01 电压偏差和电压调整_王厚余

http: / www. jzdq. net. cn Abstract：Voltage deviation is a major index for measuring the power quality，which directly influences the function and service life of electric equipment. Therefore，during the electrical design，installation andconstructionacceptanceofbuildings，great importanceshallbeattachedtoadjustingthe utilization voltage to a proper level. This topic on building electricity is briefly stated in this paper from such aspects as the cause of voltage deviation and its influenceonelectricequipment，aswellasthe voltage regulation function of voltage regulation switch of distribution transformer. Key words：voltage deviation；voltage regulation； voltage loss；lagging reactive load；leading reactive power；excitation-freevoltageregulationswitchof transformer；construction acceptance code；IEC 60364 摘要： 电压偏差是电能质量的一个主要指标， 它直接影响用电设备的功能和寿命， 因此在建筑电气 的设计、 安装和施工验收中应重视将用电电压调整到 一合适的水平。 文中从电压偏差产生原因、 对用电设 备的影响、 配电变压器调压开关的电压调整作用等方 面对这一建筑电气课题进行简要的陈述。 关键词： 电压偏差； 电压调整； 电压损失； 滞后 无功负荷； 超前无功功率； 变压器无激磁调压开关； 施工验收规范；IEC 60364标准 中图分类号：TM423文献标识码：A doi：10. 3969 / j. issn. 1003 - 8493. 2016. 12. 001 1电压偏差过大影响用电设备的功能和寿命 建筑电气同行都知道用电设备合适的输入电压是 与配电系统标称电压 （nominal voltage） 相同值的额 定电压 （rated voltage）， 在额定电压规定偏差范围内 用电设备可保证其正常功能和使用寿命。 如果测量一下用电设备进线端子处的电压， 测出 的往往不是其额定电压值， 而是稍偏高或偏低一些。 这一偏离值被称作电压偏差 （voltage deviation）。 建 筑电气设计规范和电气产品标准规定只要此电压偏差 值在规定范围内对用电设备的工作都是合适的。 在我 国一般用电设备的电压偏差规定值为 5 %。 例如 220 V家用电风扇电动机的规定电压偏差为 5 %。 当电压偏高时， 电动机将因铁芯铁损增大而温度升 高； 电压偏低时， 电动机将因绕组铜损增大而温度升 高。 而其轴功率输出则是与输入电压的平方成正比的。 只要电压偏差不大于 5 %， 电动机仍能保证其额定 轴功率输出而不超过其允许温升， 不缩短其使用寿命。 发达国家电动机因材质较优其电压偏差规定值可达 10 %。 我国有些电气规范规定的自复式过欠压保护 非但存在自复通电时的危险性， 其过电压动作整定值 为270 V， 电压正偏差高达+ 22. 7 %， 大大超过 5 % 规定值， 恐难保证用电设备的正常功能和使用寿命。 综上所述， 过大的电压偏差将影响用电设备的功 能和寿命， 它是用电电能质量的一个主要指标。 在建 筑电气的设计安装中应采取措施减小电压偏差， 它被 称作电压调整 （voltage regulation）。 遗憾的是在现时 我国的设计和安装验收中， 对电压调整没有给予应有 的重视， 导致用户在用电中一些不应有的损失。 笔者 对此了解不多， 愿抛砖引玉， 陈述一孔之见， 供同行 批评指正， 也提请同行的重视， 展开讨论。 