浅析电网电压不稳定的原因及解决办法

浅析电网电压不稳定的原因及解决办法
【摘要】保障供电的稳定性是保障社会经济增长和满足用户需求的重要问题。

本文分析了电压稳定性破坏的原因及危害，针对电压不稳定的原因，提出了具体解决措施。

【关键词】稳定性；电压；破坏；措施
随着我国经济建设的蓬勃发展，社会对电力资源的需求日益增长，用户对电力系统的要求也越来越高。

供电的可靠性和稳定性已经成为保障经济增长和满足用户需求的重要问题。

保障供电的稳定性也是改善内外部投资环境、满足人民日益增长的生活水平以及提升综合国力的重要体现。

1.电压稳定性破坏的原因
研究认为,电压崩溃日趋严重的主要原因有以下几点:一是由于经济上及其它方面(如环保)的考虑,发、输电设备使用的强度日益接近其极限值;二是并联电容无功补偿大量增加,因而当电压下降时,向电网提供的无功功率按电压平方下降;三是线路或设备的投切,引起电压失稳的可能性往往比功角稳定研究中所考虑的三相短路情况要大得多,然而人们长期以来只注意功角稳定的研究。

电力系统稳定问题的物理本质是系统中功率平衡问题,电力系统运行的前提是必须存在一个平衡点。

电力系统的稳定问题,直观的讲也就是负荷母线上的节点功率平衡问题。

当节点提供的无功功率与负荷消耗的无功功率之间能够达成此种平衡,且平衡点具有抑制扰动而维持负荷母线电压的能力,电力系统即是电压稳定的,反之倘若系统无法维持这种平衡,就会引起系统电压的不断下降,并最终导致电压崩溃。

当有扰动发生的时候,会造成节点功率的不平衡,任何一个节点的功率不平衡将导致节点电压的相位和幅值发生改变。

各节点电压和相位运动的结果若是能稳定在一个系统可以接受的新的状态,则系统是稳定的,若节点的电压和相角在扰动过后无法控制的发生不断的改变,则系统进入失稳状态。

电力系统的电压稳定和系统的无功功率平衡有关,电压崩溃的根本原因是由于无功缺额造成的,扰动发生后,系统电压无法控制的持续下降,电力系统进入电压失稳状态。

无论是来自动态元件的扰动还是来自网络部分的扰动,所破坏的平衡均归结为动态元件的物理平衡。

电力系统的动力学行为仅受其动态元件的动力学行为及其相互关系的制约。

2.电压不稳定的危害
在现代工业用电中，一种电气设备出现故障就会导致流水线、甚至整个工厂作业的中断，造成难以想象的损失。

对于普通用户，家用电器长时间在非额定电压或频率下工作，会严重影响电气设备的使用寿命。

例如：长期在低于额定电压下工作的计算机，容易出现重启、程序紊乱、烧毁硬盘等情况。

因此在比较重要的信息采集、数据检测分析工作点，都要装设在线式UPS以保证无间断供电。

3.电压不稳定的类型
电压不稳定主要表现在电压偏差和电压波动两个方面。

电压偏差是在某一时段内，实际电压幅值“缓慢”变化而偏离了额定电压，偏差是稳态的，就是我们常说的电压偏高或偏低。

电压偏差的大小，主要取决与电力系统的运行方式、线路阻抗及有功负荷和无功负荷的变化。

电压偏差主要是用电设备所处的位置及运行的时间，如线路末端电压偏低，后夜电压偏高等。

为改善电压偏差，可采取以下措施：一是正确选择变压器的变压比和电压分
接头;二是合理减少线路阻抗;三是提高功率因数，进行合理的无功补偿，并根据电压与负荷变化自动接切无功补偿设备容量;四是按照电力系统潮流分布，及时调整运行方式;五是采取用载调压手段，如选用有载调压变压器等。

电压波动是在某一时段内，实际电压幅值急剧变化而偏离了额定电压，偏差是动态的，就是我们所说的电压忽高忽低。

电压波动主要是由大型用电设备负荷快速变化引起的冲击性负荷造成的，如轧钢机咬钢、起重机提升启动、电弧炉熔化期发生工作短路、电弧焊机引弧、电气机车启动或爬坡等都有冲击负荷产生。

