電網(wǎng)電壓事故的預(yù)防與處理分析

摘要： 主要介紹了事故處理規(guī)程對電壓事故的規(guī)定，闡明了電網(wǎng)電壓不合格的危害、電網(wǎng)電壓偏低及偏高的原因、電網(wǎng)電壓調(diào)整措施、正常運(yùn)行時(shí)變電站和配電所的調(diào)壓原則及電網(wǎng)電壓事故處理方法。

關(guān)鍵詞： 電網(wǎng)電壓事故 電壓不合格的危害原因 調(diào)壓措施 事故處理

一、事故處理規(guī)程對電網(wǎng)電壓事故的規(guī)定

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，事故處理規(guī)程規(guī)定：系統(tǒng)中樞點(diǎn)（即省調(diào)規(guī)定的電壓監(jiān)測母線，下同）電壓超過規(guī)定的電壓曲線數(shù)值±5%且持續(xù)時(shí)間超過1小時(shí)為構(gòu)成障礙，超過2小時(shí)算作事故；若超過電壓曲線規(guī)定值的±10%，并且持續(xù)時(shí)間超過30分鐘也構(gòu)成障礙，超過1小時(shí)也算作事故.電壓事故處理由省調(diào)負(fù)責(zé)。

二、電網(wǎng)電壓不合格的危害

1、對于電力用戶

各種用電設(shè)備都是按照額定電壓來設(shè)計(jì)制造的，這些設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行能取得 佳效果，電壓過大地偏離額定值，將對用戶產(chǎn)生不良影響。

例如照明燈，其發(fā)光效率、光通量和使用壽命均與電壓有關(guān)。當(dāng)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(fā)光不足，影響人的視力和工作效率。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是與其端電壓的平方成正比的，當(dāng)電壓降低10%時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)矩大約要降低19%。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載不變，電壓降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差增大，定子電流也隨之增大，發(fā)熱增加，繞組溫度增加，加速絕緣老化，使用壽命縮短；當(dāng)端電壓太低時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能停轉(zhuǎn)，甚至在重載下不能啟動(dòng)。電爐等電熱設(shè)備的出力大致與電壓的平方成正比，電壓降低就會(huì)延長電爐的冶煉時(shí)間，降低生產(chǎn)率。

2、對電網(wǎng)而言

電壓降低會(huì)使電網(wǎng)的電能損耗增大。電壓過低時(shí)還可能危及電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，發(fā)生電壓崩潰事故。而電壓過高要影響設(shè)備的絕緣。

因此，保證用戶處的電壓接近額定值是電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。

三、電網(wǎng)電壓偏低及偏高的原因

1、電壓偏低的原因

（1）供電網(wǎng)絡(luò)或配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，特別是一些農(nóng)電線路送電距離太長，供電半徑過大，導(dǎo)線截面太小，使線路電壓損失太大。

（2）電網(wǎng)無功功率電源不足或無功補(bǔ)償設(shè)備管理不善，長期失修、經(jīng)常停用等，使無功平衡破壞，這是電網(wǎng)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(wǎng)接線不合理，負(fù)荷過重，負(fù)荷功率因數(shù)低，電力設(shè)備檢修及線路故障等，均可能使電網(wǎng)電壓下降。

2、電網(wǎng)電壓偏高的原因

隨著現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展，20—30萬KW大容量機(jī)組直接接入超高壓電網(wǎng)，以及500KV超高壓線路的投入運(yùn)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(wǎng)內(nèi)無功過剩，使主網(wǎng)電壓過高。這是電網(wǎng)發(fā)展的新課題。

四、電網(wǎng)電壓調(diào)整措施

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

（1）適當(dāng)選擇變壓器的變比；

（2）改變線路參數(shù)R和X及改變無功功率分布，以減少網(wǎng)絡(luò)的電壓損耗。

為了保證中樞點(diǎn)電壓變動(dòng)不超過規(guī)定范圍，在無功功率平衡的前提下，可以采用如下幾種調(diào)壓方法：

1、利用調(diào)整變壓器分接頭調(diào)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(diào)壓和有載調(diào)壓。

（1）無載調(diào)壓

所謂無載調(diào)壓，即是不帶負(fù)荷調(diào)壓，這種調(diào)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(dá)到調(diào)整二次電壓的目的。因?yàn)闊o載調(diào)壓時(shí)需要停電，所以這種調(diào)壓方式適用于季節(jié)性停電的變（配）電站。由于不能根據(jù)負(fù)荷變化，靈活調(diào)節(jié)電壓，故許多城市電網(wǎng)對110KV及以上變壓器都已逐步采用有載調(diào)壓變壓器。

