电能质量相关问题分析：

1．电能质量综述

一、概述

电能质量是通过电压来表征的, 描述电力系统或供电系统性能和测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。

主要包括：

l 频率偏差；

l 电压偏差；

l 功率因数

l 三相电压不平衡度；

l 谐波（波形畸变）；

l 电压波动与闪变；

l 暂时过电压与瞬态过电压。

1）频率

我国规定50Hz正弦波为系统的标准频率，正常频率标准为50Hz±0.2Hz，系统容量较小时，可放宽到50Hz±0.5Hz。标准GB/T 15945－1995《电力系统频率允许偏差》中并没有说明系统容量大小的界线，全国供用电规则中规定了供电局供电频率的允许偏差：电网容量在3000MW及以上者为0.2Hz，电网容量在3000MW以下者为0.5Hz。实际运行中，我国各跨省电力系统频率的允许偏差都保持在+0.1～-0.1Hz的范围内。

2）电压

电网中各点的电压调节不同与频率的调节，电网各点电压主要反映该点无功功率的供需关系，电压调节一般采取无功就地平衡的方式进行无功功率补偿，从源头上进行解决，同步发电机和变压器均具有调整电压的功能。

3）三相不平衡度

电力系统中三相电压的不平衡度，用电压或电流负序分量与正序的均方根百分数表示：

其中，U1-三相电压正序分量方均根值

           U2－三相电压负序分量方均根值

三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量在4％的状态下运行，由发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。

4）电压波动和闪变

电压波动和闪变是指电压幅值在一定范围内有规则的变动时，电压最大值与最小值之差相对额定电压的百分比，或电压幅值不超过0.9p.u.～1.0p.u.（标么值）的一系列随机变化。这种电压变化称为闪变，以表达电压波动对照明灯的视觉影响。

5) 谐波

50Hz倍频的正弦波，是电能质量的重点问题。

6）间谐波

间谐波是指不是工频频率整数倍的谐波。间谐波往往由较大的电压波动或冲击非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷如电弧炉、电焊机，各种变频调速装置，同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波源。

间谐波的特点是放大电压闪变和对音频干扰，造成感应电动机振动及异常。间谐波的危害等同与整数次谐波电压的危害，我国目前没有制定相应的国家标准对间谐波限值进行规定。

7）暂时过电压和瞬时过电压

（1）暂时过电压是指

持续时间较长的不衰减和弱衰减的（以工频一定的倍数、分数）振荡的过电压。

（2）瞬态过电压是指持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。

暂时过电压和瞬态过电压是由于电力系统运行操作，或遭受雷击，或发生故障等因素引起的。

8）电压暂降和电压上升

（1）电压暂降是指由于系统故障或干扰造成用户持续时间0.5周波至1min内下降到额定电压或电流的10％～90％。即幅值为0.1p.u.～0.9p.u.（标么值）时系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平。

（2）电压上升是指电压的有效值升至额定值的110％以上，典型值为额定值的110％～180％称为电压上升，即暂时超过标称值10％以上，系统频率仍为标称值，持续时间为0.5周波～1min，幅值为1.1p.u.～1.8p.u.。

二、电压异常

发电机发出的是三相交流正弦电压, 某些因素会降低电压的质量, 对于三相交流系统表现在以下四个方面：

☆ 电压幅值短时或规律的改变；

☆ 电压波形偏离正弦形状；

☆ 三相电压不对称(三个线电压的幅值和相位发生偏移)；

电压的频率偏离50Hz。

l 电压不正常表现形式：

1) 电压跌落

电压跌落是指电网电压突然降低, 甚至达到电压零值。电压跌落通常由短路引起, 发生短路后除了自身电网及下级电网受到影响外, 相邻电网也会受到影响。短路后自动重合闸装置的动作时间一般为10ms～2s。

如果用户馈线发生短路, 则停电时间会长一些, 因为需要检查线路和排除故障。

2) 电压不对称

如果在三相电网的某一相或两相间接有大功率的负载, 则会出现电压不对称。电压不对称会使电气设备(例如电动机)的热损耗增加和发生振动。

3) 缓慢电压改变

由于负载的缓慢变化引起电压的改变, 电力部门通常采用有载调压变压器, 自动跟随电压的改变, 使输出电压保持为额定值。低压电网中电压偏移的程度一般不应超过±10%。

4) 快速电压改变

快速电压改变是指电压较小幅值(3%)的突然变化, 或者规律性出现(电焊机), 或者不规则出现(电弧炉)。这种快速的电压改变可以导致照明灯发生闪烁(闪变)。

5) 谐波电压

产生谐波的设备主要有电视机、照明装置、变流器和电弧炉等。谐波使电压波形发生畸变, 导致电气设备发生功能错误, 使电动机、电容器和电缆增加热损耗。

6) 传输过电压

由于线路或设备落雷会产生传输过电压, 各种电气设备和开关的开闭操作也会导致传输过电压,其延续时间通常在微秒或毫秒范围。

l 引起电压异常的原因：

☆ 电网

☆ 大气影响(例如雷电、风暴、雾霜等)

其它外部影响(例如挖掘机损坏电缆, 导致单相接地或断电)。

☆ 相邻负载

☆ 自身影响

☆ 用户内部电网短路可导致供电中断, 各种电气设备的关合操作也会产生相互干扰。

l   电压不正常引起的短时影响：

☆ 开关或接触器掉电

☆ 变流器换相故障

☆ 计算机计算错误, 数据丢失

☆ 线路损耗增加

☆ 导线绝缘破坏甚至击穿

☆ 并联电容器谐振过流

l 电压不正常引起的长期影响：

☆ 设备过热

☆ 材料疲劳

☆ 设备及绝缘材料过早老化

在电压从额定值降低10%(长期)和30%(短时)的情况下, 大多数设备能够正常工作, 但某些敏感电气设备(例如工业控制计算机)在电压低于额定值的3%时可能会发生故障。

三、干扰

一个公用电网接有各种各样的负载, 由于电网的传输特性, 各个设备间的干扰是不可避免的。发射干扰的设备主要有变流器、电弧炉和电焊机等, 尤其是电力电子装置的使用越来越多, 对电网产生污染。

四 稳态电能和暂态电能问题

电能质量问题可以划分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问题。

稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，是电能质量的主要方面，影响范围广，程度深，其主要性能指标是：电网频率、电压偏差、不平衡度、谐波、电压闪变。

暂态电能质量问题通常是以频谱和持续时间为特征，它属于稳态电能质量问题的延伸，暂态电能质量问题其实质就是暂态电压质量问题，或者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的系统冲击问题，其主要性能指标是：电压瞬变、电压闪变、电压骤升、骤降及瞬时电压中断。

瞬态：半个周波（10ms)以内

暂态：从10ms 到1min

稳态：1min以上

电压暂时的变化

电压长时变化