电能质量影响因素及其危害性

电能质量影响因素及其危害性••影响与危害电能质量的因素主要包括哪些方面？电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量，从技术上讲，影响电能质量的因素主要包括三个方面：（1）自然现象的因素，如雷击、风暴、雨雪等对电能质量的影响，使电网发生事故，造成供电可靠性降低。

（2）电力设备及装置的自动保护及正常运行的因素，如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等对电能质量的影响，使额定电压暂时降低、产生波动与闪变等。

（3）电力用户的非线性负荷、冲击性负荷等大量投运的因素，如炼钢电弧炉、电气化机车运行等对电能质量的影响，使公用电网产生大量的谐波干扰、产生电压扰动、产生电压波动与闪变等。

•电压质量是怎样受到影响的？电能质量的关键指标中，电源电压质量的标准是一项重要的内容，它主要以频率质量指标和电压质量指标来衡量。

频率质量指标为频率允许偏差的标准；电压质量指标包括电压幅值质量和波形质量。

幅值质量包括电压允许偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、瞬时过电压与暂态过电压等。

波形质量包括谐波含量和电压正弦波波形的畸变率。

电压质量主要是受到大容量非线性负荷及冲击性负荷的影响。

凡是具有非线性阻抗特性的电气设备都是电能质量的污染源，包括各种电力电子设备的用电负荷、炼钢电弧炉负荷、电力机车负荷等，使电网中产生电压波动与闪变、产生高次谐波电压、造成系统电压不平衡等，从而引起电压正弦波形畸变。

冲击性负荷的影响，主要使电网中大功率用电设备的启动和切换。

电能质量的污染，影响到电力系统、电力用户、通信系统及其他相关行业。

因此，电源电压质量指标恶化并造成危害不仅影响了电力系统和相关领域的正常运行，而且对正常的安全可靠用电也造成了一定的威胁。

认识电能质量污染的影响并采取相应的防范措施和对策，确保电能的高品质，是幼稚供电服务的一项重要内容。

•引起电压骤降的原因是什么？电力系统电压骤降是指供电电压幅值（有效值）短暂降低，随后恢复正常的特征。

根据欧洲标准EN50160以及美国国际电气电子工程师协会推荐标准IEEE Std1159－1992，电压骤降的定义为：供电电压有效值突然降至额定电压的90％～10％（0.9p.u.~0.1p.u.），然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为10ms~60s。

供电可靠性反映的是供电中断程度，一般只考虑持续时间5min 以上的电压中断问题，有些国家对1min以下的中断不予统计。

随着经济的发展，高科技设备得到了广泛的应用。

这些设备对电压变化很敏感，短时的供电中断或电压有效值下降，往往会造成设备不能正常运行、发生停机等事故。

电压骤降就是针对这一问题提出的。

引起电压骤降的主要原因是电网或用电设备发生雷击、外力短路故障，一些用电设备（如电动机）启动或突然加荷也会造成电网电压瞬时下降。

与长时间供电中断事故相比，电压骤降又发生频度高、事故原因不易觉察的特点，处理起来也比较困难。

•电压骤降对一些设备有哪些影响？（1）对冷却控制器。

当电压低于80％时，控制器动作将制冷电机切除，导致生产损失。

（2）对芯片测试仪。

当电压低于85％时，测试仪停止工作，芯片、主板被毁坏。

（3）对可编程控制器。

当电压低于81％时，可编程控制器（PLC）停止工作；而一些I/O设备，当电压低于90％、持续时间仅几个周波，就有可能被切除。

（4）对机器人控制的精密加工器具。

当电压低于90％、持续时间达到40～60ms，就可能跳闸。

（5）对直流电机。

当电压低于80％时，即可能发生跳闸事故。

（6）对变频调速器。

当电压低于70％、持续时间超过120ms时，可能被退出运行。

而对于一些精密加工机械的电机，当电压低于90％、持续时间超过60ms，也可能发生因跳闸而退出运行。

（7）对交流接触器。

当电压低于50％、持续时间超过20ms，即可能发生脱扣断电。

（8）对计算机。

当电压低于60％、持续时间超过240ms，计算机的数据将可能丢失等。

•三次谐波产生的特点及影响有哪些？电网中的谐波主要指频率为工频（基波频率）整数倍成分的谐波及工频非整数倍成分的间谐波。

它们都是造成电网电能质量污染的重要原因。

电网中的三次谐波是谐波影响的主要成分之一，除电气化铁路荷电弧炉负荷是主要谐波源以外，根据大量现场测试的分析结果证实，电力变压器也是电力系统中三次谐波的一个重要谐波源。

电力变压器的激磁电流、铁心饱荷及三相电路荷磁路的不对称，致使在变压器三角Z绕组的线电压和线电流中也仍然存在三次谐波分量，尤其在负荷低谷时，随着电网电压的升高，变压器铁心饱和程度加剧，产生的三次谐波含量也随之增大。

随着电网大量电容装置的投运，通过对现场谐波实测发现，三次谐波并不是只有零序分量可被变压器三角绕组所环路，而是波及全网，并给电容装置及电网的正常运行带来影响和威胁。

例如，电容装置盲目采用串联电抗率为5％～6％的电抗接入电网后，引起三次谐波的放大和导致发生谐振的情况，已为大量的现场事故案例所证实。

三次谐波的产生，还包括大功率晶闸管整流装置及大量开发应用的电力电子器件，炼钢电弧炉及轧机容量的增大，电气化铁路交通的发展应用，包括UPS电源、电子调速装备、节能型灯具及家用电器中的计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备应用的大量增加，使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多，造成电网电能质量的污染的影响也越来越大。