（2）有載調(diào)壓

有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)荷運(yùn)行的條件下切換其分接頭，而且調(diào)壓范圍也較普通變壓器大，調(diào)壓級數(shù)多，調(diào)壓范圍可達(dá)額定電壓的20%—30%。所以在110KV及以上變壓器得到廣泛應(yīng)用，并隨著農(nóng)網(wǎng)改造二期工程的收尾，在農(nóng)網(wǎng)中也得到了大力推廣。

2、改變電力網(wǎng)的無功功率分布進(jìn)行調(diào)壓

改變電力網(wǎng)無功功率分布的辦法是在輸電線末端，靠近用戶處裝設(shè)并聯(lián)的無功補(bǔ)償設(shè)備。

電網(wǎng)的無功補(bǔ)償設(shè)備主要有同期調(diào)相機(jī)、靜電電容器、靜止補(bǔ)償器。

（1）同期調(diào)相機(jī)

同期調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上就是只能發(fā)無功功率的發(fā)電機(jī)，它在過激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率，欠激運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸取無功功率。所以改變同期調(diào)相機(jī)的勵(lì)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(diào)節(jié)所在地區(qū)的電壓，既可提高電壓，也可降低電壓。同期調(diào)相機(jī)可以裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，能自動(dòng)地在電網(wǎng)電壓降低時(shí)增加輸出的無功功率，以維持系統(tǒng)電壓。特別是有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置時(shí)，在系統(tǒng)故障時(shí)也能提高電網(wǎng)的電壓，這對提高電網(wǎng)穩(wěn)定性是有利的。但是同期調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜，有功損耗也大，投資費(fèi)用較大。在我國常裝在樞紐變電站。在國外，現(xiàn)在很少采用而改用靜止補(bǔ)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(wǎng)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(jié)點(diǎn)的電壓U的平方成正比，即：

所以電壓下降時(shí)，它供給的無功功率也減小，因此，在電網(wǎng)發(fā)生故障或其它原因而使電壓下降時(shí)，其輸出的無功功率反而減少，結(jié)果導(dǎo)致電網(wǎng)電壓繼續(xù)下降，這是靜電電容器的缺點(diǎn)。靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可分散裝設(shè)就地供應(yīng)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(fèi)用少，運(yùn)行時(shí)的功率損耗也較小，維護(hù)也方便。為了在運(yùn)行中調(diào)節(jié)電容器的功率，可將電容器連接成若干組，根據(jù)負(fù)荷變化，分組投入和切除。它廣泛地應(yīng)用在系統(tǒng)變電站和用戶配電所中。

（3）靜止補(bǔ)償器

靜止補(bǔ)償器又稱可控靜止無功補(bǔ)償器，是一種動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償電源。其特點(diǎn)是將可控的電抗器與靜電電容器并聯(lián)使用，電容器可發(fā)出無功功率，可控電抗器則可以吸收無功功率，可以按照負(fù)荷變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而使母線電壓保持穩(wěn)定。它能快速、平滑地調(diào)節(jié)電壓，運(yùn)行維護(hù)方便，功率損耗小，對不平衡的負(fù)荷變化可以作到分相補(bǔ)償，對沖擊負(fù)荷的適應(yīng)性較強(qiáng)，我國500KV變電站大都安裝了靜止補(bǔ)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(jìn)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(cè)的電壓符合要求，僅靠調(diào)整變壓器分接開關(guān)有時(shí)很難奏效，因此通常會(huì)在二次側(cè)母線上并聯(lián)一些分組的電感線圈，以便根據(jù)電壓的波動(dòng)，適當(dāng)增加無功功率和電壓的損耗，達(dá)到降壓的目的。

3、改變線路參數(shù)R和X的方法調(diào)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(shí)，改變參數(shù)R和X的大小，可以改變電壓損耗，起到調(diào)壓作用。

（1）用串聯(lián)電容補(bǔ)償線路參數(shù)的方法調(diào)壓

在高壓電網(wǎng)中，通常電抗X比R大得多，用串聯(lián)電容的方法，改變線路電抗以減小電壓損耗。對于負(fù)荷功率因數(shù)低、輸送功率較大、負(fù)荷波動(dòng)大、導(dǎo)線截面較大的線路，串聯(lián)電容器調(diào)壓，效果尤其顯著。

（2）按允許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面

在低壓電網(wǎng)中，用戶很多又很分散，容量又不大，且導(dǎo)線截面較小，電壓損耗中PR/U分量所占的比重較大，并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償不僅不經(jīng)濟(jì)，且均受到限制，對于這種電網(wǎng)，改變導(dǎo)線電阻將取得一定的調(diào)壓效果。因此在低壓電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，按照規(guī)定的允許電壓損耗，選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線截面，是保證用戶電壓質(zhì)量的重要措施之一，隨著農(nóng)網(wǎng)改造二期工程的進(jìn)行，這一措施得到了很大程度的落實(shí)，農(nóng)網(wǎng)中，因?qū)Ь�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(lián)電感線圈增加線路無功功率和電壓損耗的方法調(diào)壓

