多，調壓范圍可達額定電壓的20%—30%。所以在110KV及以上變壓器得到廣泛應用，并隨著農網改造二期工程的收尾，在農網中也得到了大力推廣。

2、改變電力網的無功功率分布進行調壓

改變電力網無功功率分布的辦法是在輸電線末端，靠近用戶處裝設并聯的無功補償設備。

電網的無功補償設備主要有同期調相機、靜電電容器、靜止補償器。

（1）同期調相機

同期調相機實質上就是只能發無功功率的發電機，它在過激運行時向系統供應感性無功功率，欠激運行時從系統吸取無功功率。所以改變同期調相機的勵磁，可以平滑地改變它的無功功率的大小和方向，因而可以平滑地調節所在地區的電壓，既可提高電壓，也可降低電壓。同期調相機可以裝設自動調節勵磁裝置，能自動地在電網電壓降低時增加輸出的無功功率，以維持系統電壓。特別是有強行勵磁裝置時，在系統故障時也能提高電網的電壓，這對提高電網穩定性是有利的。但是同期調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜，有功損耗也大，投資費用較大。在我國常裝在樞紐變電站。在國外，現在很少采用而改用靜止補償器。

(2)靜電電容器

靜電電容器可按三角形和星形接法接在變電站母線上，只能供給電網無功功率，而不能吸收無功功率。它供給的無功功率QC值與所在結點的電壓U的平方成正比，即：

所以電壓下降時，它供給的無功功率也減小，因此，在電網發生故障或其它原因而使電壓下降時，其輸出的無功功率反而減少，結果導致電網電壓繼續下降，這是靜電電容器的缺點。靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集中使用，又可分散裝設就地供應無功功率，以降低線路上的功率損耗和電壓損耗。靜電電容器每單位容量的投資費用少，運行時的功率損耗也較小，維護也方便。為了在運行中調節電容器的功率，可將電容器連接成若干組，根據負荷變化，分組投入和切除。它廣泛地應用在系統變電站和用戶配電所中。

（3）靜止補償器

靜止補償器又稱可控靜止無功補償器，是一種動態無功補償電源。其特點是將可控的電抗器與靜電電容器并聯使用，電容器可發出無功功率，可控電抗器則可以吸收無功功率，可以按照負荷變化情況進行調節，因而使母線電壓保持穩定。它能快速、平滑地調節電壓，運行維護方便，功率損耗小，對不平衡的負荷變化可以作到分相補償，對沖擊負荷的適應性較強，我國500KV變電站大都安裝了靜止補償器。

另外，對于目前一些離電廠較近的500KV的變電站，由于500KV進線線路充電功率較大，使得這類變電站主變壓器的一次電壓較高，為了使二次側的電壓符合要求，僅靠調整變壓器分接開關有時很難奏效，因此通常會在二次側母線上并聯一些分組的電感線圈，以便根據電壓的波動，適當增加無功功率和電壓的損耗，達到降壓的目的。

3、改變線路參數R和X的方法調壓

電壓損耗可近似為電壓降的縱向分量：

從上式可知，在輸送功率一定時，改變參數R和X的大小，可以改變電壓損耗，起到調壓作用。

（1）用串聯電容補償線路參數的方法調壓

在高壓電網中，通常電抗X比R大得多，用串聯電容的方法，改變線路電抗以減小電壓損耗。對于負荷功率因數低、輸送功率較大、負荷波動大、導線截面較大的線路，串聯電容器調壓，效果尤其顯著。

（2）按允許電壓損耗選擇導線截面

在低壓電網中，用戶很多又很分散，容量又不大，且導線截面較小，電壓損耗中PR/U分量所占的比重較大，并聯補償和串聯補償不僅不經濟，且均受到限制，對于這種電網，改變導線電阻將取得一定的調壓效果。因此在低壓電網的設計和建設中，按照規定的允許電壓損耗，選擇適當的導線截面，是保證用戶電壓質量的重要措施之一，隨著農網改造二期工程的進行，這一措施得到了很大程度的落實，農網中，因導線截面小造成線路功率和電壓損耗大的狀況得到了很大程度的改善。

