农村电力网电压调整voltage regulation in rural electric power network

保证各节点的电压水平，使电压偏移在允许范围内的技术措施。以利于用电设备充分发挥其技术经济性能。用户的允许电压偏移以额定电压的百分值表示，随电压高低及用户性质而异。在中国，35千伏及以上为±5%,10千伏及以下为±7%，低压照明为+5%～-7%；农业用户照明为+5%～-10%，动力为±7%。电网运行中各节点电压随系统参数、运行方式及负荷的变动而改变。故需采取调压措施对中枢点电压进行监视与控制。
常用的调压方式有：❶逆调压方式，在最大负荷时，电压调整比额定值高5%，最小负荷时电压等于额定值。这种调压方式适用于供电线长，负荷变动较大的中枢点。
❷顺调压方式，在最大负荷时，一般调整比额定值高2.5%，最小负荷时，电压调整比额定值高7.5%。这种调压方式适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点。
❸常调压方式，在任何负荷下都保持电压恒定(如高于额定值5%)的一种调压方式。为了保证用户电压质量和降低线损，220千伏及以下电力网的电压调整，以实施逆调压方式为宜。
调压方法 常用改变发电极端电压、改变变压器变比等方法。
改变发电机端电压调压 对于由小型水电站、火电站或其他能源发电所构成的孤立农村电网，可通过调节发电机的励磁电流，调整发电机的端电压实现逆调压。这种方法无需增添设备与投资，操作简便，广泛用于农村孤立网。
改变变压器变比调压 改变变压器绕组的分接头（即改变变比）进行电压调整。双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组一般都有若干个分接头，其中对应于额定电压的分接头称为主接头。调压方式有两种，一种是无励磁调压方式，其接线原理如图1所示，调压时由分接选择开关将变压器的部分绕组切除(图中X₂、Y₂、Z₂被旋臂接通时，绕组的X₁、Y₁、Z₁即被切除)，达到调压目的。另外一种是有载调压方式，其接线原理如图2所示，调压时由分接选择开关经两旋臂所接的电阻，将变压器的部分绕组短接，满足调压要求。前者变压器部分被切除的绕组，经开关的旋臂使之与出绕组切除电的联系，所以称之为“无励磁”调压方式。以此两种调压方式实施调压时，变压器的调压范围见表。

图1 10千伏三相无励磁分接开关接线原理

图2 有载分接开关接线原理

电力变压器的调压范围

方 式	额定电压 （千伏）	调压范围 (%)	分接间隔 (%)	级数
无励磁 调 压	6～63❶ 35～220 ❷	±5 ±2×2.5	5 2.5	3 5
有 载	6～10 35	±4×2.5 ±3×2.5	2.5 2.5	9 7
调 压	63～220	±8×1.25	1.25	17

注：❶35千伏是6300千伏安及以下，63千伏是6300千伏安以下；
❷35千伏是6300千伏安以上，63千伏是6300千伏安及以上。

选择分接头电压时，须先根据低压侧调压要求及变压器原、副边绕组间的关系，分别计算降压变压器高压绕组于最大负荷时及最小负荷时的分接头电压U_fzd和U_fzx:

