改善电能质量的主要做法及技术措施的初探

电力18讯：    作者：   彭春勇

     电能质量，从市场经济和商品交换的角度上来看，它是供应给用户的电能满足相关标准以及用户用电要求；从技术角度上讲，关于电能质量目标国际上或国内还没有一个统一的确定定义，不过相关的技术标准都陆续颁布。我国也颁布实施了一系列的有关电能质量的标准。

    在实际的生产生活中，无论是电力企业或是用户，对电能质量的定义还缺乏统一清晰的理解。凡是因为电源的原因，造成用户用电设备故障，损坏以及不正常运行和动作，都应该是电能质量的问题。也就是说：电能质量要保证合格的电压、频率和正弦波形，还包括克服影响用电的各种干扰。

    影响电能质量的因素很多，在生产生活中我们遇到过各种影响电能质量的因素。为改善电网电能质量，铜鼓县供电公司在这方面做了大量的探索，下面笔者就如何改善电网电能质量的做法及技术措施作一初探。

1、巩固电网基础：如今，通过电网建设与改造之后，电能质量有了明显的提高，但主要电能质量指标仍不能完全满足国家标准，35KV及以下的电压合格率，特别是用户最多的低压380V/220V配电网电网的电压合格率是较低的。据统计：2002年前铜鼓县供电公司35KV电压合格率为86%，400V/220KV的电压合格率仅为61%，通过农网改造和城网改造，加大对电网的总体规划，合理布局，减少低压长距离输电带来的电压损耗，更换陈旧的高损耗电力设备，兴建35KV变电站，目前铜鼓县供电公司35KV电压合格率达99%以上，400V/220V电压合格率达95%以上。

2、控制电压偏移：农村电网结构复杂、负荷分散、季节性变化大，如果要对每一个用电设备的电压状况都进行监视和调整是不可能的，但是农村用电负荷大都由10KV配电线路供电，只要能够控制住35KV变电所10KV母线电压的偏移，也就控制住了农村用电负荷的电压偏移，对变压器进行合理的调压是抑制电压偏移的一种有效技术措施。高峰负荷时，供电线路上电压损失大，将10KV母线电压升高到105%的额定电压，以抵偿部分甚至全部电压损失；低谷负荷时，供电线路上电压损失小，将10KV母线电压下降为额定电压，以抵偿一部分电压损失。这种高峰负荷的升高电压，低谷负荷降低电压的调压方式称为“逆调压”。“顺调压”方式是高峰负荷时，允许10KV母线实际电压可低于97.5%额定电压，低谷负荷时不高于107.5%额定电压的调压范围。因此，采用逆调压方式可以大大改善电网电能质量。


3、实施有载调压：电压合格率是供电质量的主要指标之一，供电质量的好坏直接影响人民的生活及工农业生产的产品质量。有载调压变压器的调压范围大，投资相对少，效果好，调压范围一般在15%及以上。调压速度快，又随时可调，分接开关可以手动或电动操作，也能摇控操作，便于实现自动化的管理。为此，铜鼓县供电公司在农网改造及完善工程工作中，三都变电站，灵石变电站等7个变电站均采用了有载调压变压器，以达到随时调整电压，充分改善电网电能质量的目的。但是在有载调压变压器的运用中应注意一些问题，有载调压变压器并列运行调压方式，能确保电网正常运行，有载调压变压器开关若操作不当，会使不同分接电压的变压器并列运行绕组间产生环流，带来不良后果。两台有载调压变压器并列运行时，允许在85%及以下变压器额定负荷电流的情况下进行分接变换操作。其调压操作应轮流逐级或同步进行，不得在单台变压器上连续进行两个分接变换操作，必须一台变压器的分接变换完成后，再进行另一台变压器的分接变换操作。每进行一次分接变换后，都要检查电压和电流的变化情况，防止误操作和过负荷。升压操作，应先操作负荷电流相对小的一台，再操作负荷电流相对较大的一台。以防止过大的环流。降压操作时与此相反，操作完毕，应再次检查并联的两台变压器的电流大小与负荷分配情况。

