供配电系统电能质量的有效控制

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此电网运行、电力设备和供用电环节之间的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也越来越高。在这样的环境下，如何更好的控制电能质量，具有很强的观实意义。

1、供配电系统设计

通常情况下可以用频率、电压偏差、电压波动、高次谐波以及三相电压的不平衡度来衡量电能质量，根据国家供用电规则，一般交流电力设备的额定频率为50Hz，频率偏差一般不得超过±0.5Hz。如果电网装机容量在300万kW或者以上时，频率偏差为±0.2Hz，当电网装机容量在300万kW以下时，频率偏差为±0.5Hz。

2、电压偏差

电压是衡量电能质量的一项重要指标，电压质量对电网稳定以及供配电系统安全运行、线路损耗以及各行业用电等都有直接影响。而电压偏差是指供配电系统在正常运行的情况下，系统各部位的实际电压对系统额定电压产生的偏差，产生电压偏差的主要原因是线路损耗，即正常的负荷电流或者是故障电流通过供配电系统中的各个元件所产生的电压损失。根据国家颁布的电能质量供电电压允许偏差中的有关规定，供电部门与用户的产权分界处或者供用电协议规定的电能计量的最大允许电压偏差不应该超过以下标准：30kV或者以上的供电电压，电压的正负偏差绝对值之和应该为10%；10kV或者以下的三相供电电压，电压的正负偏差应该为±7%；220V单相供电电压为+7%和-10%。

由于电压偏差能够直接影响供配电系统电能质量，所以必须要采取科学、有效的措施调节电压差，对于电力用户的供配电系统主要可以从以下两个方面进行调节：首先是减小线路的电压损耗。具体通过合理减小系统的阻抗以及变压级数；尽量确保系统三相电压的平衡度；使高压线路延伸到负荷中心；采用多回路并联的方式进行供电以及设置无功补偿装置等。然后是合理选择变压器和电压分接接头，通过对变压器的经济运行以及技术进行加强管理可以有效的降低损耗。选择分接接头主要是为了通过改变变压器的变比，进一步调整最大负荷时的电压偏差，使系统各元件的电压能够维持在正常合理的范围内，但是改变变压器的变比并不会影响到电压正偏差与负偏差之间的范围；合理减小供配电系统的阻抗，尽量减小线路的长度以及增加电缆和导线的横截面积等，如果条件允许的情况下可以将架空线路改为电缆线路进行电量输送；增加高压补偿，稳定功率因素，减少供配电系统线路输送当中的无功功率。无功功率在输电线路以及输电设备法传输中不仅会造成极大的有功损耗，而且还可以产生一定的电压降从而严重影响了供配电系统的正常运行，所以就需要通过无功补偿装置来提升供配电的系统的电能质量。无功补偿装置在补偿主变的空载无功损耗的同时还能够适当的补偿传输线路的无功功率损耗，以改善输电网的功率因数稳固变电站的电压。而且无功补偿装置还具有操作简单、维护方便等优点，但这种方式却不会降低配电网的降损，目前这种补偿方式在电力系统当中的应用最为广泛。

在高压配电线路上增加并联电容器的安装数量，主要补偿配电线路的无功功率，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。适用于功率因数较低，公共变压器较多，负荷较重的长配电线路，具有较高的补偿效果，但由于安装的电容器的数量多增加了成本，而且难以维护和管理，并且容易受到环境以及空间等客观条件限制适应能力差，不利于普及推广。在配电电压器和电动机之间并联电容器，这种方式不需要对补偿容量进行频繁的调整，主要补偿配电的空载和漏磁无功功率以及电动机的无功功率，这种方式具有成本低、安装简单、容易维护以及事故率低等优点，但是当配电接近空载时容易造成补偿过盛，而且当配电非全相运行时，容易产生铁磁谐振。对同步电动机的励磁电流在规定的范围内进行调整，从而有效地调节电压偏差以及改变电网负荷的功率因素。对于多台单项设备或者三相电压的不平衡的线路还需要安装分相无功功率补偿设备。尽量使三相负荷保持平衡，如果三相负荷分布不均匀就会影响电压的平衡，从而促使电压的偏移增加甚至还会影响到供配电系统的正常运行。改变供配电系统的运行方式，将单回路供电改为双回路供电可以有效地调整电压偏差。

