电气升压站对系统电能质量影响的研究

电气升压站对系统电能质量影响的研究

魏海峰

中电建(崇信)发电有限公司甘肃省平凉市744200

摘要：电气升压站在电力系统中起着关键作用，通过提高电压等级优化能源传输效率。本文首先介绍了电气升压站的基本原理和运行特性，包括其定义、功能、设备组成及运行原理，并探讨了谐波和非线性负载对其运行的影响。随后，分析了系统电能质量的影响因素，如电压波动与闪变、三相不平衡度和电网谐波污染。最后，研究了电气升压站对这些电能质量问题的具体影响，旨在为电力系统的稳定运行和电能质量的改善提供理论支持和实践指导。

关键词：电气；升压站；电能质量

引言

随着社会对电能需求的增长和电力系统运行的复杂化，电能质量问题日益凸显，对电气升压站的研究和分析变得尤为重要。电气升压站作为电力系统中实现电压提升的关键设施，不仅关系到能源传输的效率和安全，也直接影响到电能质量的优劣。因此，深入了解电气升压站的运行特性及其对电能质量的影响，对于优化电力系统的运行和保障供电质量具有重要意义。

一、电气升压站的基本原理和运行特性

1.1电气升压站的定义和功能

电气升压站是电力系统中一种重要的设施，其主要功能是将输电线路中的低电压升高到更高的电压等级，以提高电力传输的效率。电气升压站主要由变压器、开关设备、补偿装置、保护装置等组成。变压器是电气升压站的核心设备，通过电磁感应的原理，将输入的低电压变换为高电压。在变压器的工作中，主要存在两种损耗，一种是铁损耗，另一种是铜损耗。在设计电气升压站时，需要合理选择变压器的容量和参数，以减少能量损失。除了变压器外，电气升压站还需要配备其他设备，如开关设备、补偿装置和保护装置。电气升压站的运行特性包括对谐波和非线性负载的敏感性、对电压波动和闪变的容忍度以及对三相不平衡度的适应性等。这些特性可能会对电能质量产生影响，需要在设计和运行中加以考虑并采取相应的措施。

1.2电气升压站的设备组成和运行原理

电气升压站的设备组成主要包括变压器、断路器、隔离开关、接地刀闸、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等。其中，变压器是升压站的核心设备，通过电磁感应原理实现电压的升高；断路器和隔离开关用于控制和切断电路，保障系统的安全稳定运行；接地刀闸用于将设备接地，防止故障电压对设备造成损害；电流互感器和电压互感器用于测量电流和电压，为运行监控提供数据支持；避雷器用于保护设备免受雷电侵害；母线则是电力传输的主通道。电气升压站的运行原理主要涉及以下几个方面：电源侧的电压经过变压器升高后，传输到负载侧，实现远距离大功率传输；通过断路器和隔离开关对电路进行控制，以保证电气设备的正常运行和维修；通过电流互感器和电压互感器实时监测电流和电压，确保运行在安全范围内；最后，避雷器对雷电等过电压进行保护，确保设备安全。

1.3电气升压站的谐波和非线性负载的影响

谐波会对电气升压站的设备造成影响，如导致变压器、电流互感器和电压互感器等设备过热，降低设备的使用寿命。同时，谐波还会影响电力系统的稳定运行，可能导致设备误动作，影响电能质量。非线性负载会使电气升压站中的电流和电压产生非正弦波形，从而导致谐波的产生。非线性负载主要包括电机、电弧炉等设备，它们在启动和运行过程中，会产生大量的谐波。

二、系统电能质量的影响因素分析

2.1电压波动和闪变

不同类型的负载对电压波动和闪变的影响程度不同。例如，电动机在启动和运行过程中，会产生较大的电压波动和闪变。电源电压的质量直接影响到电压波动和闪变的大小。电压不稳定、电压偏低或偏高都会加剧电压波动和闪变的现象。输电线路的阻抗会影响电压波动和闪变的传播。长距离输电线路的阻抗，容易导致电压波动和闪变的扩散。变压器的容量和设计对电压波动和闪变也有重要影响。变压器容量不足或设计不合理，可能导致电压波动和闪变的加剧。保护装置的动作和开关操作会产生瞬间的电压波动和闪变。例如，断路器切断故障电路时，会产生电压闪变。

