淺議電能質量及其提高

葛露萍

（新時代國際工程公司 陜西西安 710000）

淺議電能質量及其提高

葛露萍

（新時代國際工程公司 陜西西安 710000）

本文簡要介紹了影響電能質量的因素，并從頻率和電壓兩個衡量電能質量的指標入手，一一做出了論述，并給出了提高電能質量的方案。

電能質量；頻率；電壓；電壓偏差；電壓波動

隨著科學技術的進步和生產過程的高度自動化，用戶對電能質量的要求也逐步提高，在這樣的環境下，探討電能質量領域的相關理論及其提高的方式，具有很強的現實意義。

1 電能質量的影響因素

電能質量會對電力系統供電安全與供電質量產生直接影響，電能質量的影響因素主要包含以下幾個方面：

（1）自然現象的影響，如雷擊、雨雪、風暴等對于電能質量狀況的影響，使電網出現事故，降低供電的可靠性。

（2）電力裝置及設備的自動保護的影響，如大型電力裝置的停止與啟動、自動開關跳閘、重合閘等對于電能質量產生的影響，可暫時降低額定電壓，并引發波動和閃變等。

（3）電力用戶沖擊性負載、非線性負載等大量投運的影響，如電氣化機車、煉鋼電弧爐等運行對于電能質量產生的影響，使得公用電網出現大量諧波干擾，引起電壓擾動，造成電壓波動和閃變。

2 電能質量衡量指標分析

電力系統中的所有設備，都是在一定的電壓和頻率下工作的。頻率和電壓是衡量電能質量的兩個基本參數。

2.1 頻率對電能質量的影響

電力系統頻率是指電力系統統一的一種運行參數，國家標準《電力系統頻率允許偏差》（CB/T15945-1995）規定以50Hz正弦波作為我國電力系統的標準頻率（工頻），且規定電力體系的正常頻率標準是50±0.2Hz。在系統容量相對較低時，能放寬至50±0.5Hz。然而《電力系統頻率允許偏差》（CB/T15945-1995）內并未對系統的容量大小界限進行說明，全國供用電標準中規定供電局的允許供電頻率偏差：當電網容量為3000MW及較高時是0.2Hz；當電網容量低于3000MW時是0.5Hz。在實際運行過程中，國內各跨省電力體系頻率允許偏差均要保持于+0.1～-0.1Hz范圍內。因此，電壓頻率目前在電能質量中最有保障。

當電力系統處于低頻率運行中時，將產生下面不利的影響：低壓級汽輪機葉片將因振動增大而引起裂紋，甚者將導致斷落故障；電廠中的所有交流電動機轉速會相應下降，使風機、磨煤機、給水泵等輔助型機械出力降低，從而對火力發電廠出力產生嚴重影響，使得頻率進一步降低，引發惡性循環；并且所有用戶交流電動機轉速也將降低，從而工農業質量和產量將得到不同程度的降低。

當電力系統處于高頻率運行狀態時會引起系統電壓增大，危害電力裝置絕緣，增大用戶與系統損耗等。

避免電力系統出現頻率偏差的措施主要包括：提升日負荷曲線的預測精確度，使得計劃開機發電出力和實際負荷偏差相對較少；應充分發揮出AGC功能，并嚴格要求其在正常運行下系統的頻率偏差不超過規定值。當處于故障狀態，系統的頻率降低時，通過系統旋轉的備用容量，實施減負荷低頻率，對部分次要性負荷自動切除；當升高頻率時，會迅速降低發電機的出力，甚至在高頻率進行切機，以使得系統頻率得以盡快恢復到額定值范圍。

2.2 電壓對電能質量的影響

電壓質量是按照國家標準或規范對電力系統電壓的偏差、波動、波形及其三相的對稱性等的一種質量評估。

2.2.1 電壓偏差

（1）電壓偏差又稱為電壓偏移，是指給定瞬間設備的端電壓U與設備額定電壓UN之差對額定電壓UN的百分比值，即：

（2）電壓偏差對設備運行的影響

①對異步電動機的影響

當異步電動機端電壓較其額定電壓低10％時，由于轉矩M與端電壓U的平方成正比，因此實際轉矩將只有額定轉矩的81％，而負荷電流將增大5～10％以上，溫升將增高10～15％以上，絕緣老化程度將比規定增加一倍以上，從而明顯地縮短電動機的適用壽命。

由于轉矩減小，轉速下降，不僅會降低生產效率，減少產量，而且還會影響產品質量，增加廢次品。當其端電壓較其額定電壓偏高時，負荷電流和溫升也將增加，絕緣相應受損，對電動機同樣不利，也要縮短其使用壽命。

②對同步電動機的影響

當同步電動機的端電壓偏高或偏低時，由于轉矩也要按電壓平方成正比變化，因此同步電動機的電壓偏差，除了不會影響其轉速外，其他如對轉矩、電流和溫升等的影響，均與感應電動機相同。

③對電光源的影響

電壓偏差對熒光燈及其他氣體放電燈的影響在于，當其端電壓偏低時，燈管不易啟燃。如果多次反復啟燃，則燈管壽命將大受影響。而且電壓降低時，照度下降，影響工作。

（3）改善電壓偏差的措施

①合理選擇變壓器的變壓比和電壓分接頭。選擇分接頭的目的是通過改變變壓器的變壓比，使最大負荷引起的電壓負偏差與最小負荷引起的電壓正偏差得到調整，使之保持在各自的合理范圍內，但不能縮小正負偏差之間的范圍。

