供电系统中电压质量的分析

供电系统中电压质量的分析

【摘要】本论文首先对供电系统中电压质量进行分析的意义进行了说明，然后分析了供电系统中电压质量出现的问题，最后论文详细阐述了影响供电系统电压质量的因素和电压质量的数据采集及处理系统。

【关键词】供电系统，电压，质量 一、前言

供电系统中电压的质量是保证工程电力系统的首要前提，电力系统的优劣不仅关系到生产和生活，而且关系到大家的根本利益。

二、供电系统中电压质量进行分析的意义

优质供电是国民经济发展和人民生活的重要保证，供电电能质量是评价电力产品品质优劣的重要指标。“电能质量”和“电能质量管理”现在越来越多地出现在相关文献中，成为供用电双方日益关心的问题。不论是供电部门还是电力用户对电网的电能质量提出了更高的要求，这一点通常在供用电合同中反映出来。电能质量包含了供电质量和用电质量中诸多方面的内容，人们对电能质量认识的范围和深度也在不断扩展，以致国际相关专业委员会对“电能质量(powerquality)”一词目前还没有作出统一的定义。作为一般的认识，可以认为电能质量是电压质量、频率质量及供电可靠性的总称。随着电力技术的发展，电能质量评价体系也在不断扩展，包含了评价电能品质的一系列技术指标。

三、供电系统中电压质量出现的问题

1、电压偏低问题

（一）、线路导线截面小

由于电网改造过程中有些地区对负荷预测不准，导致导线截面选择过小，经过两年的运行，负荷发展较快，线路截面已不能满足载流量的要求。

（二）、无功补偿容量不足

由于低压电力网中有大量异步电动机和配电变压器，而且负载率不高，无功负荷相对比较高，所以自然功率因数偏低。当补偿并联电容器容量不足时，导致线路输送大量无功功率，而产生电压损耗，引起电压偏低。

（三）、10kV或低压配电线路供电半径长

当供电半径超过合理的长度时，线路末端电压损耗太大，导致电压偏低。每逢用电旺季负荷特别集中，造成各级电网电压偏低。电网中现有主变压器，有载

调压装置投运率低或调压操作不及时。有的用户所用配变容量小，负荷高峰时出现了超负荷情况，影响了电压质量。由于配电变压器三相负载不平衡，引起中性点电压位移，造成负载轻的一相电压偏高，而负载重的一相电压偏低。

2、电压偏高问题

电网改造使线路结构进一步优化，即配电线路导线截面增大、供电半径相对缩短、无功补偿容量增加，而伴随着产生新的问题，一部分低压用户电压偏高。以我厂为例，最近两个月，10个D类电压监测点记录的数据显示：电压超高时间50.5％、超低时间1.4％、合格时间48.1％，且二次侧最高电压高达269V。

（一）、变压器分接头位置不合理

配变出厂时分接头在额定分头，即II分头，但用户为了保证配变二次电压较高，将分头调到III分头的位置，造成用户电压偏高。当变电所10kV出口电压在规定范围的上限时，配变二次出口最高电压可到258.4V；当变电所少数情况下瞬时电压高于允许值，二次最高电压可高达269V。

（二）、由于有些10kV配电线路负荷波动很大，

线路中又安装了大量的无功补偿电容，当负荷较小时，在线路上形成过补偿，导致10kV线路电压升高。

四、影响供电系统电压质量的因素

1、电压偏移

电压偏移是指由于网络中用户负荷的变化或电力系统运行方式的改变，使加到用电设备的电压偏离网络的额定电压，偏离的幅度称为电压偏移。若加于用电设备端的电网实际电压与用电设备的额定电压(即电网的额定电压)相差较大时，对用户的危害很大，不仅影响用电设备的安全、经济运行和生产的产品的产量、质量，而且会危及人身健康与安全。

