第一章 電力生產安全目標及安全體系

第一節 電力系統額定電壓及電能質量

一、額定電壓

我國規定的電力網和電力設備的額定電壓如表1-1所示。電力線路的正常工作電壓應與所接電力設備的額定電壓相等。

但是，從設備制造和運行管理的角度考慮，為保證設備生產的系列性和運行的安全可靠性，不應任意確定線路電壓，甚至系統中規定的標準電壓等級過多也不利于電力工業的發展?？紤]到我國現有的實際情況和進一步的發展，我國國家標準規定的標準化等級（又稱額定電壓）如表1-2所示。

我國電力系統的輸電電壓等級，除西北電網為330/220/110kV系列外，其他都采用500/220/110kV系列。超高壓500kV系統主要用于大電力長距離輸送和跨省聯絡線，并正在逐步形成跨省互聯的骨干網絡；超高壓220kV主要形成大輸電網的主干網架；110kV既用于中、小系統的主干線，也用于大電力系統的二次網絡；城市配電網目前主要采用10kV電壓，但隨著城市電力需求的增長，配電網的電壓升高，形成110kV配電網。這種劃分不是絕對的，要根據具體情況，經過論證分析后決定。圖1-1給出了電力系統電壓分層示意圖。

從表1-1可以看出：

（1）用電設備的額定電壓必須與線路的額定電壓相等。一般工廠低壓配電電壓，通常為380/220V。

（2）發電機的額定電壓高于線路額定電壓5%。這是由于電力線路一般允許的電壓偏移是±5%，即整個線路允許10%的電壓降。為了維持線路的平均電壓在額定值，所以線路首端，也就是發電機的電壓應較線路額定電壓高5%，而線路末端的電壓則可較線路額定電壓低5%。

（3）電力變壓器一次繞組的額定電壓，有的高于線路額定電壓5%，有的則與線路額定電壓相同。升壓變壓器因直接與發電機相連，這時它的一次繞組額定電壓應與發電機額定電壓相同，即高于同級線路額定電壓5%。當變壓器不與發電機相連，而是連接在線路上時，這時可把它看成是線路的用電設備。因此，其一次繞組額定電壓應與線路額定電壓相同。

（4）電力變壓器二次繞組的額定電壓，有的高于線路額定電壓10%，有的僅高于線路額定電壓5%。這是因為變壓器二次繞組的額定電壓是指空載時的電壓（一次繞組在額定電壓下），而變壓器在滿載時，它的繞組內有大約5%的阻抗電壓。因此，如果變壓器二次側的供電線路比較長（如35kV以上的高壓電網），則變壓器二次繞組的額定電壓就要比線路額定電壓高10%。其中，一方面要考慮補償變壓器內部5%的阻抗壓降，另一方面要考慮補償線路上5%的壓降。降壓變壓器二次側如果供電線路不太長（如為低壓電網或直接供電給用電設備），則變壓器二次繞組的額定電壓只需高于線路額定電壓5%，僅考慮補償變壓器內部壓降。

二、電力系統供電質量標準

由于電能和其他能量之間轉換方便，宜于大量生產、集中管理、遠距離輸送，電能在國民經濟各部門和人民生活中用得越來越廣泛，人們對電的需求和依賴程度越來越高，電力部門已成為社會正常生產活動和人們生活必需的最基礎的部門之一。因此，電能質量將直接影響到國民經濟各部門和人們的生活。

電力系統向用戶供電的質量好壞，一般可以由以下三個指標表示：

（1）電力連續不斷供應的程度。

（2）電壓維持在規定值的程度。

（3）頻率維持在規定值的程度。

電力連續不斷的供應是電力用戶的一個最基本的要求。供電的突然中斷將使生產停頓，生活混亂，甚至危及設備及人身安全。它給國民經濟帶來的損失大于電力系統本身的損失。因此，在電力系統運行中應采取必要的措施，保證持續供電。