2.2三相不平衡度

不同用户的负荷特性不同，导致三相电流分配不均。电气设备使用时间过长，老化导致三相电流不平衡度升高。线路阻抗影响电流的流通，导致三相电流不平衡度增加。为降低三相不平衡度，可以合理分配各用户的负荷，减少三相电流不平衡度。对电气设备进行定期维护和检修，及时更换老化设备。根据实际需求选择合适的线路阻抗，降低三相电流不平衡度。

2.3电网谐波污染

引起电网谐波污染的主要因素包括非线性负载，如开关电源、变频设备等，它们在工作过程中会产生大量的谐波电流。阻抗匹配，线路阻抗与负载阻抗不匹配，导致谐波电流无法完全流通，造成电网谐波污染。减小电网谐波污染，可以安装滤波器，对谐波电流进行过滤和吸收，减少对电网的干扰。优化电源设备，选用适合的非线性负载电源设备，降低谐波污染的产生。加强监测和治理，对电网谐波污染进行实时监测和治理，确保电能质量符合标准。

三、电气升压站对系统电能质量的影响研究

3.1电气升压站对电压波动和闪变的影响

电气升压站通过提高电压等级优化了电力传输效率，但同时也增加了对系统电压的调节难度。在负荷波动、线路损耗、电源稳定性等因素的影响下，可能会造成电压的短期波动，严重时可能导致闪变现象的发生。电气升压站的运行会影响系统的稳定性，可能导致电压的瞬间变化，进而影响到用户用电设备的安全和性能。如果电压波动过大，可能会损坏电力设备，甚至可能引发火灾等安全事故。此外，电压波动和闪变也会影响电力设备的寿命和性能，导致设备过早损坏，增加维护成本。在设计和运行电气升压站时，需要充分考虑其对电压波动和闪变的影响，采取相应的措施进行控制和优化，如优化变压器的参数和运行方式、加强系统监测和维护等，以确保电力系统的稳定运行和用户用电设备的安全可靠。

3.2电气升压站对三相不平衡度的影响

当电气升压站工作不平衡时，可能会加剧系统中的三相不平衡现象。例如，变压器的励磁、线路的阻抗不平衡等因素都可能导致电气升压站输出的三相电压或电流存在不平衡现象。三相不平衡会导致系统中的零序电流增加，可能导致设备过载和损坏。不平衡电压会影响电力负荷的分布，导致电能分配不均衡，使电网能量损失加大。还可能引起电流谐波的产生，进而造成电网谐波污染，影响电能质量。

3.3电气升压站对电网谐波污染的影响

电气升压站在运行过程中可能会引入电网谐波污染。这主要源于电气升压站中存在的非线性设备（如变压器、电动机等）可能会产生谐波电流，造成电网谐波污染。谐波电流会对电力系统中的电压和电流波形产生失真，影响系统的正常运行和设备的稳定工作。谐波电流会产生附加的损耗，使电力设备的损耗增加，降低设备的寿命。会引起电压和电流的不稳定性，增加设备故障的可能性。还可能对系统中的其他用户和设备产生影响，扩散谐波污染。

结语

综上所述，在设计和运行电气升压站时，必须考虑其对电能质量的潜在影响，并采取相应的措施进行控制和优化，以保障电力系统的稳定运行和电能质量的持续提升。

参考文献

[1]郭士钰.基于单点最大注入容量的济南地区风电并网方式研究[D].东北农业大学,2021.

[2]陈肖珂.基于大中型常规集中式光伏并网升压站的电气二次设计分析研究[J].通信电源技术,2021,38(02):50-54.

[3]钟雅婷.100MW光伏发电项目接入系统的研究[D].广东工业大学,2020.