62電能質(zhì)量要求及電壓選擇原則

6.2電能質(zhì)量要求及電壓選擇原則6.2.1供電電壓確定原則及各級電壓輸送能力啊6.2.1.1供電電壓確定原則（1） 用電單位的供電電壓應(yīng)根據(jù)用電容量，用電設(shè)備特性、供電距離、供電線路的回路數(shù)、當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)一狀及其發(fā)展規(guī)劃等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。（2） 當(dāng)供電電壓為35kV及以上時，用電單位的一級配電電壓應(yīng)采用10kV；當(dāng)6kV用電設(shè)備的總?cè)萘枯^大，選用6kV經(jīng)濟合理時，宜采用6kV。低壓配電電壓應(yīng)采用220/380V。（3） 當(dāng)供電電壓為35kV，能減少配變電級數(shù)，簡化接線及技術(shù)經(jīng)濟合理時，配電電壓宜采用35kV。6.2.1.2各級電壓輸送能力見表6-2-16.2.2電能質(zhì)量要求㈣6.2.2.1概述（1）電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量是指電壓、頻率和波形的質(zhì)量。電能質(zhì)量主要指標(biāo)包括電壓偏差、電壓波動和閃變、頻率偏差、諧波（電壓諧波畸變率和諧波電流含有率）和電壓不對稱度。此外還考慮了電動機啟動時的電壓下降。表6-2-1各級電壓線路輸送能力額定電壓（kV）架空線電纜送電容量（kW）輸送距離（km）送電容量（kW）輸送距離（km）0.22<500.15<1000.20.381000.251750.350.661700.43000.63100~10003~16200010~33000<810300015~55000<10352000~800050~20663500~20000100~2511010000?30000150~50供電頻率偏差允許值為±0.2Hz，電網(wǎng)容量在3000MW以下者為±0.5Hz。頻率值通常由系統(tǒng)決定，除特別要求采用不間斷供電裝置局部穩(wěn)頻外，在配電設(shè)計時，一般不必采取穩(wěn)頻措施。電壓不對稱度及其矯正較復(fù)雜，本文只列設(shè)計低壓配電系統(tǒng)時常用的簡易矯正措施。（2）引起電壓偏差、電壓波動和閃變以及電壓下降的根本原因，都是由網(wǎng)絡(luò)中電流通過阻抗元件而造成的電壓損失，主要是線路和變壓器的電壓損失。在串聯(lián)電路中，阻抗元件兩端電壓相量的幾何變稱為電壓

降。圖6-2-1為阻抗串聯(lián)電路，AD間的電壓降為AU=U-U=D）AAD圖6-2-1阻抗串聯(lián)電路及電壓損失（a）阻抗串聯(lián)電路；（b）相量圖電壓損失是指串聯(lián)電路中阻抗元件兩端電壓的代數(shù)差，如圖6-2-1（b）中AD間的電壓損失為AU=Ua-Ud=DF在工程計算中，電壓損失取為電壓降的橫向分量DE，而誤差EF忽略不計，即AU=DE='(RC0S中+Xsin們,歡AU=DE='(RC0S中+Xsin們,歡(6-2-1)1000通常用相對于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即v31(Rcos9+Xsin甲)x100%=1000Unv'31(Rcos9+Xsin9)%10U °n(6-2-2)式中Un——AD段所在系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓，kV；I——負荷電流，A；cos9一——負荷的功率因數(shù)；R、X——阻抗元件的電阻和電抗（感抗），Q。（3）線路電壓損失按下式計算:三相平衡負荷線路山〃， ， 〕Au= (R'cos9+X'sin9)=IlAu10U an >Au= (R'+Xtg9)=PlAu10U2 pn(6-2-3)線電壓的單相負荷線路2Il, ,Au= (R'cos9+X'sin9)=1.15IlAu10Un2Pl, ,Au= (R'+X'tg9)=2PlAu10U2 pn(6-2-4)相電壓的單相負荷線路=2IIA=2IIAu(6-2-5)Au= (Rcos9+Xsin9)10UnAu仰6PlAup以上式中Au——線路電壓損失，%；系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV；I——負荷電流，A；cos甲———負荷功率因數(shù);P——負荷的有功功率，kW；l 線路長度，km；R'、X 三相線路單位長度的電阻和電抗，Qkm；Aua——三相線路單位電流長度的電壓損失，%/(A?km)；Aup——三相線路單位功率長度的電壓損失，%/(kW?km)；變壓器的電壓損失按下式計算：Au^Au^=P(ucos9+usin9)=Pu+Qu%S