在这些设备集中使用的地区，如工厂车间、公寓大厦、居民小区、写字楼、酒店商厦等，谐波污染已相当严重。

谐波污染的影响使电能质量明显下降，因此，对电能质量谐波污染的抑制和治理已刻不容缓。

•谐波源主要包括哪些设备？1.电力电子设备电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其他SCR控制系统登。

由于工业与民用电力设备常用到这类电力电子设备和电路，如整流和变频电路，其负载性质一般分为感性和容性两种，感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。

而容性负载的单相整流电路，由于电容电压会通过整流管向电源反馈，属于电压型谐波源，其谐波含量与电容值的大小有关，电容值越大，谐波含量越大。

变频电路谐波源由于采用的是相位控制，其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波，还含有非整数倍数的间谐波。

2.可饱和设备可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。

可饱和设备是非线性设备，其铁心材料具有非线性磁化曲线和磁滞回线，在正弦波电压的作用下，励磁电流为对称函数，并满足。

应用傅立叶级数分解时仅含有奇次项，对于三相对称的变压器，3次谐波的奇数倍（3次，6次，9次……）谐波均为零序，可认为变压器是只产生奇次谐波的电流源型谐波源。

变压器的谐波次数还受到一、二次侧接线方式的影响，谐波的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程序越高，谐波电流就越大。

与电力电子设备和电弧设备相比，可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下，其谐波的幅值往往可以忽略。

3.电弧炉设备及气体电光源设备（1）电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波。

（2）气体电光源包括荧光灯、卤化灯、霓虹灯灯。

根据这类气体放电光源的伏安特性，其非线性特性十分严重，同时含有负的伏安特性。

而气体灯具工作时要与电感性镇流器相串联，并使其综合伏安特性不再为负才能正常工作。

由于镇流器的非线性相当严重，其中三次谐波含量再20％以上，其特性为对称函数，只含有奇次谐波，所以气体电光源设备属于电流源型谐波源。

•产生不同谐波量分布的行业有哪些？图2－3所提供的不同行业产生不同谐波量的分布情况，是日本电气学会公布的统计结果。

•谐波污染对电网有哪些具体影响？谐波污染对电网的影响主要表现在：（1）造成电网的功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热灯，特别是三次谐波会产生非常打的中性线电流，使得配电变压器的零线电流甚至超过相线电流值，造成设备的不安全运行。

谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性的影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂灯。

（2）引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电压互感器灯设备损坏；造成变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，引起电力变压器、电力电缆、电动机等设备发热，电容器损坏，并加速绝缘材料的老化；造成断路器电弧熄灭时间的延长，影响断路器的开断容器；造成电子元器件的继电保护或自动装置误动作；影响电子仪表和通信系统的正常工作，降低通信质量；增大附加磁场的干扰等。

•谐波对电力电容器有哪些影响？当配电系统非线性用电负荷比重较大，并联电容器组投入时，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流打，使电容器过负荷而严重影响其使用寿命，另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大使电容器过热而导致损坏。

因此，电压谐波和电流谐波超标，都会使电容器的工作电流增大和出现异常，例如，对于常用自愈式并联电容器，其允许过电流倍数是1.3倍额定电流，当电容器的电流超过这一限制时，将会造成电容器的损坏增加、发热异常、绝缘加速老化而导致使用寿命降低，甚至造成损坏事故。

同时，谐波使工频正弦波形发生畸变，产生锯齿状尖顶波，易在绝缘介质中引发局部放电，长时间的局部放电也会加速绝缘介质的老化、自愈性能下降，而容易导致电容器损坏。

按照电力系统谐波管理规定，电网中任何一点电压正弦波的畸变率（歌词谐波电压有效值的均方根与基波电压有效值的百分比），均不得超过表2－5规定。

表2－5 电网电压正弦波形畸变极限值•谐波对电力变压器有哪些影响？（1）谐波电流使变压器的铜耗增加，引起局部过热，振动，噪声增大，绕组附加发热等。

（2）谐波电压引起的附加损耗使变压器的磁滞及涡流损耗增加，当系统运行电压偏高或三相不对称时，励磁电流中的谐波分量增加，绝缘材料承受的电气应力增大，影响绝缘的局部放电和介质增大。

对三角形连接的绕组，零序性谐波在绕组内形成换流，使绕组温度升高。

（3）变压器励磁电流中含谐波电流，引起合闸涌流中谐波电流过大，这种谐波电流在发生谐振时的条件下对变压器的安全运行将造成威胁。

•谐波对电力避雷器有哪些影响？变电站大容量、高电压的变压器由于合闸涌流的过程时间比较长，能够延续数秒或更长的时间，有时还会引起谐振过电压，并使相关避雷器的放电时间过长而受到损坏。

这一问题对选择保护高压滤波器中电感或电容元件用的避雷器参数带来较大的困难。

•谐波对输电线路有哪些影响？（1）谐波污染增加了输电线路的损耗。

输电线路中的谐波电流加上集肤效应的影响，将产生附加损耗，使得输电线路损耗增加。

特别是在电力系统三相不对称运行时，对中性点直接接地的供电系统线损的增加尤为显著。

（2）谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂移。

在低压配电网络中，零序电流和零序性的谐波电流（3次，6次、9次……）不仅会引起中性线电流大大增加，造成过负荷发热，使损耗增加，而且产生压降，引起零电位漂移，降低了供电的电能质量。