式中 U_1zd、U_1zx分别为最大、最小负荷时高压母线实际电压（千伏）;U_bzd、△U_bzx为最大、最小负荷时归算到高压侧的变压器损耗；U_2zd、U_2zx分别为最大、最小负荷时低压母线要求的实际电压（千伏）;U_e为变压器低压绕组的额定电压（千伏）。
对于有载调压的变压器，可根据计算所得的U_fzd、U_fzx分别选择最邻近的分接头。对于无载调压的变压器，须兼顾最大、最小负荷的调压要求，U_f应取U_fzd和U_fzx的平均值。根据U_f的计算值，选择变压器最邻近的分接头，然后根据选定的分接头，校核低压母线的实际电压偏移是否在允许范围内，如果不满足调压要求而系统无功备用充足时，可采用有载调压变压器。有载调压变压器可以带负荷调节，分接头数目较多、间距小、操作方便，应用较广泛。但存在造价较高，分接开关不适宜频繁调节等缺陷。110千伏及以下的电力网，直接向10千伏配电网供电的降压变压器宜选用有载调压型。若仅一级调压，尚不能满足电压控制要求，可在其电源侧的各级降压变压器中，再采用一级有载调压。对新建变电站可选用有载调压变压器，对已运行的主变压器，以加装调压变压器为宜。
自动电压调整 采用有自动调整电压功能的自耦变压器进行调压。如变压器的变比为10:1，一次绕组并联接入系统，利用与二次绕组（串联绕组）电压相加或相减，使二次绕组具有10%升压或降压的输出电压。在自动电压调整器的控制回路中，串有电阻和电抗元件，用以模拟调压器安装处至负荷之间线路的电阻和电抗，并联接入调压器负荷一侧，形成电压降补偿回路，当负荷波动时可保持系统电压不变。自动电压调整器不但可有载调压，且可随实际负荷的变动而自动进行调整，属于独立装置，可串联在10千伏母线与主变压器之间，也可串联在配电线路中使用，安装灵活，是农村配电网采用较广的调压措施。实践表明，农村电网采用自动电压调整器，对变电站母线电压或某一负荷点的电压进行调整的运行方式是比较经济的。
电容补偿调压 有并联电容补偿与串联电容补偿两种方式。
并联电容补偿： 利用并联电容向用电设备提供无功功率，使供电线路的电流减小，降低线路的电压降。不仅改善受端电压，且可降低线损，提高配电容量。按提高电压要求的补偿容量Q_c，可近似由下式确定：

式中 △U为受端电压要求的升高值（千伏）;U为线路末端电压（千伏）;x为供电线路电抗（欧）。采用并联电容补偿提高电压的幅度是有限的，一般为3～5%，超过这个限度将使补偿度过高并不经济。由于线路电压降随负荷而改变，按最大负荷所确定的电容器容量，当轻载时必然会形成超前电流，使受端电压升高。为此需要根据负荷变动及时调整并联电容器的投入容量。
串联电容补偿： 利用串联电容器的容抗补偿线路感抗，减少线路电压降实现调压。根据调压要求，串联电容器的容抗X_c（欧）与容量Q_c（兆乏）按下式近似确定：

式中 U_e为线路额定电压（千伏）;Q为线路无功功率（兆乏）;△U为线路电压降的降低值（千伏）;I_czd为通过电容器的最大工作电流（安）。接入每相的补偿电容是由m组并联，每组再由n个电容器相串联构成。m、n应满足下列关系式：

式中 U_ec、I_ec分别为每个电容器的额定电压（千伏）及额定电流（安）。
于是串联电容器的安装总容量Q_c为：

Q_c＝3mnQ_ec

式中 Q_ec为每个电容器的额定容量（千乏）。
农村配电线路上一般有多处分支线，电容器安装地点的选择，应使线路电压分布尽量均匀，并使各负荷点的电压变化在允许范围之内。一般情况下，如果线路始端电压变化不大，而又不希望沿线各点电压高于始端时，将串联电容装设在线路总电压降的1/2处为宜。选择相应的补偿容量使其投入后，该点电压升高到始端电压，这样可使线路末端电压降减少一半，沿线路各点的电压质量均有所改善。如果允许沿线各点电压比线路始端电压高，则可将补偿2/3电压降的电容器装在线路总电压降的1/3处，可使沿线各点电压与始端电压之间偏移为最小。经理论分析表明： 串联补偿电容器安装在线路全长的1/3至2/3处为最合理。但考虑到节约投资与便于维护，一般应与邻近的中间变电站合建。
当负荷功率因数较低时，线路上串联电容器调压效果较显著。由于串联电容器可随负荷变化补偿线路电压降，对抑制电压波动，防止电压闪变有明显的优越性，适用于向轧钢机、卷扬机、电气化牵引等冲击负荷供电的线路。但应注意防止发生受电端异步电动机自激，即由电容和电感构成的谐振现象。因此对于带有冲击负荷或负荷波动、不平衡较严重的工矿企业，宜采用静止补偿器（见农村电力网无功补偿）。