rT(6-2-6)式中St——變壓器的額定容量，kVA；-變壓器阻抗電壓的有功分量，％，ua=100APT；rT變壓器阻抗電壓的無功分量，%，ur=如；-〃；；變壓器的阻抗電壓，%；APt——變壓器的短路損耗，kW；P——變壓器的負荷率，即實際負荷與額定容量st的比值;cos9——負荷的功率因數(shù)；P——三相負荷的有功功率，kW；Q——三相負荷的無功功率，kvar。在不同功率因數(shù)下，滿負荷的10(6)/0.4kV變壓器的電壓損失見表6-2-2。當(dāng)為其他負荷率時可用此表數(shù)據(jù)按比例計算，當(dāng)功率因數(shù)低于0.5時，電壓損失可按下式估算:△u^。u (6-2-7)表6-2-2在不同功率因數(shù)下滿負荷時10(6)/0.4kV變壓器的電壓損失 %cos中SL7和S7型變壓器容量(kVA)20025031540050063080010001250160011.71.61.51.51.41.31.21.21.110.952.72.72.62.52.52.62.52.52.42.30.9301332.92.9332.92.92.80.83.53.53.43.43.43.63.63.53.53.50.73.83.73.73.73.6443.93.93.90.63.93.93.93.93.84.24.24.24.24.10.544443.94.44.44.44.34.3注SL7和S7型變壓器的阻抗電壓為4.5%；但容量不大于500kVA的為4%。6.2.2.2電壓偏差基本概念。電壓偏差是供配電系統(tǒng)在正常運行方式下(即系統(tǒng)中所有元件都按預(yù)定工況運行)，系統(tǒng)各點的實際電壓U對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓Un的偏差5U，常用相對于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即5=——nx100% (6-2-8)UUn電壓偏差允許值。用電設(shè)備端子電壓偏差允許值。用電設(shè)備端子電壓實際值偏差額定值時，其性能將直接受到影響，影響的程度視電壓偏差的大小而定，參看表6-2-3。根據(jù)設(shè)備制造和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的綜合考慮，制訂用電設(shè)備端子的電壓偏差允許值還應(yīng)考慮到設(shè)備的某些具體運行狀況，例如對于不常使用的用電設(shè)備、使用時間短暫且次數(shù)很少的用電設(shè)備以及少數(shù)遠離變電所的用電設(shè)備等，其電壓偏差允許范圍可以適當(dāng)放寬，以免過多地增加線路投資。某些用電設(shè)備，例如電阻焊機，當(dāng)電壓正偏差過大時，將使焊接處熱量過多而造成焊件過熔，其負偏差過大時會使焊接熱量不夠而造成虛焊。又如電子計算機，若電壓超過產(chǎn)品規(guī)定的允許值將影響運算的精確度，因此這些設(shè)備往往帶有專用穩(wěn)壓電源裝置，這時對網(wǎng)絡(luò)電壓偏差的要求可適當(dāng)放寬。在配電設(shè)計中，用電設(shè)備端子的電壓偏差不應(yīng)超過表6-2-4的允許值。表6-2-3端子電壓偏差對常用電氣設(shè)備特性的影響名稱與電壓U的關(guān)系電壓偏差值

-10%+10%異步電動機起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩U2-19%+21%滑差率U-2+23%+17%啟動電流U-10%?12%+10%?12%滿載電流①+11%-7%滿載溫升①+6%~7%-3%?4%同步電動機②匕巳止n部面相加/n好沽，目一P好常數(shù)U不變-10%不變+10%與異步電動機1相似，I旦轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩（拖出轉(zhuǎn)矩）電熱設(shè)備③輸出熱能U2-19%+21%白熾燈光通量AU3-6-32%+39%使用壽命④AU-14+330%-70%氣體放電燈④熒光燈光通量AU2-20%+22%熒光燈使用壽命④-35%-20%高壓水銀熒光燈通量-27%+30%金屬鹵化物燈光通量AU3-27%+30%高壓鈉燈光通量AU3-37%+50%數(shù)據(jù)僅供參考，其值因設(shè)計和制造而異。如果采用晶閘管礪磁，且其交流側(cè)電源是與同步電動機共用的，則其最大轉(zhuǎn)矩將與端子電壓的平方成正比變化。電壓長期偏高將使電熱元件壽命縮短。燈泡、燈管的使用壽命是指其在光效下降到初始值的70%時的燃用時間。氣體放電燈在電壓過高或過低都會縮短使用壽命，電壓過低時啟輝困難，電壓過高時鎮(zhèn)流器將過熱而縮短壽命。表6-2-4用電設(shè)備端子電壓偏差允許值