②合理減少配電系統阻抗。例如盡量縮短線路長度，采用電纜代替架空線，加大電纜或導線的截面等。

③合理補償無功功率，并調整并聯補償電容器組接入容量。

④盡量使三相負荷平衡。

⑤改變供配電系統運行方式。如切、合聯絡線或將變壓器并、分列運行，以借助配電系統阻抗的改變，來調整電壓的偏差。

2.2.2 電壓波動

（1）電壓波動是指電網電壓有效值連續快速地變動。

電壓波動值，以用戶公共供電點的在時間上相鄰的最大與最小電壓有效值Umax與Umin之差對電網額定電壓UN的百分比值來表示，即：

（2）電壓波動的產生與危害

電壓波動是由于負荷急劇變動的沖擊性負荷所引起的。負荷急劇變動，使電網的電壓損耗相應變動，從而使用戶公共供電點的電壓出現波動現象。

電網電壓波動可影響電動機的正常起動；會引起同步電動機的轉子振動；可使電子設備和電子計算機無法正常工作等。可使照明燈光發生明顯的閃變，嚴重影響視覺。

（3）抑制電壓波動的措施

①對負荷變動劇烈的大型電氣設備，采用專用線路或專用變壓器單獨供電。

②設法增大供電容量，減小系統阻抗。

③在系統發生嚴重電壓波動之時，切除或減少引發電壓波動的電網負荷。

④對大容量的電弧爐變壓器，適合以較大短路容量的電網進行供電，通常是選用電壓等級更高的電網進行供電。

⑤對于大型沖擊負荷，若采取以上措施仍然無法達到要求，則可以安裝對沖擊性無功功率進行“吸收”的靜止式無功補償設備（SVC）。

2.2.3 電網諧波

（1）諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數分解所得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻（50Hz）相同的分量。

（2）諧波的產生與危害

①造成電網功率損耗的增大、縮短設備壽命、使接地保護性能和遙控性能失常以及設備與線路過熱等，尤其是三次諧波將在中性線產生極大的電流，致使配電變壓器零線電流超過相線的電流值，引起設備運行的不安全性。諧波對于電網可靠性、穩定性、安全性的影響，還體現在可能造成電網諧振，使正常供電中斷，擴大事故甚至造成電網的解裂等。

②造成變電站的局部串聯或并聯諧振，引起電壓互感器設備的損壞；致使變電站體系中的元件和設備上出現附加諧波耗損，造成電力電纜和電力變壓器以及電動機等裝置發熱，損壞電容器，并使絕緣材料加速老化；延長斷路器熄滅電弧的時間，并對斷路器開斷容量產生影響；使得電子元件自動裝置或繼電保護的誤動作；同時，也會影響通信系統和電子儀表的正常運行，使通信質量降低；增大了附加磁場干擾等。

（3）抑制諧波的措施

抑制高次諧波主要有以下幾個方面：

①供各種大功率非線性用電裝置的變壓器通過較大短路容量的網絡進行供電，且電網短路容量如果越大，則其對非線性負載的承受性能會越高。

②采取多相整流型電路。對整流變壓器的二次繞組連接方法進行變更，可得到多相整流型電路，相數越多則整流電壓的最低次諧波的頻率將越高，其幅值也越小，從而對電網的波形影響將會越小。

③采用Dyn11聯結組別的三相配電變壓器，可以消除3次及3的整數倍次的高次諧波。

④裝設各種類型的濾波器。在交流裝置附近接入濾波器是抑制和吸收高次諧波的有效措施。

⑤有源諧波濾波補償改善波形畸變。有源諧波濾波補償是消除交流電源側諧波、改善波形畸變的補償方法。

⑥在大功率的晶閘管變流裝置中采用數字式等距離觸發控制方式，可減少非線性諧波的產生。

2.2.4 三相不平衡

（1）三相不平衡的產生與危害

在三相供電系統中，如果三相的電壓或電流幅值或有效值不相等，或者三相的電壓或電流相位差不為120°時，則稱此三相電壓或電流不平衡。

三相供電系統在正常運行方式下出現三相不平衡的主要原因是三相負荷的不平衡。

三相電壓的不平衡將引發繼電保護的誤動、使電機附加上振動力矩并發熱，額定轉矩電動機，若長期處于負序4％電壓含量狀況下運行，則會因發熱而使電動機的絕緣壽命降低一半，如果某相電壓比額定電壓高，則其運行壽命降低將會更為嚴重。

（2）改善三相不平衡的措施

①使三相負荷均衡分配。在進行供配電設計時，應盡量使三相負荷均衡分配。三相系統中各相裝設的單相用電設備容量之差應不超過15％。

②使不平衡負荷分散連接。盡可能將不平衡負荷接到不同的供電點，以減少其集中連接造成電壓不平衡度可能超過允許值的問題。

③將不平衡負荷接入更高電壓的電網。由于更高電壓的電網具有更大的短路容量，例如電網短路容量大于負荷容量50倍時，就能保證連接點的電壓不平衡度小于2％。

④采用三相平衡化裝置。如具有分相補償功能的靜止型無功補償裝置（SVC）。

電能質量已成為電力企業和用戶共同關心的課題，我們應因地制宜，對癥下藥，在深入調研、現場實測、試驗研究的基礎上，改善電能質量，以滿足我們的需求。

[1]工業與民用配電設計手冊（第三版）.中國電力出版社.

[2]電能質量.《供電電壓偏差》（GB/T12325-2008）.

[3]電能質量.《電壓波動和閃變》（GB/T12326-2008）.

[4]電能質量.《公用電網諧波》（GB/T14549-1993）.

[5]電能質量.《三相電壓不平衡》（GB/T15543-2008）.

TM711

A

1004-7344（2016）02-0238-02

2016-1-4

葛露萍（1980-），女，工程師，本科，主要從事供配電設計工作。