谈电力系统额定电压问题

【摘 要】为了便于电器制造业的生产标准化和系列化，国家规定了标准电压等级系列。在设计时，应选择最合适的额定电压等级。

【关键词】电力系统；额定电压；问题分析

为了使电力设备的生产实现标准化、系列化，为了各元件合理配套，电力系统中发电机、变压器、电力线路及各种设备等，都是按规定的额定电压进行设计和制造的，所谓额定电压，就是指能使各类电气设备处在设计要求的额定或最佳运行状态的工作电压。

额定电压的确定，与电源分布、负荷中心的位置、国民经济及科学技术的发展水平以及电力设备的制造水平等因素有关，应经过充分的论证，由国家主管部门确定。

1.额定电压的分类

我国现阶段各电力设备的额定电压分三类：第一类额定电压为100v以下，这类电压主要用于安全照明、蓄电池及开关设备的操作电源。交流36v电压，只作为潮湿环境的局部照明及特殊电力负荷之用；第二类额定电压高丁100V，低于1000V，这类电压主要用于低压三相电动机及照明设备；第三类额定电压高于1000V，这类电压主要用于发电机、变压器、输配电线路及设备。

设供电给电力网的发电机S是在电压U1下运行的，由于线路中有电压降落，对于由发电机直接配电的部分，线路始端电压U1大于末端电压U2。为便于讨论，设直线U1U2（实际应为折线）代表电压的变化规律，受电器l～4将受到不同的电压。而受电器是按标准化生产的，不可能按照图示各点的不同电压来制造电器，而且电力网中各点的电压，也并不是恒定的。为了使所有受电器的实际端电压与它的额定电压之差最小，显然应该采取一个中间值，即取Ue=（U1+U2）/2来作为受电器的额定电压。该电压也就规定为电力网的额定电压。

2.三相交流电网和电力设备的额定电压

2.1电网（电力线路）的额定电压。在电力系统中，应尽可能地简化电压等级，减少变电层次，以节约投资与降低运行费用。各级额定电压间的级差不宜太小，根据国内外经验，额定电压在ll0kv以下的配电网，电压间级差一般应在3倍以上；额定电压在100kV以上的输电网级差一般应在两倍以上。

2.2用电设备的额定电压。用电设备的额定电压一般允许在其额定电压±5%以内变化，而线路全长的电压损耗一般应不超过额定电压的10%，这样在运行时线路首端电压应比其额定电压高5%，末端电压才可能不低于5%。所以，一般取线路首端和末端电压的平均值（该值规定为电力线路的额定电压）等于用电设备的额定电压来满足上述要求。

2.3发电机的额定电压。发电机是输出电能的设备，接于线路的首端，所以发电机的额定电压应该比所连接的线路的额定电压高5%，例如，线路的额定电压为10kv时，接在线路首端的发电机的额定电压应为10.5kv。对于大型发电机，其额定电压不受线路额定电压等级的限制，一般按技术经济条件确定。

2.4电力变压器的额定电压。电力变压器的额定电压情况稍显复杂些。一方面，当其一次侧接于电力线路或发电机时，它接受电能，相当于用电设备；另一方面，其二次侧对于后向的电力线路用电设备输出电能时，其作用又相当于发电机，故其额定电压可按以下情况进行选择：1）电力变压器一次绕组的额定电压。由于其相当于用电设备，故其额定电压就等于所接部分（发电机或变压器）的额定电压，若它接发电机，则其额定电压应等于发电机的额定电压，即比发电机所接电网的额定电压高5%；若它接电力线路，则其额定电压等于所接线路的额定电压；2）电力变压器二次绕组的额定电压。电力变压器二次侧额定电压即当电力变压器的一次绕组加上额定电压时其二次绕组的开路电压。分两种情况。①若电力变压器二次侧所接电力线路较长时，其二次侧的额定电压应比所接电力线路的额定电压高l0%，其中的5%是用于补偿变压器在满负荷运行时其绕组内部的约5%的电压降，此外变压器满负荷时输出的二次侧电压还要高于电力线路额定电压5%；②当变压器的二次侧所接的电力线路较短时，只需高于所接电力线路额定电压5%，仅用于补偿变压器二次绕组内5%的电压降，而电力线路上的电压降忽略不计。

3.电压偏差和电压调整

3.1电压偏差

电力系统在运行的过程中，由于各种因素的作用，使得电力系统的各元件上的实际电压与其额定电压产生偏差。如果用电设备上的电压偏差在一定的范围内，则电气设备可以正常运行，否则就会对电气设备的正常运行产生严重的影响，甚至无法运行。

电压偏差过大对用电设备及电网的安全稳定和经济运行都会产生极大的危害。例如：①对于用电设备，都是按照设备的额定电压进行设计和制造的。当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能恶化，不仅运行效率降低，很可能会由于过电压或过电流而损坏用电设备。例如电压过低将使照明灯具光适量减少，发光不足而影响人们的视力、降低工作效率，使电热设备的发热量急剧下降，导致生产效率降低；使电动机转差率加大，定子电流显著增加导致绕组温度升高，从而加速绝缘老化，缩短电动机寿命，严重时可能烧毁电动机；使电视机屏幕显示不稳定，图像模糊，甚至无法收看等等。电压过高又会使用电设备寿命大为缩短；②对于电网，运行电压偏低，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系统频率不稳定现象，甚至导致电力系统频率崩溃，造成系统解列。如果电力系统缺乏无功电源，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃。系统电压偏低还将使电网的有功损耗、无功损耗及电压损耗大大增加，影响系统的经济运行。系统运行电压过高又可能使系统中各种电气设备的绝缘受损，使带铁心的设备饱和，产生谐波，并可能引发铁磁谐振，同样威胁电力系统的安全稳定运行。

3.2电压的调整

1）正确选择无载调压型变压器的电压分接头和采用有载调压型变压器。我国工厂供电系统中应用的6—10kv电力变压器，一般为无载调压型的，其高压绕组有5%的分接头，并装设有无载调压分接开关，若用电设备电压偏高，应将分接头开关换接到25%；若用电设备的电压偏低，应将分接开关换接到15%。有载调压型变压器可在负荷的情况下自动地调节电压，保证设备端电压的稳定。

2）合理地减少系统的阻抗。供配电系统中的电压损耗是与系统各元件的阻抗成正比的减少系统的阻抗就会减少电压损耗，从而减少电压的偏差。例如，减少系统的变压级数、适当增大导线、电缆的截面积或用电缆取代架空线路等。但这些措施应进行技术经济的分析才能采用。

3）由于变压器二次绕组的额定电压，是指变压器空载情况下的额定电压。当变压器带负载运行时，其一，二次绕组均有电压降，二次绕组的端电压将低于其额定电压，如按变压器满载时一、二次绕组压降为5%考虑，为使满载时二次绕组端电压仍高出电力网额定电压5%，则必须选变压器二次绕组（如T1、T2）的额定电压比电力网额定电压高出10%。

4）由于电力网中各点电压是不同的，而且随着负荷及运行方式的变化，电力网各点的电压也要变化，为了保证电力网各点的电压在各种情况下均符合要求，变压器均有用以改变变压比的若干分接头的绕组（一般为高、中压绕组）。适当地选择变压器的分接头，可调整变压器的出口电压，使用电设备处的电压能够接近它的额定值。