名稱電壓偏差允許值（%）名稱電壓偏差允許值（%）電動機照明燈正常情況下+5~-5視覺要求較高的場所+5~-2.5特殊情況下+5~-10一般工作場所+5~-5事故照明、道路照明、警衛(wèi)照明+5~-10其他用電設(shè)備無特殊規(guī)定時+5~-52）供電電壓允許偏差。根據(jù)GB12325《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》規(guī)定的供電電壓偏差允許值列于表6-2-5中。表6-2-5供電部門與用戶產(chǎn)權(quán)分界處的供電電壓偏差允許值系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）供電電壓偏差允許值（%）335正、負偏差絕對值之和①<10<10三相±7-0.22單相相電壓+7，-10注1.供電電壓偏差允許值是電力系統(tǒng)在正常運行條件（指電力系統(tǒng)中所有元件都按預(yù)定工況運行）下，供電電壓對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差，不適用于瞬態(tài)和非正常運行情況。用電設(shè)備額定工況的電壓偏差允許值仍由各自標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，例如旋轉(zhuǎn)電機按GB755《旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對電壓有特殊要求的用戶，供電電壓偏差允許值由供用電協(xié)議確定。①如供電電壓偏差確立為正偏差或均為偏差時，按較大的偏差絕對值作為衡量依據(jù)。（3）線路電壓損失允許值。在配電設(shè)計中，應(yīng)按照用電設(shè)備端子電壓偏差允許值的要求和變壓器高壓側(cè)電壓偏差的具體情況，確定線路電壓損失允許值。當(dāng)缺乏計算資料時，線路電壓損失允許值可參考表6-2-6。變壓器高壓側(cè)為恒定系統(tǒng)標(biāo)稱電壓時，低壓側(cè)線路允許電壓損失計算值見表6-2-7。表6-2-6線路電壓損失允許值名稱允許電壓損失（%）從配電變壓器二次側(cè)母線算起的低壓線路5從配電變壓器二次側(cè)母線算起的供給有照明負荷的低壓線路3~5

從110(35)/10(6)kV變壓器二次側(cè)母線算起的10(6)kV5表6-2-7變壓器高壓側(cè)為恒定額定電壓時，低壓側(cè)線路允許電壓損失計算值① %負荷cos(PSL7和S7型變壓器容量(kVA)率200250315400、5006308001000、160012501.01888.58.58.58.58.590.957777.577.57.57.50.96.577777770.86.56.56.56.5666.56.50.7666666660.6?0.566665.55.55.55.50.818.58.5990.957.587.580.97.57.57.57.50.877770.7776.56.50.6?0.56.56.56.56.5①本表按用電設(shè)備允許電壓偏差為±5%，變壓器空載電壓比低壓系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高5%(相當(dāng)于變壓器高壓側(cè)為恒定額定電壓)進行計算，將允許總的電壓損失10%扣除變壓器電壓損失(見表6-2-2)，即得本表數(shù)據(jù)。當(dāng)照明允許電壓偏差為+5%?2.5%時，應(yīng)按本表數(shù)據(jù)減少2.5%。改善電壓偏差的主要措施。1)合理選擇變壓器的變壓比和電壓分接頭。選擇分接頭的目的是通過改變變壓器的變壓比，使最大負荷引起的電壓負偏差與最小負荷引起的電壓正偏差得到調(diào)整，使之保持在各自的合理范圍內(nèi)，但不能縮小正負偏差之間的范圍，變壓器分接頭與二次空載電壓和電壓提升的關(guān)系見表6-2-8。表6-2-8變壓器分接頭與二次空載電壓和電壓提升的關(guān)系10(6)±5%/0.4kV變壓器分接頭+5%0-5%變壓器二次空載電壓①(V)380400420電壓提升①0+5%+10%①變壓器一次端子電壓為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱電壓10（6）kV時。2） 合理減少配電系統(tǒng)阻抗。例如盡量縮短線路長度，采用電纜代替架空線，加大電纜或?qū)Ь€的截面等。3） 合理補償無功功率。a）調(diào)整并聯(lián)補償電容器組的接入容量。投入電容器后線路及變壓器電壓損失減少的數(shù)據(jù)，可查表6-2-9或按以下兩式估算：表6-2-9投入電容器后電壓損失減少的數(shù)據(jù)供電元件SL7和S7型變壓器每公里架空線路每公里電纜線路容量（kVA）電壓（kV）電壓（kV）315500630800100012500.386100.38610投入100kvar電容器后電壓提高值（%）1.270.80.710.560.450.36280.110.045.50.0220.008電壓提高1%需投入電容器容量（kvar）791251401782222783.6900250018450012500線路Au%△Q一當(dāng)一x100% (6-2-9)1 °1000U2n變壓器Au,AQ—% （6-2-10）rT式中AQc——并聯(lián)電容器的投入容量，kvar；X1 線路的電抗，QUn——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV；St——變壓器的額定容量，kVA；ut——變壓器的阻抗電壓，％。電網(wǎng)電壓過高時往往也是電力用戶負荷較低、功率因數(shù)偏高的時候，適時減少電容器組的投入容量，能同時起到合理補償無功功率和調(diào)整電壓偏差水平的作用。如果采用的是低壓電容器，調(diào)壓效果將更顯著，應(yīng)盡量采用按功率因數(shù)或電壓調(diào)整的自動裝置。