2公用电网和电气装置产生电压偏差的原因 电压偏差因公用电网和用户电气装置内的电压损 Voltage Deviation and Voltage Regulation WANG Houyu（China Aviation Planning and Design Institute（Group）Co.，Ltd.，Beijing100120，China） 王厚余 （中国航空规划设计研究总院有限公司， 北京市100120） 电 压 偏 差 和 电 压 调 整 作者信息 王厚余， 男， 中国航空规划设计研究总院有限公司， 研究员， 电话：010 - 62039071（宅）。 专家论坛 电压偏差和电压调整 （王厚余） 747 3 D e c .2 0 1 6 V o l. 3 5 N o . 1 2 http: / www. jzdq. net. cn 誖 BUILDING ELECTRICITY2016年 第 期1 2 失等原因而产生。 电压损失的百分数值可简单地以式 PR + QX U2 来计算， 式中P、Q分别为系统内的有功负 荷及滞后无功负荷，R、X分别为系统内的电阻及感 抗，U为电网和装置的标称电压。 式中QX产生电压 损失远大于PR， 所以电网和装置内应具备充足的可 调整的超前无功功率以减少式中QX产生电压损失的 影响， 起到电源系统的电压调整作用。 我国改革开放 前， 用电电压偏差大， 主要原因就是当时国家经济状 况欠佳， 电网和装置缺乏超前无功功率。 310 kV配电变压器调压开关的电压调整 作用 用户配电变压器铭牌上通常有10kV5%/0.4kV 之类的标志。 它说明该变压器是用于10 kV标称电压 的电网内的， 其二次侧空载线电压为400 V。 为使一 次侧绕组的匝数与10 kV电网进线电压水平相适应， 在一次侧绕组内设有在不带电条件下调整5 %额定 电压绕组匝数的无激磁调压开关 （以下简称调压开 关）。 图1所示为星形结线一次侧绕组的调压开关的 接线简图，3个调压开关是联动的： 当10kV进线电压 偏高时将开关调在+ 5 %位置， 以增加绕组匝数； 当 电压偏低时调在- 5 %位置， 以减少绕组匝数， 使变 压器二次侧绕组的空载输出电压接近230 / 400 V， 从 而起到了电压调整的作用。 如果调压开关为22.5%， 则电压可调整得更精细一些。 调压开关设在变压器高压侧是因为高压侧电流 小， 便于调压开关的制作。 从图1也可知对于一次侧 绕组为星形结线的配电变压器， 其调压开关位于绕组 电压的低端， 承受的电压水平低， 且结构也较简单， 较易制作。 如果绕组为三角形结线则情况要复杂得 多。 笔者忖度这可能是过去前苏联广泛采用Y，yn12 结线配电变压器的原因之一。 4变压器调压开关位置不正确增大了电压 偏差 为使用电设备的输入电压不超过规定电压偏差值 需满足两个条件： 一是使自变压器引出的低压配电线 路的电压损失在合理范围内， 这是电气装置设计人员 的工作； 二是上述配电变压器一次侧绕组的调压开关 位置需与变压器处10 kV进线的电压水平相适应， 两 绕组的匝数比使其二次侧首端输出空载电压接近230 / 400 V， 满载电压接近220 / 380 V， 这是电气装置施 工和验收人员的工作。 在笔者多年的工作体验中发现 用电设备电压偏差过大的起因不少， 是后一条件未满 足， 即配电变压器的调压开关位置不正确。 例如一工 厂的接触焊机 （电阻焊机） 常将贵重焊体的焊点熔 穿， 使焊体成为废品。 笔者在现场发现原因是焊机输 入电压过高， 而输入电压过高的原因竟是配电变压器 调压开关位置不正确。 将开关位置自0改至+ 5 %位 置后焊机就正常工作不再出废品了。 这种因变压器调 压开关位置不正确引起的电压偏差过大， 影响正常生 产的情况笔者在一些工厂里屡见不鲜。 5配电变压器调压开关位置不正确的原因 视10 kV用户距地区区域变电所远近不同， 有的 10 kV电源进线电压高些， 有的低些。 为此在用户配 电变电所施工验收时应检测一下10kV进线电压， 正确 选择变压器调压开关位置， 如图2所示， 以保证变压 器二次侧合适的输出电压水平。 遗憾的是这极其重要 的一步在施工和验收中往往未受到应有的重视。 例如 笔者的住宅位于配电线路的中间位置， 测得的用电电 压竟为237V， 偏差达+8%， 可以想象线路首端住宅的 电压偏差将超过+10%， 调压开关位置肯定不正确。 在 此大幅值过电压长年累月作用下用电设备寿命必然在 相当程度上缩短。 