1 電能質(zhì)量的定義 （1）IEC（1000-2-2/4）標(biāo)準(zhǔn)：供電裝置正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性。 （2）一種簡潔的定義：電壓或電流的幅值、頻率、波形等參量距規(guī)定值的偏差。 表1 電能質(zhì)量分類表 | 序號 | 類型 | 內(nèi)容 | | 1 | 頻率偏差 | 電網(wǎng)頻率的實際值和標(biāo)稱值之差 | | 2 | 電壓幅值 | 過電壓 | 電壓為額定值的110%～120%，持續(xù)時間大于60s | | 欠電壓 | 電壓為額定值的80%～90%，持續(xù)時間大于60s | | 電壓上升 | 電壓或電流有效值升至額定值的110%以上，典型值為額定值的110%～180%，持續(xù)時間為0.5個周波至60s | | 電壓跌落 | 電壓有效值降至額定值的10%～90%，持續(xù)時間為0.5個周波至60s | | 電壓瞬變 | 指在一定時間間隔內(nèi)兩個穩(wěn)態(tài)量之間的變化。電壓瞬變可以是任意極性的單方向脈沖或是第一個峰值為任意極性的衰減振蕩波 | | 電壓缺口 | 持續(xù)時間小于0.5個周波的周期性電壓擾動。電壓缺口主要是電力電子裝置由一相換至另一相時參與換相的電路瞬時短路造成的 | | 電壓中斷 | 在一相或多相線路中完全失去電壓(低于額定值的10%)一段時間。持續(xù)時間0.5個周期至3s為瞬時中斷；持續(xù)時間3s至60s為暫時中斷；持續(xù)時間大于60s為持續(xù)中斷 | | 電壓波動與閃變 | 電壓波動是指電壓幅值在一定范圍內(nèi)有規(guī)律或隨機地變化。其幅值變化通常為額定值的90%～110%。這種電壓波動通常稱為電壓閃變。閃變一詞是從電壓波動引起電燈的閃動得來的。在輸電和配電系統(tǒng)中電壓閃變主要是由電弧爐引起的 | | 3 | 電壓波形 | 諧波 | 對周期性的變流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，得到頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量 | | 間諧波 | 頻率不是電源基波頻率整數(shù)倍正弦分量 | | 4 | 電壓 不平衡度 | 負(fù)序分量與正序分量的方均根值百分比 | | 5 | 信號電壓 | 在電力傳輸線上的高頻信號，用于通信和控制 | 3 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 表2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) | 序號 | 標(biāo)準(zhǔn)名稱 | 內(nèi)容 | | 1 | 《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》(GB／T15945-1995) | 電力系統(tǒng)頻率偏差允許值為0.2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較大時，偏差值可放寬到+0.5Hz～-0.5Hz | | 2 | 《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》 (GBl2325-1990) | (1) | 35kY及以上供電和對電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的正負(fù)偏差絕對值之和不超過10％ | | (2) | 10kV及以下高壓供電和低壓三相用戶為額定電壓的+7％～-7％ | | (3) | 220V低壓單相用戶為額定電壓的+7％～-10％
| | 3 | 《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》 (GBl2326-2000) | 規(guī)定了各級電壓下的閃變限制值 | | 4 | 《電能質(zhì)量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》（GB／T18481-2001） | 規(guī)定了交流電力系統(tǒng)中作用于電氣設(shè)備的暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓要求、電氣設(shè)備絕緣要求以及過電壓保護(hù)方法 | | 5 | 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 (GB／T14529-1993) | 規(guī)定了各電壓級總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率限制值，諧波電流允許值，見表3、4 | | 6 | 《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB／T15543-1995) | 電力系統(tǒng)公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2％，短時不得超過4％，每個用戶不得超過1．