b）調(diào)整同步電動機的礪磁電流。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整同步電動機的礪磁電流，使其超前或滯后運行，就能產(chǎn)生或消耗無功功率，從而達到改變網(wǎng)絡(luò)負荷的功率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差的目的。4） 盡量使三相負荷平均。5） 改變配電系統(tǒng)運行方式。如切、合聯(lián)絡(luò)線或?qū)⒆儔浩鞣?、并列運行，借助改變配電系統(tǒng)的阻抗，調(diào)整電壓偏差。6） 采用有載調(diào)壓變壓器。a） 35kV以上電壓的降壓變電所中的主變壓器直接向35Kv、10（6）kV電網(wǎng)送電時，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器，并宜實行逆調(diào)壓，逆調(diào)壓的范圍宜為額定電壓的0?±5%。b） 少數(shù)用電單位因其負荷曲線特殊或距集中有載調(diào)壓的110kV及以上地區(qū)變電所過遠等原因，35kV降壓變電所的主變壓器，在電壓偏差還不能滿足電壓質(zhì)量要求時，應(yīng)用有載調(diào)壓變壓器。c） 10（6）kV配電變壓器不宜采用有載調(diào)壓變壓器，但在當(dāng)?shù)?0（6）kV電源電壓偏差不能滿足要求，且用電單位有對電壓要求嚴(yán)格的設(shè)備，單獨設(shè)置調(diào)壓裝置技術(shù)經(jīng)濟又不合理時，亦可采用10（6）kV有載調(diào)壓變壓器。6.2.2.3電壓波動和閃變（1）基本概念。1）電壓波動是指電壓的快速變化。沖擊性功率的負荷（生產(chǎn)過程中周期性地從電網(wǎng)取用快速變動功率的負荷，例如煉鋼電弧爐、軋機、電弧焊機等）引起連續(xù)的電壓變動或電壓幅值包絡(luò)線的周期性變動，其變動過程中相繼出現(xiàn)的電壓有效值的最大值umix與最小值U血之差稱為電壓波動，常用相對值（與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓Un的比值）或百分?jǐn)?shù)表示，即TOC\o"1-5"\h\zu=—max mln I_fU 、或 n [ （6-2-11）u= "血x100%tUn ）變化速度不低于0.2%/s的電壓變化為電壓波動。電壓波動時的電壓水平通常是指最低電壓，常用相對值（與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的比值）或百分?jǐn)?shù)表示，即U

—U

—minUnx100%2）閃變是指照度波動的影響，是人眼對燈閃的生理感覺。閃變電壓是沖擊性功率負荷造成供配電系統(tǒng)的波動頻率大于0.01Hz的閃變的電壓波動。閃變電壓限值△uf2）眼對波動頻率為10Hz的電壓波動值最為敏感，因此可將不同電壓波動頻率f的閃變電壓1min平均值△七1，按式（6-2-12）折合成等效10Hz閃變電壓值A(chǔ)u10，以系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即IAu10=寸￡（afAuf1） 公共供電點（電力系統(tǒng)中兩個或更多用戶的連接處）由沖擊性功率負荷產(chǎn)生的電壓波動允許值見表6-2-12。 電弧爐引起的配電母線電壓波動值如能滿足表6-2 公共供電點（電力系統(tǒng)中兩個或更多用戶的連接處）由沖擊性功率負荷產(chǎn)生的電壓波動允許值見表6-2-12。 電弧爐引起的配電母線電壓波動值如能滿足表6-2-11中配電母線電壓波動允許值，一般認(rèn)為能滿足公共供電點的電壓波動和閃變電壓允許值。式中af——閃變視感度系數(shù)，即人眼對不同頻率f的電壓波動而引起閃變的敏感系數(shù)，其值查表6-2-10。表6-2-10閃變視感度系數(shù):Hz)0.010.050.10.513510152030a^0.0260.0550.0750.1690.260.5630.781.00.8450.6550.357（2）電壓波動和閃變電壓允許值。1）用電設(shè)備及配電母線電壓波動允許值見表6-2-11。三相電弧爐工作短路時，如能滿足配電母線電壓波動允許值，則也