對于一些輸電距離遠(yuǎn)、輸送功率大的500KV線路，由于線路的充電功率較大，整個(gè)線路呈現(xiàn)容性，功率因數(shù)高，使線路末端的電壓很高，這時(shí)通常采用在線路上串聯(lián)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(dá)到調(diào)壓的目的。

4、輔助性調(diào)壓措施——通過變更發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流改變發(fā)電機(jī)的端電壓來調(diào)整電壓

這種方法一般可在額定電壓的±5%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓。對孤立電廠直接供電的小型電網(wǎng)，因線路不長，其電壓損耗不大，故改變發(fā)電機(jī)電壓就可滿足用戶的電壓質(zhì)量要求。但對多級變壓的供電范圍大的系統(tǒng)，僅借發(fā)電機(jī)調(diào)壓一般不能滿足要求。

五、正常運(yùn)行時(shí)變電站和配電所的調(diào)壓原則

正常運(yùn)行時(shí)，裝有有載調(diào)壓變壓器和無功補(bǔ)償設(shè)備的變電站及配電所應(yīng)主動(dòng)根據(jù)省調(diào)（或地調(diào)）每季度編制下發(fā)的各電壓中樞點(diǎn)允許電壓變動(dòng)范圍（即電壓曲線）進(jìn)行電壓調(diào)整。

從變壓器的電壓負(fù)荷關(guān)系，我們知道，用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的方法調(diào)壓時(shí)，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(gè)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(dāng)電網(wǎng)因某種原因造成無功缺額時(shí)，通過調(diào)整變壓器分接頭的方法調(diào)壓，將要增加電網(wǎng)的無功缺額，造成其它地區(qū)的電壓繼續(xù)下降。

因此，對既有有載調(diào)壓變壓器又有無功補(bǔ)償設(shè)備的變電站及配電所，正常運(yùn)行情況下具體的調(diào)壓原則一般為：

1、電壓降低時(shí)，優(yōu)先考慮投入無功補(bǔ)償設(shè)備，再調(diào)變壓器分接頭，但要避免向系統(tǒng)倒送無功功率。

2、電壓升高時(shí)，優(yōu)先考慮調(diào)整變壓器分接頭，再考慮退出無功補(bǔ)償設(shè)備。

無功補(bǔ)償設(shè)備的投、切要得到所屬調(diào)度的同意。

六、電網(wǎng)電壓事故處理

1、處理中樞點(diǎn)電壓過低事故的措施

（1）令與低電壓中樞點(diǎn)相鄰近的發(fā)電廠和裝有無功補(bǔ)償設(shè)備的變電站增加無功出力，必要時(shí)可降低發(fā)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(yuǎn)距離送電的受端中樞點(diǎn)電壓過低時(shí)，應(yīng)考慮增加受端發(fā)電廠的有功出力；

（2）令其它乃至全系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)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(diǎn)電壓超過允許值；

若上述處理方法無效，中樞點(diǎn)電壓仍然過低，則應(yīng)限制用電，必要時(shí)可以拉閘。拉閘限負(fù)荷的原則順序?yàn)椋?/P>

Ⅰ、拉限電壓低又超用電的地區(qū)負(fù)荷；

Ⅱ、拉限設(shè)備過載的供電區(qū)的負(fù)荷；

Ⅲ、按事故拉閘順序拉閘限電。

2、處理中樞點(diǎn)電壓過高事故的措施

（1）令與高電壓中樞點(diǎn)相鄰近的發(fā)電廠和裝有調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器和靜電電容器的變電站降低無功出力至 低，調(diào)相機(jī)改為進(jìn)相運(yùn)行（吸收感性無功功率）；

（2）令其它乃至全系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)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(diǎn)電壓低于允許值；

（3）令與高電壓中樞點(diǎn)相鄰近的發(fā)電廠帶輕負(fù)荷的部分機(jī)組停機(jī)。

此外，為了保持電網(wǎng)穩(wěn)定，防止發(fā)生電壓崩潰事故，在系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)若干監(jiān)視點(diǎn)，并規(guī)定電壓下降的事故極限值。當(dāng)電壓監(jiān)視點(diǎn)電壓降至事故極限值時(shí)，發(fā)電廠和裝有調(diào)相機(jī)的變電站的值班員應(yīng)利用發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)的過負(fù)荷能力增加無功出力來維持電壓，并報(bào)告省調(diào)。而省調(diào)應(yīng)迅速增加（投入）系統(tǒng)所有的無功備用容量和有恢復(fù)提高電壓效果的有功備用容量，必要時(shí)切除部分用戶，來提高電壓并消除上述設(shè)備的過負(fù)荷。

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