電能質(zhì)量相關(guān)問題分析：

1．電能質(zhì)量綜述

一、概述

電能質(zhì)量是通過電壓來表征的, 描述電力系統(tǒng)或供電系統(tǒng)性能和測量方法的總稱。由于電壓、電流或頻率偏差引起的，用戶設(shè)備工作異?；驌p壞的任何電力問題，都屬于電能質(zhì)量問題。

主要包括：

l 頻率偏差；

l 電壓偏差；

l 功率因數(shù)

l 三相電壓不平衡度；

l 諧波（波形畸變）；

l 電壓波動(dòng)與閃變；

l 暫時(shí)過電壓與瞬態(tài)過電壓。

1）頻率

我國規(guī)定50Hz正弦波為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率，正常頻率標(biāo)準(zhǔn)為50Hz±0.2Hz，系統(tǒng)容量較小時(shí)，可放寬到50Hz±0.5Hz。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15945－1995《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》中并沒有說明系統(tǒng)容量大小的界線，全國供用電規(guī)則中規(guī)定了供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在3000MW及以上者為0.2Hz，電網(wǎng)容量在3000MW以下者為0.5Hz。實(shí)際運(yùn)行中，我國各跨省電力系統(tǒng)頻率的允許偏差都保持在+0.1～-0.1Hz的范圍內(nèi)。

2）電壓

電網(wǎng)中各點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)不同與頻率的調(diào)節(jié)，電網(wǎng)各點(diǎn)電壓主要反映該點(diǎn)無功功率的供需關(guān)系，電壓調(diào)節(jié)一般采取無功就地平衡的方式進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，從源頭上進(jìn)行解決，同步發(fā)電機(jī)和變壓器均具有調(diào)整電壓的功能。

3）三相不平衡度

電力系統(tǒng)中三相電壓的不平衡度，用電壓或電流負(fù)序分量與正序的均方根百分?jǐn)?shù)表示：

其中，U1-三相電壓正序分量方均根值

           U2－三相電壓負(fù)序分量方均根值

三相電壓不平衡（即存在負(fù)序分量）會(huì)引起繼電保護(hù)誤動(dòng)、電機(jī)附加振動(dòng)力矩和發(fā)熱。額定轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，如長期在負(fù)序電壓含量在4％的狀態(tài)下運(yùn)行，由發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)絕緣的壽命將會(huì)降低一半，若某相電壓高于額定電壓，其運(yùn)行壽命的下降將更加嚴(yán)重。

4）電壓波動(dòng)和閃變

電壓波動(dòng)和閃變是指電壓幅值在一定范圍內(nèi)有規(guī)則的變動(dòng)時(shí)，電壓最大值與最小值之差相對(duì)額定電壓的百分比，或電壓幅值不超過0.9p.u.～1.0p.u.（標(biāo)么值）的一系列隨機(jī)變化。這種電壓變化稱為閃變，以表達(dá)電壓波動(dòng)對(duì)照明燈的視覺影響。

5) 諧波

50Hz倍頻的正弦波，是電能質(zhì)量的重點(diǎn)問題。

6）間諧波

間諧波是指不是工頻頻率整數(shù)倍的諧波。間諧波往往由較大的電壓波動(dòng)或沖擊非線性負(fù)荷所引起，所有非線性的波動(dòng)負(fù)荷如電弧爐、電焊機(jī)，各種變頻調(diào)速裝置，同步串級(jí)調(diào)速裝置及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等均為間諧波源。

間諧波的特點(diǎn)是放大電壓閃變和對(duì)音頻干擾，造成感應(yīng)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)及異常。間諧波的危害等同與整數(shù)次諧波電壓的危害，我國目前沒有制定相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)間諧波限值進(jìn)行規(guī)定。

7）暫時(shí)過電壓和瞬時(shí)過電壓

（1）暫時(shí)過電壓是指

持續(xù)時(shí)間較長的不衰減和弱衰減的（以工頻一定的倍數(shù)、分?jǐn)?shù)）振蕩的過電壓。

（2）瞬態(tài)過電壓是指持續(xù)時(shí)間數(shù)毫秒或更短，通常帶有強(qiáng)阻尼的振蕩或非振蕩的一種過電壓。

暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓是由于電力系統(tǒng)運(yùn)行操作，或遭受雷擊，或發(fā)生故障等因素引起的。

8）電壓暫降和電壓上升

（1）電壓暫降是指由于系統(tǒng)故障或干擾造成用戶持續(xù)時(shí)間0.5周波至1min內(nèi)下降到額定電壓或電流的10％～90％。即幅值為0.1p.u.～0.9p.u.（標(biāo)么值）時(shí)系統(tǒng)頻率仍為標(biāo)稱值，然后又恢復(fù)到正常水平。

（2）電壓上升是指電壓的有效值升至額定值的110％以上，典型值為額定值的110％～180％稱為電壓上升，即暫時(shí)超過標(biāo)稱值10％以上，系統(tǒng)頻率仍為標(biāo)稱值，持續(xù)時(shí)間為0.5周波～1min，幅值為1.1p.u.～1.8p.u.。

二、電壓異常

發(fā)電機(jī)發(fā)出的是三相交流正弦電壓, 某些因素會(huì)降低電壓的質(zhì)量, 對(duì)于三相交流系統(tǒng)表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