具體規定上述指標時，應以用戶受益最大為原則。從用戶的角度來看，供電質量越高越好。但是供電質量的提高往往伴隨著電力系統設備投資的增大，其結果是電力成本將增加。這又會受到資金限制，并使用戶的電費負擔更重。實際采用的方法是適當協調用戶受益和電力設備投資及電費負擔之間的關系，規定一個可以接受的范圍。衡量供電質量的三項指標必須保持在這一規定范圍之內。

電壓、頻率和波形是衡量電力系統電能質量的三個重要參數。

（一）頻率標準

大多數國家電力系統的額定頻率是50Hz，頻率的允許偏差規定為±0.1～0.5Hz。我國電力系統額定頻率是50Hz，規定的容許偏差是：電網容量在3×106kW及以上者，為±0.2Hz；電網容量在3×106kW以下者，為±0.5Hz。

要求系統頻率的偏差值較小，就需隨時保持發電廠有功功率和用戶有功負荷的平衡。要滿足這個條件，電力系統應具有一定的備用容量。

（二）電壓質量

電力網的電壓變動幅度不應超過：

（1）35kV及以上供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的±5%。

（2）10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的±7%。

（3）低壓照明用戶為額定電壓的＋5%～-10%。

所謂電壓變動幅度是指實際電壓偏移額定值的大小，一般用相對值表示為：

式中 ΔU——實際電壓偏移額定電壓的數值；

UN——額定電壓；

U2——實際工作電壓。

電壓偏離額定值的原因，是由于當負荷電流通過線路、變壓器時將產生電壓損失，因而使線路的受端電壓較送端電壓低一定的數值（如10%）。一般情況下，離電源越近，負荷越小的用戶，電壓降越?。环粗妷航翟酱?。同一用戶的電壓，由于用電方式不同，也將隨時間不斷地變化。因此，有的用戶電壓合格，有的用戶電壓不合格；同一用戶的電壓也有時合格，有時不合格。就用戶有功和無功負荷對電壓的影響來看，無功負荷在電網中形成的電流流經各級送電設備時，會產生較大的電壓降，因而電網中需要就地供給無功功率的電源（補償電容器或調相機）和帶負載調壓的設備。

提高電壓質量的措施有以下幾種：

（1）為了保持電力系統無功功率和無功負荷平衡，以維持系統的正常電壓并減少線損，應裝設必要數量的無功補償設備，即電容器和調相機。

（2）提高用戶的功率因數（力率）。高壓供電的工業用戶應保持其力率在0.9以上，其他用戶應保持在0.85以上，并盡量減少無功消耗，發揮用戶無功補償設備的潛力。必要時，由用戶裝設適當數量的電容器。

（3）采用帶負荷調壓變壓器。根據系統的具體條件，在大容量及重要的變電所中，要采用帶負荷調壓的變壓器。

（4）裝設必要數量的電抗器。

（5）裝設靜止無功補償器。

（三）三相電壓允許不平衡度指標

根據國標《電能質量 三相電壓允許不平衡度》規定，三相電壓允許不平衡度為：

（1）電力系統公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%。電氣設備額定工況的電壓允許不平衡度和負序電流允許值仍由各自標準規定，例如旋轉電機按國標《旋轉電機基本技術要求》規定。

（2）接于公共接點的每個用戶，引起該點正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%，根據連接點的負荷狀況，鄰近發電機、繼電保護和自動裝置安全運行要求，可作適當變動，但必須滿足第（1）條規定。

（四）電壓波動和閃變允許值指標

根據GB12326—90《電能質量 電壓允許波動和閃變》規定，電壓允許波動和閃變值如表1-3和表1-4所示。

電力系統公共供電點，由沖擊負荷產生的電壓波動允許值見表1-3。

電力系統公共供電點，由沖擊功率負荷產生的閃變電壓值應滿足ΔU10或ΔUt的允許值（ΔUt值略）。

（五）公用電網諧波指標

根據GBT14549—93《電能質量 公用電網諧波》規定，公用電網諧波的允許值如表1-5和1-6所示。