第一章 电力生产安全目标及安全体系

第一节 电力系统额定电压及电能质量

一、额定电压

我国规定的电力网和电力设备的额定电压如表1-1所示。电力线路的正常工作电压应与所接电力设备的额定电压相等。

但是，从设备制造和运行管理的角度考虑，为保证设备生产的系列性和运行的安全可靠性，不应任意确定线路电压，甚至系统中规定的标准电压等级过多也不利于电力工业的发展。考虑到我国现有的实际情况和进一步的发展，我国国家标准规定的标准化等级（又称额定电压）如表1-2所示。

我国电力系统的输电电压等级，除西北电网为330/220/110kV系列外，其他都采用500/220/110kV系列。超高压500kV系统主要用于大电力长距离输送和跨省联络线，并正在逐步形成跨省互联的骨干网络；超高压220kV主要形成大输电网的主干网架；110kV既用于中、小系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络；城市配电网目前主要采用10kV电压，但随着城市电力需求的增长，配电网的电压升高，形成110kV配电网。这种划分不是绝对的，要根据具体情况，经过论证分析后决定。图1-1给出了电力系统电压分层示意图。

从表1-1可以看出：

（1）用电设备的额定电压必须与线路的额定电压相等。一般工厂低压配电电压，通常为380/220V。

（2）发电机的额定电压高于线路额定电压5%。这是由于电力线路一般允许的电压偏移是±5%，即整个线路允许10%的电压降。为了维持线路的平均电压在额定值，所以线路首端，也就是发电机的电压应较线路额定电压高5%，而线路末端的电压则可较线路额定电压低5%。

（3）电力变压器一次绕组的额定电压，有的高于线路额定电压5%，有的则与线路额定电压相同。升压变压器因直接与发电机相连，这时它的一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级线路额定电压5%。当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上时，这时可把它看成是线路的用电设备。因此，其一次绕组额定电压应与线路额定电压相同。

（4）电力变压器二次绕组的额定电压，有的高于线路额定电压10%，有的仅高于线路额定电压5%。这是因为变压器二次绕组的额定电压是指空载时的电压（一次绕组在额定电压下），而变压器在满载时，它的绕组内有大约5%的阻抗电压。因此，如果变压器二次侧的供电线路比较长（如35kV以上的高压电网），则变压器二次绕组的额定电压就要比线路额定电压高10%。其中，一方面要考虑补偿变压器内部5%的阻抗压降，另一方面要考虑补偿线路上5%的压降。降压变压器二次侧如果供电线路不太长（如为低压电网或直接供电给用电设备），则变压器二次绕组的额定电压只需高于线路额定电压5%，仅考虑补偿变压器内部压降。

二、电力系统供电质量标准

由于电能和其他能量之间转换方便，宜于大量生产、集中管理、远距离输送，电能在国民经济各部门和人民生活中用得越来越广泛，人们对电的需求和依赖程度越来越高，电力部门已成为社会正常生产活动和人们生活必需的最基础的部门之一。因此，电能质量将直接影响到国民经济各部门和人们的生活。

电力系统向用户供电的质量好坏，一般可以由以下三个指标表示：

（1）电力连续不断供应的程度。

（2）电压维持在规定值的程度。

（3）频率维持在规定值的程度。

电力连续不断的供应是电力用户的一个最基本的要求。供电的突然中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及设备及人身安全。它给国民经济带来的损失大于电力系统本身的损失。因此，在电力系统运行中应采取必要的措施，保证持续供电。

具体规定上述指标时，应以用户受益最大为原则。从用户的角度来看，供电质量越高越好。但是供电质量的提高往往伴随着电力系统设备投资的增大，其结果是电力成本将增加。这又会受到资金限制，并使用户的电费负担更重。实际采用的方法是适当协调用户受益和电力设备投资及电费负担之间的关系，规定一个可以接受的范围。衡量供电质量的三项指标必须保持在这一规定范围之内。

电压、频率和波形是衡量电力系统电能质量的三个重要参数。

（一）频率标准

大多数国家电力系统的额定频率是50Hz，频率的允许偏差规定为±0.1～0.5Hz。我国电力系统额定频率是50Hz，规定的容许偏差是：电网容量在3×106kW及以上者，为±0.2Hz；电网容量在3×106kW以下者，为±0.5Hz。

要求系统频率的偏差值较小，就需随时保持发电厂有功功率和用户有功负荷的平衡。要满足这个条件，电力系统应具有一定的备用容量。

（二）电压质量

电力网的电压变动幅度不应超过：

（1）35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的±5%。

（2）10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的±7%。

（3）低压照明用户为额定电压的＋5%～-10%。

所谓电压变动幅度是指实际电压偏移额定值的大小，一般用相对值表示为：

式中 ΔU——实际电压偏移额定电压的数值；

UN——额定电压；

U2——实际工作电压。

电压偏离额定值的原因，是由于当负荷电流通过线路、变压器时将产生电压损失，因而使线路的受端电压较送端电压低一定的数值（如10%）。一般情况下，离电源越近，负荷越小的用户，电压降越小；反之，电压降越大。同一用户的电压，由于用电方式不同，也将随时间不断地变化。因此，有的用户电压合格，有的用户电压不合格；同一用户的电压也有时合格，有时不合格。就用户有功和无功负荷对电压的影响来看，无功负荷在电网中形成的电流流经各级送电设备时，会产生较大的电压降，因而电网中需要就地供给无功功率的电源（补偿电容器或调相机）和带负载调压的设备。

提高电压质量的措施有以下几种：

（1）为了保持电力系统无功功率和无功负荷平衡，以维持系统的正常电压并减少线损，应装设必要数量的无功补偿设备，即电容器和调相机。

（2）提高用户的功率因数（力率）。高压供电的工业用户应保持其力率在0.9以上，其他用户应保持在0.85以上，并尽量减少无功消耗，发挥用户无功补偿设备的潜力。必要时，由用户装设适当数量的电容器。

（3）采用带负荷调压变压器。根据系统的具体条件，在大容量及重要的变电所中，要采用带负荷调压的变压器。

（4）装设必要数量的电抗器。

（5）装设静止无功补偿器。

（三）三相电压允许不平衡度指标

根据国标《电能质量 三相电压允许不平衡度》规定，三相电压允许不平衡度为：

（1）电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%。电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定，例如旋转电机按国标《旋转电机基本技术要求》规定。

（2）接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%，根据连接点的负荷状况，邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，可作适当变动，但必须满足第（1）条规定。

（四）电压波动和闪变允许值指标

根据GB12326—90《电能质量 电压允许波动和闪变》规定，电压允许波动和闪变值如表1-3和表1-4所示。

电力系统公共供电点，由冲击负荷产生的电压波动允许值见表1-3。

电力系统公共供电点，由冲击功率负荷产生的闪变电压值应满足ΔU10或ΔUt的允许值（ΔUt值略）。

（五）公用电网谐波指标

根据GBT14549—93《电能质量 公用电网谐波》规定，公用电网谐波的允许值如表1-5和1-6所示。