（3）用串聯電感線圈增加線路無功功率和電壓損耗的方法調壓

對于一些輸電距離遠、輸送功率大的500KV線路，由于線路的充電功率較大，整個線路呈現容性，功率因數高，使線路末端的電壓很高，這時通常采用在線路上串聯電感線圈的方法，吸收線路上過剩的容性無功，增加電壓損耗，以達到調壓的目的。

4、輔助性調壓措施——通過變更發電機的勵磁電流改變發電機的端電壓來調整電壓

這種方法一般可在額定電壓的±5%范圍內調節電壓。對孤立電廠直接供電的小型電網，因線路不長，其電壓損耗不大，故改變發電機電壓就可滿足用戶的電壓質量要求。但對多級變壓的供電范圍大的系統，僅借發電機調壓一般不能滿足要求。

五、正常運行時變電站和配電所的調壓原則

正常運行時，裝有有載調壓變壓器和無功補償設備的變電站及配電所應主動根據省調（或地調）每季度編制下發的各電壓中樞點允許電壓變動范圍（即電壓曲線）進行電壓調整。

從變壓器的電壓負荷關系，我們知道，用調節變壓器分接頭的方法調壓時，隨著分接頭的升高，變壓器的變比在減小，次級繞組的輸出電壓在升高，但在這個過程中，變壓器自身的功率損耗，特別是無功功率損耗也在增加。也就是說，當電網因某種原因造成無功缺額時，通過調整變壓器分接頭的方法調壓，將要增加電網的無功缺額，造成其它地區的電壓繼續下降。

因此，對既有有載調壓變壓器又有無功補償設備的變電站及配電所，正常運行情況下具體的調壓原則一般為：

1、電壓降低時，優先考慮投入無功補償設備，再調變壓器分接頭，但要避免向系統倒送無功功率。

2、電壓升高時，優先考慮調整變壓器分接頭，再考慮退出無功補償設備。

無功補償設備的投、切要得到所屬調度的同意。

六、電網電壓事故處理

1、處理中樞點電壓過低事故的措施

（1）令與低電壓中樞點相鄰近的發電廠和裝有無功補償設備的變電站增加無功出力，必要時可降低發電廠的有功出力（但頻率要合格），增加無功出力。但處理位于遠距離送電的受端中樞點電壓過低時，應考慮增加受端發電廠的有功出力；

（2）令其它乃至全系統的發電機、調相機、靜止補償器、靜電電容器均加滿無功出力，但注意不要使本來就高的中樞點電壓超過允許值；

若上述處理方法無效，中樞點電壓仍然過低，則應限制用電，必要時可以拉閘。拉閘限負荷的原則順序為：

Ⅰ、拉限電壓低又超用電的地區負荷；

Ⅱ、拉限設備過載的供電區的負荷；

Ⅲ、按事故拉閘順序拉閘限電。

2、處理中樞點電壓過高事故的措施

（1）令與高電壓中樞點相鄰近的發電廠和裝有調相機、靜止補償器和靜電電容器的變電站降低無功出力至 低，調相機改為進相運行（吸收感性無功功率）；

（2）令其它乃至全系統的發電機和調相機、靜止補償器和靜電電容器均降低無功出力，乃至 低，但不要使本來就低的中樞點電壓低于允許值；

（3）令與高電壓中樞點相鄰近的發電廠帶輕負荷的部分機組停機。

此外，為了保持電網穩定，防止發生電壓崩潰事故，在系統中應設若干監視點，并規定電壓下降的事故極限值。當電壓監視點電壓降至事故極限值時，發電廠和裝有調相機的變電站的值班員應利用發電機和調相機的過負荷能力增加無功出力來維持電壓，并報告省調。而省調應迅速增加（投入）系統所有的無功備用容量和有恢復提高電壓效果的有功備用容量，必要時切除部分用戶，來提高電壓并消除上述設備的過負荷。

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