电能质量分析

电能质量分析

摘要：电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。一方面我们研究存在哪些影响因素会导致电能质量问题，一方面我们研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而最大程度上使电能接近正弦波。

关键词：电能质量、主要指标、危害

一．电能质量

电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。电能质量(Power Quality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电能质量问题可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

电能质量包括四个方面的相关术语和概念：

电压质量(Voltagequality)：即用实际电压与额定电压间的偏差(偏差含电压幅值，波形和相位的偏差)，反映供电企业向用户供给的电力是否合格。电压质量通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降（暂升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等。

电流质量(Current quality)：即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行，这个定义有助于电网电能质量的改善，并降低网损；

供电质量 (qualityofsupply)：指用电方与供电方之间相互作用和影响中供电方的责任，包含技术含义和非技术含义两个方面：技术含义有电压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量(qualityofservice)包括供电企业对用户投诉的反应速度和电力价格等。供电质量对工业和公用事业用户的安全生产、经济效益和人民生活有着很大的影响。供电质量恶化会引起用电设备的效率和功率因数降低，损耗增加，寿命缩短，产品品质下降，电子和自动化设备失灵等。

用电质量(qualityofconsumption)：是对供电服务质量的补充，也称为耗电质量，包括电流质量和非技术含义，如用户是否按时、如数缴纳电费等，它反映供用双方相互作用与影响用电方的责任和义务。

二．主要指标

1.电压允许偏差

电压是电能质量的重要指标之一，电压质量好坏对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有着重要的影响。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，电力系统供电实测电压对额定电压的偏差。其计算公式为：

电压偏差（％）＝（Umax-Umin）/UN×100％

2.频率偏差

频率偏差是指电力系统的实际值与额定值之差。一般来讲，频率在额定值附近微小变动和偏离，短时不易察觉，但是其累计效果确实明显的。电力系统若长期处于低频下运行，电钟计时就会不准，电动机转速就会下降，实际负荷功率也讲降低，有些工厂可能出现次品；对于发电厂的汽轮机来说，当频率下降时叶片震动变大，甚至产生共振现象。某些形式的汽

轮机若长时间在频率低于49～49.5Hz 下运行，叶片容易断裂。当然，系统频率过高也是不行的。

3.谐波含量

电网谐波是指对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1的整次倍分量。对谐波的测量一般包括：各次谐波量、各次谐波含有率、奇次谐波含有率、偶次谐波含有率、总谐波畸变率。

在电能质量的各项指标钟，受干扰负荷影响，谐波是最普遍的，这是因为非线性负荷在快速增长，电网的谐波水平在不断提高。由于谐波干扰导致电气设备异常合适固有逐年增加的趋势，因此公用电网谐波标准在控制谐波危害，保障电网和用户的安全、经济运行和正常生产上的重要作用。电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加，同时可能引起继电保护和自动装置的误动，仪器指示和电度计量不准以及通讯受干扰等一系列问题。即使各级电网谐波限制在标准之内，由于谐波引起的损耗以及电气设备绝缘寿命的缩短所造成的等值损失电量也很可观，约为用电量的7％。如果电网钟谐波严重超标或发生谐波谐振，则损耗将大大增加。

4.电压波动和闪变

电力网的瞬时值电压随时间作周期性变化，在工程上通常以电压整周期的方均根来衡量电压的大小。 V rms k=∑=N

k Uk N 12)(1

供电电压在两个相邻的，持续1s 以上的电压方均根值U1和U2之间的差值，称为电压变动，通常多以标准电压Un 的百分数来表示电压变动的相对百分值d ，即

d=(U1-U2)/Un ×100％

电压波动为一系列电压变动或连续的改变。电压波动值为相邻电压方均根值的两个极值Umax 和Umin 之差，常多以标准电压Un 的百分数来表示电压波动的相对百分值d

d ＝（Umax －Umin ）/Un ×100％

电压闪变是指人眼对由电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。它通常是以白炽灯的通光量作为判断。影响闪变的因素包括供电电压的波动、照明装置和人的视感度等。闪变可分为周期性和非周期性两种。前者主要是由于周期性的电压波动引起的，如往复式压缩机、电弧炉灯，后者往往与随机性电压波动有关，如电焊机等。

