电能质量问题及控制方法

浅谈电能质量问题及控制方法

摘要: 随着电网的快速发展，电网负荷急剧增加，其中冲击性、非线性负荷容量和数量不断增加，造成了系统电能质量不稳定，电压、电流波形畸变及电压质量下降，给用户的安全、经济运行带来了危害和影响。本文阐明了电能质量的内涵和指标,分析了电能质量的检测内容与方法,提出了改善电能质量的方法和措施。

关键词:电能质量;指标;检测;改善措施

0前言

电能是电力部门向电力用户提供由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品。电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。随着时代的进步与科技的飞速发展,现代电网与负荷构成出现新的变化趋势,由此带来的电能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视，如何更好的控制电能质量，具有很强的现实意义。

1 电能质量的内涵

电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰用户使用电力的物理特性。根据这一定义,现代电能质量除了保证额定电压和额定功率下的正弦波形外,还包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相比平衡、波形畸变、所有电压瞬变现象,如冲击脉冲、电压下跌、瞬间中断及供电连续性等。电能质量的内涵包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量四个方面的内容。电压质量是以实际电压与理想电压的偏差,反映供电部门向用户供应

的电能是否合格;电流质量是反映与电压质量有紧密关系的电流的变化,是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外,还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因数

运行;供电质量包括技术含义(有电压质量和供电可靠性)和非

技术含义(是服务质量,它包括供

电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价格的透明度等);用电质量包括电流质量和非技术含义,它反映公用双方相互作用与影响中用电方的责任和义务。

2电能质量的指标

电能质量指标的确定是质量、安全、经济三方面综合优化的结果,根据实际的运行经验和相关标准的规定,供配电系统中影响电

能质量的重要因素主要包括电压偏差、电压波动和闪变、频率偏差、三相电压不平衡及暂时过电压和瞬态过电压。

2.1电压偏差

电压偏差的定义为实际电压偏离额定电压的百分比。造成电网电压偏差的最主要原因是无功

功率的传输,它是由于电网中的用户负荷变化或电力系统运行

方式的改变,使加到用电设备的电压偏离其额定电压。电压偏差是指电力系统在正常运行条件下,供电电压对额定电压的偏离程度:

《电能质量供电电压允许偏差》(gb12325—2003)对电压偏差的限值规定为35 kv及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过

10%; 10 kv及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%;单相供电电压允许偏差为+7% ~-10%。

2.2电压波动和闪变

电压波动即电压方均根植(有效值)一系列的变动或连续的改变;闪变即灯光照度不稳定造成的视感。电压波动与闪变主要是由冲击性功率负荷(如电力牵引机、炼钢电弧炉、电弧焊机和轧钢机等)引起的。这些非线性、不平衡冲击性负荷产生的有功和无功功率会随机或者周期性的变动,有功和无功的剧烈变化将会使电压产生周期性或随机的变化,从而使同一电网上其他用户电压以相同的方式波动。电压波动对诸如调速电机、计算机、plc、芯片制造生产流程线这些对电压质量要求很高的敏感性负荷影响巨大,造成的经济损失也不容忽视。电压闪变超过限度值使照明负荷无法正常工作,损害工作人员身体健康。

2.3频率偏差

频率偏差的定义为系统频率的实际值与标称值之差。产生频率偏差的主要原因是发电机的有

功输出和有功负荷不平衡。频率的变化对电力系统中的汽轮机、电动机、电气设备正常运行影响很大,严重时会引起灾难性事故发生。

2.4谐波

谐波即对周期性变流量进行傅里叶级数分解,得到频率大于1的整数倍极薄频率的分量。它是由电网中非线性负荷产生,例如可硅

控整流装置,电弧设备、电气化机车、变压器等都是高次谐波的电流源,它们接入电网后将使系统母线电压畸变。高次谐波会使发电机端电压波形产生畸变,从而影响供电电压质量;谐波会引起供电线路损耗增加,损坏电气设备、降低供电可靠性,还会干扰和破坏控制、测量、保护、通讯和家用电器的正常工作,谐波还加快旋转电机、变压器、电容器、电缆等电器元件中绝缘介质的电离过程,使其发热绝缘老化寿命降低。间谐波是指非整数倍基波频率的谐波,这类谐波可以是离散频谱的或连续频谱的,但其危害等同于整数次谐波电压,其抑制与消除却比整数次谐波困难得多,间谐波电压是由较大的波动或冲击性非线性负荷引起的。

2.5三相电压不平衡

电压不平衡的定义是三相电压在幅值上不同或相位差不是120°或兼而有之,不平衡度是指三相电力系统中三相不平衡的程度,用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根植百分比表示。造成三相不平衡的主要原因有2类:一类是大容量非对称负荷的接入,如电力机车、炼钢电弧炉等;另一类是电网的谐波造成的三相不平衡。除此之外,系统故障,例如,短路故障也会造成三相不平衡。三相不平衡问题对整个电网的安全运行都会产生不良影响。

2.6暂时过电压和瞬态过电压

按过电压的波形特点分为暂时过电压和瞬态过电压两大类,因为过电压的波形、幅值和持续时间决定了对设备绝缘和保护装置的

影响。暂时过电压的定义是在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的(以工频或其一定的倍数、分数)振荡的过电压。瞬态过电压的定义是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,它可以叠加于暂时过电压上，造成暂时过电压和瞬态过电压的重要原因是由于开关操作或雷击等引起的。

3电能质量问题产生主要原因

随着系统中非线性负荷的不断增加,电力系统受到的谐波污染也越来越严重,加上电力系统可能出现的各种故障,均会影响系统的电能质量。

3·1非线性负载

在工业和生活用电负载中非线性负载占很大比例,也是电力系统谐波的主要来源。荧光灯和电弧炉是主要的非线性负载。电弧炉的谐波主要由起弧的延时和电弧的严重非线性引起。电弧长度的不稳定性和随机性,使电流谐波频谱复杂,而且随时间会有明显的变化。大功率整流或变频装置等也属非线性负载,会产生严重的谐波电流,对电网造成严重污染,使功率因数降低。

3·2电力系统的非线性

在电力电子装置大量使用前,电力系统中主要谐波源是发电机和电力变压器。发电机是公用电网的电源,在实际运行中,由于多种原因使发电机的感应电动势不是理想的正弦波(其输出电压中含有一定的谐波)。变压器谐波电流是由励磁回路的非线性引起。产生谐波电流的大小与变压器的铁心结构、铁心饱和程度及变压器的连