电力系统元件额定电压优化方案

电力系统元件是指电力系统中运行的发电机、变压器、电力线路、用电设备等设备的统称。通常又可称为电气设备。电气设备的额定电压是电器产品最重要的技术数据之一，特别是高压电气设备的长期连续工作电压，是国家根据国民经济发展的需要，考虑经济技术的合理性以及机电制造工业水平等因素，按照长期正常工作时产生最大经济效果所规定的系列等级电压。为了使各种相互连接的电气设备都能运行在较为有利的电压下，各电气设备的额定电压之间有一个相互配合的问题，亦即它们额定电压的规定不尽相同。主要分以下几种。

1.发电机的额定电压

由于电力网存在电压损失，用电设备的工作电压也存在着与自身特性有关的偏移，它们允许的偏移范围一般不超出±5%，即电力网首端母线上的电压比额定电压高5%。因此，发电机的额定电压应等于母线电压，也就是线路首端的电压。它应当比线路的额定电压高出5%，以满足系统电压质量的要求。因此，如果设线路的额定电压为Un，那么发电机的额定电压UGn可表示为

式中 UGn——发电机的额定电压，V或kV；

Un——线路的额定电压，V或kV。

2.电力网及用电设备的额定电压

发电机和电力网在运行中供电给用电设备，由于输电线路具有电压损失，因此，线路首端电压将高于其末端的电压，沿线路各处分布的负荷将感受到不同的电压。因为用电设备的额定电压不可能按照变化的线路电压制造，而必须按照标准规定进行标准化生产。所以，它只能力求接近于实际工作电压。通常，将输电线路首端电压和末端电压的算术平均值定义为电力网的额定电压，也即作为该电力网上连接的所有用电设备的额定电压。

3.变压器的额定电压

变压器额定电压的规定相比其他设备要复杂些。变压器的额定电压应与发电机和电力网的额定电压定义法则都要相适应。依据变压器在电力系统中传输功率的方向，规定变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。一次侧绕组的作用相当于用电设备，其额定电压与电网系统的额定电压相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同。二次侧绕组的作用相当于电源设备，其额定电压应比电网系统高出5%，考虑变压器内部的电压损耗（5%），实际规定为比线路高出10%。但如果变压器的短路阻抗小于7.5%或直接（或通过短距离线路）与用户连接时，其额定电压应比电网系统高5%。为了适应电力系统运行调节（调压）的需要，在变压器的高压绕组侧制造有分接抽头。分接头电压用百分数表示即与主抽头电压的差值为主抽头电压的百分之几。对同一电压级的变压器，分有升压变压器和降压变压器，它们即使分接头百分值相同，分接头的额定电压也不同。图1-2所示为用线电压表示的SF120000/220±2×2.5%型变压器的抽头额定电压。对于+5%抽头，升压变压器为242×1.05＝254kV，降压变压器则为220×1.05＝231kV。其他抽头计算原理与之相同。

【例1-1】 图1-3所示为一个简单的电力系统，线路的额定电压已知，试确定图中各变压器的变比以及其他元件的额定电压。(www.xing528.com)

解：（1）发电机G与10kV的母线相连，其电压应该高于线路电压5%，故其额定电压为10.5kV。

（2）变压器T1与发电机直接相连，其一次侧电压与发电机相等，故为10.5kV；该变压器的二次侧与110kV线路相连，二次侧作为电源端其额定电压应该高于线路10%，故二次侧的额定电压分别为121kV，所以变压器T1的变比为121/10.5kV。

图1-2　用线电压表示的抽头额定电压

（a）升压变压器；（b）降压变压器

图1-3　［例1-1］图

（3）变压器T2的一次侧与110kV线路相连，作为接受电能的用电设备，其额定电压应该与线路的额定电压相等，故为110kV；该变压器的二次侧与10kV和35kV线路相连，二次侧作为电源端其额定电压应该高于线路10%，故二次侧的额定电压分别为11kV和38.5kV，所以变压器T2的变比为110/38.5/11kV。

（4）变压器T3的一次侧与35kV线路相连，作为接受电能的用电设备，其额定电压应该与线路的额定电压相等，故为35kV；该变压器的二次侧与6kV线路相连，其短路阻抗Uk＜7.5%，二次侧作为电源端其额定电压应该高于线路5%，故二次侧的额定电压为6.3kV，所以变压器T3的变比为35/6.3kV。

（5）变压器T4的一次侧与10kV线路相连，作为接受电能的用电设备，其额定电压应该与线路的额定电压相等，故为10kV；该变压器的二次侧与380V线路相连，其短路阻抗Uk＜7.5%，二次侧作为电源端其额定电压应该高于线路5%，故二次侧的额定电压为0.4kV，所以变压器T4的变比为10/0.4kV。

（6）电动机M与6kV的母线相连，其电压应该等于线路电压，故其额定电压为6kV。