5.三相电压不平衡

在三相三线制供电系统中，各相的电压和电流应处于频率相同，幅度大小相等、相位互差120度，称为三相对称，否则称为三相不对称，此时三相相量中有正序分量和负序分量。不平衡度即负序分量有效值U2与正序分量有效值U1之比

％（％）＝10012?U U ε

三相不平衡对发电机产生很大的危害。负序电流在气隙中产生逆转的磁场，它给转子带来了额外的损耗。这些损耗包括在励磁绕组里感应的100HZ 电流所引起的附加损耗以及在转子表面由于感应的涡流所产生的附加表面损耗。如果同步发电机具有阻尼绕组，在阻尼绕组中也引起损耗，造成转子温升的提高。对水轮发电机，会产生附加振动，危及发电机的安全。

三．产生的危害

1.电压偏差过大所产生的危害:

①对用电设备的危害：当电压偏离标称电压较大时，用电设备的运行性能恶化，不仅运行效率降低，还可能由于过电压或过电流而损坏。例如，当电压高于标称电压5%时，白炽灯的寿命会减少30%，当电压高于标称电压10%时，白炽灯的寿命会减小一半，从而使白炽灯的损坏数量大大增加，当电压低于标称电压的5%时，白炽灯的光通量减少18%。当电压低于标称电压10%时，光通量减少30%，从而使照度显著降低。电压过低或过高都会使电动机的温升增加，若电动机长时间处于较大的电压偏差下运行，就可能烧坏电动机绕组，使绕组绝缘老化而缩短电动机的寿命。由于许多家用电器内部都装有动力装置，也即是各种类型的电动机，电压偏差过大同样会影响它们的使用效率和寿命，严重影响人们的正常生活。

②对电网的危害:输电线路的输送功率受功率稳定极限的限制，而线路的静态稳定功率极限近似与线路的电压平方成正比。系统运行电压偏低，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系统频率不稳定现象，甚至导致电力系统频率崩溃，造成系统解列。如果电力系统缺乏无功电源，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃。

2.频率偏差过大所产生的危害:

①对用电负荷: 工业企业所使用的用电设备大多数是异步电动机，其转速与系统频率有关，系统频率变化将引起电动机转速改变，从而影响产品质量,降低劳动生产率。电动机的输出功率与系统频率有关，系统频率下降使电动机的输出功率降低，从而影响所传动机械的出力,使电子设备不能正常工作，甚至停止运行,而电子设备对系统频率非常敏感，系统频率的不稳定会影响这些电子设备的工作特性，降低准确度，造成误差。

②对电力系统: 降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃。汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳损伤和断裂，处于低频率电力系统中的异步电动机和变压器其主磁通会增加，系统所需无功功率大为增加，导致系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难。无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比，当系统频率下降时，电容器的无功出力成比例降低，不利于系统电压的调整，使感应式电能表的计量误差加大。

3.三相不平衡所产生的危害：

①对感应电动机: 电动机的负序电抗很小，所以负序电压产生的负序电流很大，使电动机的铜损增加。铜损的加大不仅使电动机效率降低，同时使电动机过热，导致绝缘老化过程加快。

②对变压器：变压器处于不平衡负载下运行时，变压器容量得不到充分利用。研究表明，变压器工作在标称负载下，当电流不平衡度为10%时，变压器绝缘寿命约缩短16%。

③对换流器：三相不平衡使换流器的触发角不对称，换流器将产生较大的非特征谐波。非特征谐波电流的出现对换流器的谐波治理提出了更高的要求，直接导致换流器总投资的加大。

四．结论

电能质量分析是对各种电能质量指标进行实时测量与数据采集，对电能质量各项指标进行综合评价。针对各种指标的具体特征对电能质量问题进行分析，制定改善电能质量和治理电网污染的具体措施。能取得良好的经济和社会效益，提高电网安全经济运行，提高供电公司运营效益，提高电能利用率。

电气2011级1班