电压波动的大小，主要取决于电压波动的频度、波动量的大小及工作场所对电压质量的要求等。

抑制电压波动的措施一是增加供电系统容量，即更换大容量的变压器，或由大的电网来承担供电任务;二是提高供电电压等级;三是采用专用变压器和专线供电;四是改进生产工艺及操作水平;五是采用专用稳压设备等。

4.电压不稳定的解决办法
按供电系统节点来看，电压波动可分为高压侧电压波动和低压侧电压波动。

高压侧电压波动又可分为进线电源处电压不稳定和高压母线上电压不稳定。

进线电源处电压不稳定原因之一是上一级电源质量不高。

解决方法是更换电源或在上一级负荷处重新架设一条供电线路。

原因之二是传输过程中(进线电缆)存在问题。

解决方法是检查是否存在电缆破损、电缆质量、电缆选型不正确的情况，有针对性地加以改善。

高压母线上电压不稳定原因之一是变压器三相空载导致高压侧母线电压不稳定。

解决方法是重新计算变压器的负载率，更换更大一级容量的变压器。

原因之二是在变压器负载时，大功率设备冲击电网造成高压侧母线电压不稳定。

解决方法一是对大功率设备采用变频启动或软启动方式，来减少对电网的冲击。

二是大功率设备尽量采用高压电机，以优化电能质量。

三是对个别大功率设备，采用单独无功补偿装置稳定电压。

低压侧电压波动可分为电缆出线端电压不稳定、设备入线端电压不稳定和低压母线上电压不稳定。

电缆出线端和设备入线端电压不稳定原因分析。

原因之一是外接负载功率较大导致的启动电流冲击。

解决方法是优化设备启动方式。

对大功率设备采用变频启动或软启动方式，来减少对电网的冲击。

大功率设备尽量采用高压电机，以优化电能质量。

对个别设备采用单独无功补偿装置稳定电压。

原因之二是传输过程中存在问题。

解决方法是检查电缆是否存在电缆破损等质量问题，如有则更换电缆，如非质量问题则存在电缆选型问题，应重新计算电缆压降，从配电柜出线端到设备进线口的电缆压降，看是否超过了5%，如果超过了，要更换大一级的电缆来进行电能的传输。

低压侧母线电压不稳定原因是整个供电系统功率因数的问题。

解决方法是提高整个供电系统的功率因数，增大无功功率，使功率因数提高到90%以上。

按交流与直流来分，低压侧母线电压不稳定可分为交流电压波动和直流电压不稳定。

交流电主要承担煤矿除工艺集中控制外的所有负荷;直流电主要负责供给工艺集中控制信号的电源。

直流电压不稳定原因有三：一是电源、二是负载、三是接触不良。

解决方法一是更换电源或改善传输路径、二是提高负载供电等级、三是检查接触装置按设备负载。

按设备负载来分，低压侧母线电压不稳定可分为带冲击负载的电动机引起电压波动、由反复短时工作负载引起电压波动、大型电动机启动时引起电压波动和供电系统短路电流引起的电压波动。

由反复短时工作负载引起电压波动。

这类负载的特点是呈现周期性交替的增减变化。

但其交替的周期是不定值，且交替的幅值也是不定值，如吊运工件的吊车，手工交直流电焊机等。

当前企业为节能降耗在交直流电焊机上都装设了自动
断电装置，因此在节电的同时电动机的启动电流和焊接变压器的涌流却加剧了所在电网的电压波动。

)供电系统短路电流引起的电压波动。

由于各种原因，企业的许多高、低压配电线路及电气设备可能发生不同性质的短路。

在这种情况下，如继电保护装置或断路器失灵就会使故障持续存在也会造成越级跳闸，轻则损坏配电装置，重则造成大面积停电，延长整个电网的电压波动时间，并扩大波动范围。

解决方法是合理选择变压器的分接头，保证用电设备的电压水平。

设置电容器进行人工补偿。

配电变压器并列运行。

采用电抗值最小的高低压配电线路方案、线路出口加装限流电抗器、大型感应电动机带电容器补偿、采用电力稳压器稳压等。

【参考文献】
［１］张黎阳.电网运行状态实时稳定评估预想事故管理研究[D].福州：福州大学.2006.
［２］赵智大.高电压技术[M].北京:中国电力出版社.
［３］袁季修.电力系统安全稳定控制[M].北京:中国电力出版社.。