4、提高功率因素，合理进行无功补偿：按照电压与负荷变化的规律，合理安排电容器的投切工作，是改善电能质量的有效措施。铜鼓县供电公司各变电站10KV母线上均集中安装了无功补偿装置，并且均设置自动投切保护功能。电容器的投运能够减少输电线路的无功功率传输量，从而降低线路上的功率损耗和电压损失，起到升高母线电压的作用。变电所值班人员应按照负荷的大小，10KV母线电压的情况，遵照变电站现场运行规程要求，利用断路器对电容器进行投切操作，以保证母线电压运行在整定范围之内，确保电能质量。

5、健全电压监测机构：电压合格率是电能质量主要指标之一，是国网公司电力市场整顿与优质服务年活动的重要内容。根据《供电营业规则》规定，供电电压允许偏差10KV及以下三相供电的为额定值的±7%；220V单相供电为额定值的+7%～-10%，各种用电设备都是设计在额定电压下工作的，只有电网内各级电压合符标准，才能使用电设备处于最佳状态下运行，才能获得最佳效益。电压偏差对用电设备的性能，生产效率和产品质量都有不同程度的影响，还使供用电设备出力降低，线损增加，电动机启动困难，在电控系统中，电压低于额定值10%，继电器、接触器线圈吸力下降15%以上，造成吸合不良，线圈发热，噪声增大；在相同的负载情况下，电源电压下降10%，电流增大11%，线损增加19%。变压器的线损与受电电压的平方成正比，电压升高，线损增加；铜损与负载率的平方成正比，相同的负载，电压降低，铜损增加，当铜损等于铁损时，变压器的效率最高，最经济。为了改变电压质量，提高设备利用率，铜鼓县供电公司对35KV变电站及各主要10KV及400V/220V布置了电压监测点，成立了专门的电压监测机构，制定了《电压质量管理监测细则》，在各主要点装设了电压监视仪。利用监控点的无功功率补偿装置，使该点的电压偏移经常保持在规定的电压曲线范围内，并利用电压监测装置进行统计，计算出电压合格率，一般要求电压合格率在95%以上；通过电压的监测，正确的调整配变的电压分接头，检查三相负荷，尽量使其保持平衡；定期检查维护配变接地电阻及接地线，特别是连接处，防止接触不良或接地电阻过大，而引起电压偏移。实行移峰填谷，使负荷趋于平稳；提高电能质量。

6、抑制零序电流：三相四线制供电网络在运行中，当三相负荷基本平衡时，其中性线没有电流通过，或只有很小的电流，但由于单相负荷的变化，引起三相负荷不平衡。当三相负荷的不平衡度超过一定限度时，这就造成了三相负荷电流的不对称，中性线就有电流通过。只有三相负荷严重不平衡时，配电变压器才产生较大的零序电流，其危害较大。首先，零序电流在配电变压器绕组中流动必将产生零序磁通，零序磁通在各相绕组中会感应出同方向的零序电势，该电势与原感应电势的相量和就是单相电压。当单相负荷较重时，该相端电压就降低，并小于额定电压，造成该相单相设备无法正常运行；当某相负荷较轻时，该相端电压就升高，并超过额定电压许多，威胁单相设备的绝缘安全，严重时还将造成单相设备烧坏；其次，零序磁通通过变压器的铁心，金属外壳及散热管等构成回路，零序磁通切割变压器金属构件产生感应电势，并在金属导体中流动会产生热量，从而产生涡流损耗，导致变压器损耗增加，功率因素降低，破坏电能质量。为确保配变的安全运行，提高功率因素，改善电压质量，应采取有效的措施抑制零序电流的产生，因中性线不平衡电流是零序电流的3倍，因此，中性线电流的限制值经过理论计算可以证明：联接组别为Y，yno的变压器，其中性线电流不得超过额定电流的25%，这就是抑制零序电流的中性线电流的限制值。

    在配变以三相四线制供电系统中，为抵制零序电流的产生，必须经常检测中性线的电流值。如检测到中性线电流达到或超过额定电流的25%时，这将预示着零序电流的产生。为此，应采取措施对配电网的三相用电负荷进行调整，使三相负荷尽量趋于平衡，以减少中性线电流，抑制零序电流的产生。对于以三相四线制供电的配电变压器，在供电管理中，首要的工作即是经常检测调整三相负荷，使三相负荷尽量保持平衡，保证变压器处于三相负荷平衡的状态运行，这不仅可抑制零序电流的产生，而且也是配变安全、经济运行、提高电网供电质量的有效措施。

