1.2 電力系統標準電壓與電能質量

1.2.1 電力系統標準電壓

傳輸距離和傳輸功率不變時，電壓越高，電流越小，線路上產生的電能損耗和電壓損失越小，可以減小導線截面積，降低成本和節省有色金屬。但是電壓越高，對絕緣的要求越高，成本高，體積大，因此針對不同的傳輸距離和傳輸功率都有一種技術經濟最合理的電壓大小。為了實現工程體系配套，使設備生產標準化和系列化，相關組織和會議制訂了很多電壓標準，這些標準并不統一。我國在國家標準GB/T 156—2017《標準電壓》中對系統和設備的標準電壓做了明確規定，我國發電和設備制造都按照此標準執行。表1-1為國家標準GB/T 156—2017《標準電壓》中的部分內容。

1.系統標稱電壓U_N

系統標稱電壓U_N是電力系統各個電壓等級的電壓基準值，是電氣設備制定額定電壓的依據。由于電流通過線路時會產生電壓損失，因此某一電壓等級線路上各點的實際運行電壓U_OP不一定等于系統標稱電壓，線路首端電壓最高，越往末端，運行電壓越低。圖1-5表示運行電壓沿線路分布情況。

2.用電設備額定電壓

設備工作于額定狀態時，技術和經濟指標最優。用電設備可能接于某一線路的任何一個位置，不同位置運行電壓不同，為了使設備安全高效運行，對系統和設備兩方面都做了要求。對系統方面，要求線路總的電壓損失限制在10%以內，首端不高于1.05U_N，末端不低于0.95U_N。對設備方面，要求設備生產廠家保證設備有±5%的容差率。

由于用電設備接于線路上，因此規定用電設備的額定電壓等于系統的標稱電壓。

3.發電機額定電壓

由于發電機接于線路首端，因此發電機額定電壓等于線路首端電壓，比系統標稱電壓高5%。

4.變壓器額定電壓

（1）變壓器一次繞組額定電壓 變壓器一次繞組相當于用電設備，因此一次繞組額定電壓等于系統標稱電壓。當變壓器為升壓變壓器，離發電機較近時，變壓器一次繞組額定電壓等于發電機額定電壓，即等于1.05U_N。

（2）變壓器二次繞組額定電壓 變壓器二次繞組額定電壓比系統標稱電壓高10%，其中5%用于補償變壓器內部電壓損失，另外5%用于補償線路電壓損失。當變壓器離負荷較近，線路較短時，線路電壓損失可以忽略不計，此時，變壓器二次繞組額定電壓比系統標稱電壓高5%，僅用于補償變壓器內部電壓損失。

5.系統平均電壓

系統平均電壓等于1.05U_N，是為了簡化計算而取的近似值。

電力系統按照系統標稱電壓等級進行了劃分，1kV以下稱為低壓系統，1～35kV稱為中壓系統，35～220kV稱為高壓系統，220～1000kV稱為超高壓系統，1000kV及以上稱為特高壓系統。

例1-1 如圖1-6所示，發電機G與3kV線路相連，T₁是升壓變壓器，T₂是降壓變壓器，線路上的電壓U_N為10kV，電動機M₁的額定電壓為380V，求發電機G的額定電壓，變壓器T₁、T₂的一、二次繞組額定電壓。

解：1）發電機G額定電壓：U_r·G=1.05×3kV=3.15kV；

2）變壓器T₁額定電壓：=1.05×3kV=3.15kV，=1.1×10kV=11kV；

3）變壓器T₂額定電壓：=1×10kV=10kV，=1.05×0.38kV=0.4kV。

1.2.2 電能質量

電能質量是指系統供給用戶的電能品質，衡量電能質量的指標有電壓偏差、頻率偏差、諧波含量和三相不平衡度等。

1.電壓偏差

電壓偏差是指實際運行電壓與系統標稱電壓之間的相對偏差，定義公式為

電壓偏差要控制在允許值之內，否則影響設備正常運行。例如，照明設備電壓過高或過低都會影響其使用效果。

2.頻率偏差

我國電力系統頻率為50Hz，要求頻率偏差在±0.2Hz以內。

3.諧波含量

理想交流電為正弦波形，但是由于非線性負載的接入，大量諧波電流注入到電網中，使得電流波形發生畸變，影響設備正常運行，應對諧波進行抑制或補償。

4.三相不平衡度

當系統帶不對稱負載時，三相電流不再平衡，不平衡三相電壓和電流可以分解為正序、負序和零序三個分量，一般用負序分量與正序分量的百分比來衡量不平衡度。

式中，X_-表示電壓或電流的負序分量，X₊表示電壓或電流的正序分量，ε_X表示不平衡度。

以上各項指標限值在相應標準里都有明確規定。