☆ 電壓幅值短時(shí)或規(guī)律的改變；

☆ 電壓波形偏離正弦形狀；

☆ 三相電壓不對(duì)稱(三個(gè)線電壓的幅值和相位發(fā)生偏移)；

電壓的頻率偏離50Hz。

l 電壓不正常表現(xiàn)形式：

1) 電壓跌落

電壓跌落是指電網(wǎng)電壓突然降低, 甚至達(dá)到電壓零值。電壓跌落通常由短路引起, 發(fā)生短路后除了自身電網(wǎng)及下級(jí)電網(wǎng)受到影響外, 相鄰電網(wǎng)也會(huì)受到影響。短路后自動(dòng)重合閘裝置的動(dòng)作時(shí)間一般為10ms～2s。

如果用戶饋線發(fā)生短路, 則停電時(shí)間會(huì)長一些, 因?yàn)樾枰獧z查線路和排除故障。

2) 電壓不對(duì)稱

如果在三相電網(wǎng)的某一相或兩相間接有大功率的負(fù)載, 則會(huì)出現(xiàn)電壓不對(duì)稱。電壓不對(duì)稱會(huì)使電氣設(shè)備(例如電動(dòng)機(jī))的熱損耗增加和發(fā)生振動(dòng)。

3) 緩慢電壓改變

由于負(fù)載的緩慢變化引起電壓的改變, 電力部門通常采用有載調(diào)壓變壓器, 自動(dòng)跟隨電壓的改變, 使輸出電壓保持為額定值。低壓電網(wǎng)中電壓偏移的程度一般不應(yīng)超過±10%。

4) 快速電壓改變

快速電壓改變是指電壓較小幅值(3%)的突然變化, 或者規(guī)律性出現(xiàn)(電焊機(jī)), 或者不規(guī)則出現(xiàn)(電弧爐)。這種快速的電壓改變可以導(dǎo)致照明燈發(fā)生閃爍(閃變)。

5) 諧波電壓

產(chǎn)生諧波的設(shè)備主要有電視機(jī)、照明裝置、變流器和電弧爐等。諧波使電壓波形發(fā)生畸變, 導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生功能錯(cuò)誤, 使電動(dòng)機(jī)、電容器和電纜增加熱損耗。

6) 傳輸過電壓

由于線路或設(shè)備落雷會(huì)產(chǎn)生傳輸過電壓, 各種電氣設(shè)備和開關(guān)的開閉操作也會(huì)導(dǎo)致傳輸過電壓,其延續(xù)時(shí)間通常在微秒或毫秒范圍。

l 引起電壓異常的原因：

☆ 電網(wǎng)

☆ 大氣影響(例如雷電、風(fēng)暴、霧霜等)

其它外部影響(例如挖掘機(jī)損壞電纜, 導(dǎo)致單相接地或斷電)。

☆ 相鄰負(fù)載

☆ 自身影響

☆ 用戶內(nèi)部電網(wǎng)短路可導(dǎo)致供電中斷, 各種電氣設(shè)備的關(guān)合操作也會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

l   電壓不正常引起的短時(shí)影響：

☆ 開關(guān)或接觸器掉電

☆ 變流器換相故障

☆ 計(jì)算機(jī)計(jì)算錯(cuò)誤, 數(shù)據(jù)丟失

☆ 線路損耗增加

☆ 導(dǎo)線絕緣破壞甚至擊穿

☆ 并聯(lián)電容器諧振過流

l 電壓不正常引起的長期影響：

☆ 設(shè)備過熱

☆ 材料疲勞

☆ 設(shè)備及絕緣材料過早老化

在電壓從額定值降低10%(長期)和30%(短時(shí))的情況下, 大多數(shù)設(shè)備能夠正常工作, 但某些敏感電氣設(shè)備(例如工業(yè)控制計(jì)算機(jī))在電壓低于額定值的3%時(shí)可能會(huì)發(fā)生故障。

三、干擾

一個(gè)公用電網(wǎng)接有各種各樣的負(fù)載, 由于電網(wǎng)的傳輸特性, 各個(gè)設(shè)備間的干擾是不可避免的。發(fā)射干擾的設(shè)備主要有變流器、電弧爐和電焊機(jī)等, 尤其是電力電子裝置的使用越來越多, 對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染。

四 穩(wěn)態(tài)電能和暫態(tài)電能問題

電能質(zhì)量問題可以劃分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和暫態(tài)電能質(zhì)量問題。

穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)橹饕卣?，是電能質(zhì)量的主要方面，影響范圍廣，程度深，其主要性能指標(biāo)是：電網(wǎng)頻率、電壓偏差、不平衡度、諧波、電壓閃變。

暫態(tài)電能質(zhì)量問題通常是以頻譜和持續(xù)時(shí)間為特征，它屬于穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題的延伸，暫態(tài)電能質(zhì)量問題其實(shí)質(zhì)就是暫態(tài)電壓質(zhì)量問題，或者電網(wǎng)遭受外來干擾侵襲及內(nèi)部故障、操作所帶來的系統(tǒng)沖擊問題，其主要性能指標(biāo)是：電壓瞬變、電壓閃變、電壓驟升、驟降及瞬時(shí)電壓中斷。

瞬態(tài)：半個(gè)周波（10ms)以內(nèi)

暫態(tài)：從10ms 到1min

穩(wěn)態(tài)：1min以上

電壓暫時(shí)的變化

電壓長時(shí)變化