7、改善配电台区的接地网：铜鼓县农网建设与改造工程于2004年已通过验收，大部分的配电台区得到改造，供电质量明显得到提高，线损显著降低，给农民带来了实惠。但在初验过程中，发现配电台区中的问题也有所存在，对电网、设备的正常运行带来一定的隐患。在电网运行方面，通过改造，目前大部分的低压电网已经改变以前的变压器中性点不接地的接线方式，普遍采用了变压器中性点直接接地的接线方式，加上两级漏电保护，从用电角度上讲比以前要安全得多，供电可靠性将得到加强，供电质量将得以提高。

在接地方式上，我们发现三种情况：第一种：避雷器、变压器中性点、变压器和配电箱外壳都接在构架上，然后通过构架与接地网连接；第二种：避雷器直接接地，其它部分与构架相连，然后构架接地；第三种：避雷器、变压器中性点分别与接地网相连，变压器和配电箱外壳通过构架与接地网连接。以上3种接地方式只有第三种是正确的。理由：安装在已接地金属构架上的设备，可以不再接地，所以变压器外壳，配电箱外壳不再分别接地。按要求，电力设备每个接地部分应以单独的接地体，接地干线就在接地体上，所以避雷器、变压器中性点应该直接与接地网相连。

      为了确保设备正常运行，保证电能供电质量，我们在接地电阻上有明确的要求：变压器容量在100KVA及以上的台区，其接地电阻≤4欧姆；变压器容量在100KVA以下的配电台区其接地电阻值规定在10欧姆以内。

8、设置防雷措施，减少雷击意外事故：为了保证电力设备不受或少受雷电冲击，保证供电的平稳，我们在10KV架空线路方面增加了防雷措施：防止雷击线路的避雷线，装设了避雷针，装设氧化锌避雷器，用不平衡绝缘、减少相间闪络。

为了避免供电中断，减少雷电危害：主干线路出口装设自动重合闸装置，在大部分支线路上装设分段器；采用环网供电或不同杆的双回路供电；按照规程标准，10KV线路的导线载面不能小于25平方毫米，以免遭受雷击烧断，造成停电事故。

9、采取预防零线断线的措施：在三相四线制低压供电系统中，零线的作用是当三相负载不对称时，保证零线上的阻抗为零，以消除中性点的位移，使各相电压保持对称，即各相负载的相电压值等于电源相电压，并与负荷变化无关，三相中，一旦有一相发生断路，只影响本相，其它两相电压仍保持不变。确保接在此两相上的电器设备仍能正常工作。但是，如果三相母线中的零线因故障中性点位移，致使三相电压不平衡，即有的相过压，可能烧毁电气设备，有的相电压过低，电器设备无法正常使用。产生零线断路的主要原因：三相负载严重不平衡，零线电流过大或零线导线载面积过小，零线被烧断；零线接头处接触不良，造成火花现象，时间长了，引起零线烧断；配电变压器的零线接线点与导线连接接触不良，维护不到位，引发零线断路；配电变压器内部零线引出线断路；三相四线制线路中由于安装错误，在零线上装设熔断器、开关、造成的人为断开零线的故障；断开三相四线制线路时，错误的先断开零线；其他意外情况，如大风刮断零线，车辆碰杆；拉线造成零线断路等。

预防措施：三相四线制供电，单相负载应尽量分配均匀，保持三相负载平衡，加强对三相电流的监视，发现不平衡时及时进行调整；零线电流不能大于相线电流的1/4，零线导线载面不能小于相线载面的1/2；零线的连接要牢固可靠，配电变压器及配电屏的引入，引出线，如采用铝导线，应使用铜铝过渡线夹，并加强巡视和维护，特别要进行夜间巡视，发现接头出现火花，应及时进行处理；三相四线制线路的零线，严禁安装熔断器或开关装置；断开三相四线制线路时，应先断开相线，后断开零线，接线时顺序与之相反；一旦发现零线断路故障，应尽快切断三相电源进行处理，以减小事故危害。

    因此，加强零线的检查，维护，防患于未然，才能确保零线的安全运行，减少因用电事故引起的纠分和经济损失，确保供电网的电能质量。
     综上所述，在提高电能质量问题上的对策，还应加强提高电能质量的宣传，提高各级员工的质量意识，加强设备维护管理工作，提高电力队伍整体业务素质，明确电能质量管理和监督部门，加强对电能质量相关问题的研究，应用科学发展观强化现有的监测手段和治理措施，为用户提供优质高效的电能。