2、电压波动和闪变

电压波动是指电压在电网中快速、短时的变化(有的国家定义每秒电压变化速度超过1%)。电压闪变是指的随机的、变化更为剧烈的电压波动。电压波动和闪变是由于用户负荷的剧烈变化引起的。例如工厂采用:1)起动电流很大的鼠笼型感应电动机和异步起动的同步电动机。当它们起动或电网恢复电压时的自起动电流，流经网络及变压器，使各元件产生附加的电压损失，使连接该电动机的供电系统和母线产生了快速、短时的电压波压；2)大容量和某些生产过程功率变化非常剧烈的重型设备(冲击性功率负荷)如大型炼钢电弧炉、轧钢机等。急剧的电压波动将引起同步电动机的震动，影响产品的质量、产量，造成经济损失；使电子设备、测量仪器、计算机、电视机无法准确、正常地工作。电压闪变超过限度

值使照明负荷无法正常工作，损害工作人员身体健康。

3、高次谐波

供电系统高次谐波产生的原因是由于供电系统中有许多非线性电气设备，例如大型可控硅整流装置、电弧设备、电气化机车、变压器等都是高次谐波的电流源。它们接入电网后，将使系统中的电压、电流产生高次谐波。高次谐波压降会使发电机端电压波形产生畸变，从而降低了供电电压质量；高次谐波会使电力系统发生电压谐振、引起线路过电压、损坏电气设备、降低供电可靠性，还会干扰和破坏控制、测量、保护、自动化、远动、通讯、家用电器的正常工作；此外，高次谐波电流使电网电流有效值增加，电阻也因集肤效应的影响而增大，导致电网及供电设备产生附加的电能损耗，并加快了旋转电机、变压器、电容器、电缆等电气元件中绝缘介质的电离过程，使其发热绝缘老化、寿命降低。

五、电压质量的数据采集及处理系统

1、电压质量的数据采集

由于电压质量在线监测系统采样频率高，采集数据量大，智能化和自动化程度较高，要达到设计要求比较困难。其中有许多关键技术，包括高速数据采集的实现、FFIO缓冲器的工作方式、数据采集、连接与存储以及文件存储与转换。

2、电压质量的数据处理

（一）、电压波形显示

波形图可以以2种不同方式显示，即多通道电压波形同时显示与单通道电压波形显示。前者是为了方便不同通道电压波形的比较，后者是为了更仔细地观察波形，用户可以方便地在二者之间切换。从波形界面可以得到的信息有:电压波形及各相之间的相位比较、发生的时间、通道号(对应系统中的相序)、各点的电压值等信息。若要得到更详细的电压质量信息，则可进入谐波分析模块。

（二）、谐波分析

装置设定为实时方式和定时方式触发采集系统正常运行时的电压波形，用作谐波分析。对前台机采集的电压数据采用了2种谐波分析方法:①谐波含有率:分析出系统运行电压波形中某次谐波的含量(%)，以利于系统管理人员了解电压质量状况及采取抑制措施；②总谐波畸变率:波形畸变的程度，常以其总谐波畸变率来表示，作为衡量电压质量的一个指标，各次谐波含有率的平方和的平方根值称为总谐波畸变率THD。分析的电压谐波含量、总畸变率分别采用直方图与数值(%)方式表示。

（三）、波形打印

可以将用户需要的波形打印下来，程序默认设置大小和屏幕所示大小一样。需要说明的是，为了保证打印的完整，一般情况下用户需将页面方式设置为”横向”。

（四）、在线帮助模块

程序提供了完善的帮助文件，从帮助文件里，用户可以得到关于装置使用的一般性说明。

3、电压质量在线监测装置的调试

（一）、装置的过压监测功能调试

装置的过压监测部分调试，利用实验室的高压模拟设备，产生10kV系统中常见的内过压，然后用该装置进行监测。

（二）、装置的电压谐波分析功能调试

谐波分析调试中，通过装置采集信号分析，两者相对比，得到一个科学的比较数据，从而判断监测装置的精确度。

五、结束语

电压质量在供电系统中呈现极其重要的地位，我们不仅要努力做好各项工作，还要与其它方面协调一致、相辅相成。从而使电压的治理不断得到完善和提高，为供电系统的完善提供可靠的保障。

参考文献

[1]俞峰；电能质量监测软件的研究和开发[D]；西南交通大学；2003

[2]余希木；基于Kalman滤波的动态电能质量监测[D]；四川大学；2006

[3]黎亮；电气化铁路供电电源电压等级的研究[D]；西南交通大学；2007

[4]周志成；牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用研究[D]；西南交通大学；2006