3、电压波动

电压波动的产生是由于用户端波动性负荷造成电网电压发生变动，电压波动的程度是由用电波动频率以幅度来决定的。当用户端波动性负荷在系统阻抗上将引起电压波动时，系统的阻抗就会增大，从而增加电网电压的损耗使供配电系统的电压出现异常并最终影响电能质量。另外电压波动还能够影响到电动机的正常启动，对同步电动机可能引起转子震动，严重时可以使一些电子设备无法正常运行，还可以使照明设备发生明显的闪烁现象，而且当电压波动的频率达到5Hz~12Hz时照明设备的闪烁将更加严重。电压波动的有效抑制措施包括：采用合理的接线方式，对负荷变化剧烈的大型设备使用专用线路或者专用的变压器进行专向供电；在系统运行的过程中，还可以在电压出现严重波动时，减小甚至切断引起电压强烈波动的负荷；一些大型电弧炉或者中频、高频的加热设备利用专用的变压器进行单独供电；对于大型冲击性负荷可以配备能够吸收冲击无功功率的静止无功补偿装置，这种静止无功补偿装置是由特殊的电抗器以及电容器组成，用并联方式连接的无功功率发生器和吸收器。

4、电动机起动时的电压降

电动机在启动的过程中会引起电压降，因此也会对定能质量产生一定的影响，因此必须对其进行科学、有效的管理，合理选择电动机的启动方式。

电动机启动方式包括全压启动和降压启动两种，当设备能够承受电动机全压启动时所产生的冲击转矩时才可以选择这种方式。由于全压启动会造成配电线路上强烈的电压降，而且启动电流也很大，容易对设备造成损伤，但是全压启动具有安全、经济、可靠以及启动简单等优点；降压启动是利用星三角启动器或者自耦变启动器进行启动。星三角启动器可以通过手动或者自动的方式来控制降压启动，它的操作非常简单，采用这种方式时电流的性能稳定，但是转矩特性较差，所以只适用于无载或者轻载起动的场合。自耦变启动器又称补偿器，通常在额定电压220/380的三相笼型感应电动机中应用，利用自耦变启动器进行降压启动，不仅能够满足各种负载的启动需求，而且还能够获得比星三角启动时更稳定的转矩，而且自耦变启动器还附有热继电器和失电压脱扣器，能够完善过载和失电压保护等功能所以适用范围更广。

5、高次谐波

高次谐波的产生是由于设备能够向电网输送50Hz以上频率电流并且直接与电力系统相连接，也成为谐波源。伴随着大量非线性负荷的增加以及硅整流设备的普及应用，导致了越来越多的高次谐波流向电网，而大量的谐波造成的危害包括：使电机以及变电器降低容量，超负荷运行温度急速升高增加损耗；降低电力电缆的容量，电力电容器超负荷运行甚至直接损坏；改变继电器的性能，无法做出正确操作；使晶闸管整流装置不能正常工作；严重影响了电压的稳定从而致使电能质量的下降。这样一来会对供配电系统造成严重的损伤。所以必须要加强对谐波的管理措施，以提高供配电系统电能的质量。加强对高次谐波的管理包括：在换流设备上增加换流变压器；在谐波源附近加装高速滤波支路，起到分流谐波电流的作用；在用户端安装串联电抗器限制谐波电流对用户电器的影响。

6、结论

供配电系统在进行点亮传输的过程中，会生产各种形式的电能损耗，这对于人们生活以及工业生产都是非常不利的，为了使供配电系统在安全、稳定、经济合理的运行，就必须采取科学有效的技术提高供配电系统电能质量，更好地满足生产和生活的需求。