可悲的是住户蒙受无谓损失自己却 毫不知情， 哑巴吃黄连！ 这种情况可能相当普遍。 在变电所的施工安装中一般不愿变动变压器调压 开关位置。 原因是怕操作不当， 增大了调压开关触头 接触电阻引起局部过热， 其实这完全是可以避免的。 图1配电变压器一次侧绕组的调压开关接线示例 Fig. 1Wiring example for the voltage regulation switch of primary side winding of distribution transformer 748 4 http: / www. jzdq. net. cn 有经验的老电工在调整调压开关位置后总要将调压开 关旋转手柄再来回稍旋动几下使其接触更臻良好， 避 免触头过热的发生。 而不敢正确调整调压开关使电压 偏差过大， 却是对用户的极大不负责任。 6资质考试错误考题对电压调整理念的误导 有位同行给笔者看2014年设计资质考试的一道 考题， 抄录如下： 某车间变电所配一台1 600 kVA、 10 kV 2 2. 5 % / 0. 4 kV、 阻抗电压为6 %的变压 器， 低压母线装设300 kvar并联补偿电容器， 正常时 全部投入。 问题： 欲从变电所低压母线去远端设备配电线路的 最大电压损失为5%， 至近端设备馈电线路的最小电压 损失为0.95%， 变压器满负荷电压损失为2%， 用电设 备允许电压偏差在5%以内。 计算并且判断变压器分 接头为哪一项：a.+5%；b. 0；c.- 2. 5%；d.-5%。 笔者看完考题后无法解答这道题。 变压器调压开 关位置只需适应10 kV进线的电压水平即可， 如本文 图2所示。 使变压器二次侧输出电压符合低压电气装 置标称电压要求， 即变压器二次侧空载输出电压为 230/400V， 在此前提下， 正确设计低压系统， 校验其 电压损失， 使用电设备输入电压偏差不大于 5 %。 变压器调压开关位置与低压配电系统的一些技术参数 毫无关系， 考题中将变压器调压开关位置的选择决定 于低压配电线路的数据， 让被考人员进行复杂的计 算， 显然有误。 这一错误考题说明了我国建筑电气中 电压调整理论水平上的差距， 也正是这一不当考题促 使笔者献丑本文， 呼吁同行重视建筑电气中的电压水 平和电压调整的检验。 7施工验收规范中应增加电压水平的检验 用电设备电压水平过多地偏高或偏低， 不致危及 人身安全， 却长年累月影响用电设备的功能和寿命。 这一长期的不良影响往往因不被人们察觉而不被重 视， 遗憾的是我国建筑电气施工验收规范以至IEC 60364标准内的检验 （Verification） 一章内都未对电 气装置的电压水平的检验提出要求， 听任过大电压偏 差危害用电设备， 这恐是建筑电气施工验收中需要高 度重视的一个问题。 笔者在我国IEC / TC 64归口委员会上讨论IEC 60364标准内检验一章1时每次都提出IEC应补充检 验电气装置电压水平的建议， 但每次都未引起注意而 不予讨论， 更没有向IEC反映这一建议。2014年4月 在我国的一次建筑电气交流会上，IEC / TC 64主席 Tison先生接受了我国 建筑电气 杂志的专访 2。 他委婉地表示： “TC64并未听到太多来自中国的声 音”， “中国几乎没有参与到制定IEC 60364的共识之 中”。 作为多年从事IEC / TC 64标准归口工作的一 员， 笔者对Tison先生的期望既感谢也惭愧。 以上文陈述的建议IEC / TC 64补充规定建筑物 电气装置电压水平检验的要求为例， 中国不是没有 “声音”， 而是沟通渠道不够通畅，IEC / TC 64没有 听到中国的一些 “声音”， 我国IEC / TC 64归口委员 会近些年来为引进和转化建筑电气国际标准做了大量 有益的工作， 功莫大焉。Tison先生的期望说明我国 的归口工作还有美中不足之处， 笔者衷心希望我国 IEC / TC 64归口工作在已取得成绩的基础上百尺竿 头更上一层楼， 多多反映中国的 “声音”， 多多参与 制定IEC 60634标准的工作， 提高我国建筑电气在国 际上的声誉。 1InternationalElectrotechnicalCommission.IEC 6036 - 6：2006Low-voltage electrical installationsPart 6： VerificationS，2006. 2建筑电气杂志社.IEC / TC 64建筑物电气国际 标准技术交流会在北京召开 本刊专访IEC /