3％ | | 7 | 功率因數(shù) （《全國供用電規(guī)則》規(guī)定） | 高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)在0.90以上；其他100KVA（KW）及以上電力用戶和大中型電力排灌站，功率因數(shù)在0.85以上；農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)在0.80以上 | 表3 注入公共連接點的諧波電流允許值 | 序號 | 標(biāo)準(zhǔn)電壓（kV） | 基準(zhǔn)短路量（MVA） | 諧波次數(shù)及諧波電流允許值 | | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | | 1 | 0.38 | 10 | 78 | 62 | 39 | 62 | 26 | 44 | 19 | 21 | 16 | 28 | 13 | 24 | 11 | 12 | 9.7 | 18 | 8.6 | 16 | 7.8 | | 2 | 6 | 100 | 43 | 34 | 21 | 34 | 14 | 24 | 11 | 11 | 8.5 | 16 | 7.1 | 13 | 6.1 | 6.8 | 5.3 | 10 | 4.7 | 9.0 | 4.3 | | 3 | 10 | 100 | 26 | 20 | 13 | 20 | 8.5 | 15 | 6.4 | 6.8 | 5.1 | 9.3 | 4.3 | 7.9 | 3.7 | 4.1 | 3.2 | 6.0 | 2.8 | 5.4 | 2.6 | | 4 | 35 | 250 | 15 | 12 | 7.7 | 12 | 5.1 | 8.8 | 3.8 | 4.1 | 3.1 | 5.6 | 2.6 | 4.7 | 2.2 | 2.5 | 1.9 | 3.6 | 1.7 | 3.2 | 1.5 | | 5 | 66 | 500 | 16 | 13 | 8.1 | 13 | 5.4 | 9.3 | 4.1 | 4.3 | 3.3 | 5.9 | 2.7 | 5.0 | 2.3 | 2.6 | 2.0 | 3.8 | 1.8 | 3.4 | 1.6 | | 6 | 110 | 750 | 12 | 9.6 | 6.0 | 9.6 | 4.0 | 6.8 | 3.0 | 3.2 | 2.4 | 4.3 | 2.0 | 3.7 | 1.7 | 1.9 | 1.5 | 2.8 | 1.3 | 2.5 | 1.2 | 表4 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值 | 序號 | 電網(wǎng)標(biāo)稱電壓 ?。ǎ耄郑?/div> | 電壓總諧波畸變率 （％） | 各次諧波電壓含有率（％） | | 奇此 | 偶次 | | 1 | 0.38 | 5.0 | 4.0 | 2.0 | | 2 | 6 | 4.0 | 3.2 | 1.6 | | 10 | | 3 | 35 | 3.0 | 2.4 | 1.2 | | 66 | | 4 | 110 | 2.0 | 1.6 | 0.8 | 表5 電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因 | 序號 | 名稱 | 產(chǎn)生原因 | | 1 | 電壓偏差 | 電流流經(jīng)傳輸網(wǎng)時在其內(nèi)阻抗上產(chǎn)生的壓降所致 | | 2 | 頻率偏差 | 負(fù)荷功率波動情況下原動機輸出功率的跟蹤響應(yīng)滯后所致 | | 3 | 三相不平衡度 | 各相負(fù)荷的不平衡用電特性所造成 | | 4 | 諧波 | 電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷所造成 | | 5 | 電壓波動 | 負(fù)荷功率（無功）的波動產(chǎn)生 | | 6 | 閃變 | 電壓波動引起 | 5 產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備 表6 產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備 | 序號 | 設(shè)備 | 原因 | | 1 | 晶閘管 整流設(shè)備 | 由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。 | | 2 | 變頻裝置 | 變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。 | | 3 | 電弧爐 電石爐 | 由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2、 7次的諧波，平均可達(dá)基波的8% 、20%，最大可達(dá)45%。 | | 4 | 氣體放電 類電光源 | 熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。 | | 5 | 家用電器 | 電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。 | 6 諧波的危害 表7 諧波造成的主要危害 | 序號 | 危害 | 主要體現(xiàn) | | 1 | 增加損耗 | 電流諧波增加銅損，電壓諧波增加鐵損，由此增加了變壓器和傳輸導(dǎo)線的損耗，浪費電能，并且還降低了變壓器的容量。 | | 2 | 影響設(shè)備絕緣 降低設(shè)備壽命 | 諧波引起變壓器、電動機和傳輸導(dǎo)線的溫度上升，破壞絕緣，降低壽命。 | | 3 | 燒壞設(shè)備 | 由于電容器在設(shè)計時規(guī)定其最大電流只允許35%的超載，但實際運轉(zhuǎn)時，因為諧波的影響，以致常發(fā)生嚴(yán)重過載，造成電容器鼓肚或爆炸。電路板由于對電源要求比較高，由于諧波經(jīng)常使其燒壞。 | | 4 | 污染電網(wǎng) | 未經(jīng)治理的電流諧波，會注入到公共電網(wǎng)中，造成諧波對電網(wǎng)的污染，不只增加電網(wǎng)損耗，還使其他用戶受到諧波影響。 | | 5 | 影響生產(chǎn)穩(wěn)定造成生產(chǎn)故障 | 對于生產(chǎn)設(shè)備精密、自動化水平高的生產(chǎn)線，比如工廠的精密生產(chǎn)線，諧波經(jīng)常破壞其穩(wěn)定性，引起生產(chǎn)故障，使生產(chǎn)被迫停止，造成極大的經(jīng)濟損失。 | | 6 | 影響計量準(zhǔn)確 干擾指示儀表 | 電能表等計量儀表，因諧波而造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精確度。在諧波嚴(yán)重畸變情況下，指示儀表的誤差變大，對同一有效值的指示會明顯下降。 | | 7 | 干擾通信 | 諧波通過電磁感應(yīng)干擾通信，使其發(fā)生噪聲或信號丟失。通常2000~5000Hz諧波引起通信噪聲，1000Hz以上的諧波導(dǎo)致電話回路誤動。 | 表8 諧波對設(shè)備儀器的危害 | 序號 | 設(shè)備、儀器 | 危害 | | 1 | 變壓器 | 增加損耗，溫度升高，容量降低，壽命降低 | | 2 | 電動機 | 增加額外發(fā)熱，影響絕緣，降低壽命，甚至燒毀 | | 3 | 傳輸導(dǎo)線 | 增加線損，過熱影響絕緣，甚至發(fā)生火災(zāi) | | 4 | 電容器 | 鼓肚，燒毀 | | 5 | 繼電保護(hù) | 誤動作 | | 6 | 自動裝置 | 誤動作 | | 7 | 互感器 | 造成誤差，影響測試結(jié)果，損壞 | | 8 | 計量儀表 | 影響計量準(zhǔn)確性 | | 9 | 指示儀表 | 造成指示誤差 | | 10 | 電路板 | 燒毀 | | 11 | 電視機 | 圖像畸變，畫面及亮度發(fā)生變化，甚至圖像翻滾 | | 12 | 計算機 | 計算錯誤，程序運行出格 | | 13 | 照明燈 | 過熱甚至造成損害，產(chǎn)生閃爍，引起人眼不適 | | 14 | 生產(chǎn)線 | 發(fā)生故障，造成停產(chǎn) | | 15 | 通信系統(tǒng) | 產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，信號丟失 | | 16 | 電網(wǎng) | 增加損耗，影響其他用戶 | 附：諧波對電度表的具體影響 研究表明，感應(yīng)式電度表對高次諧波有負(fù)的頻率誤差，而電子式電度表的頻響特性一般較好。但由于諧波功率在諧波源負(fù)荷 （如整流器）中和基波頻率流向相反，因此對這類用戶電度計量將偏??；反之，對于一般線性負(fù)荷，電度計量 大體上等于基 波和諧波電度之和，故諧波電度增加了這些用戶的電費支出。 表9 治理諧波的效果表 | 序號 | 效果 | 具體體現(xiàn) | | 1 | 降低損耗 達(dá)到節(jié)能減排效果 | 降低了整個用電系統(tǒng)輸送電設(shè)備、用電設(shè)備特別是變壓器、傳輸導(dǎo)線和電機的電能損耗，綜合節(jié)能率達(dá)3%以上，這對耗電大的煙廠相當(dāng)可觀。 | | 2 | 減少生產(chǎn)故障 增加經(jīng)濟效益 | 由于許多企業(yè)生產(chǎn)工藝精細(xì)，生產(chǎn)線自動化程度高，故對電能質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。如果某條生產(chǎn)線因故障而停止生產(chǎn)，其損失將十分大的。通過對電能質(zhì)量治理以后，每年因故障而造成停止生產(chǎn)的次數(shù)可以大大降低，這就減少了因停產(chǎn)而造成的經(jīng)濟損失。 | | 3 | 增強系統(tǒng)穩(wěn)定性 提高生產(chǎn)效率 | 因為諧波使得煙廠生產(chǎn)線上的電動機經(jīng)常發(fā)生抖動，使得切割、卷接和傳輸?shù)群懿环€(wěn)定，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。通過諧波治理后，基本上不會存在這種問題，極大提高了生產(chǎn)效率。 | | 4 | 優(yōu)化設(shè)備運行 延長設(shè)備壽命 | 解決了因諧波造成變壓器、電機和導(dǎo)線等過熱的問題，防止絕緣損害，使設(shè)備壽命大大延長。例如變壓器，其繞組溫度在額定溫度的基礎(chǔ)上，每升高8℃，變壓器的使用壽命就縮短1/2。而諧波是變壓器溫升的主要因素之一。故治理諧波對延長變壓器壽命效果非常大。 | | 5 | 降低設(shè)備故障率 減少設(shè)備維修費用 | 減少設(shè)備故障率，從而減少購買零件費用和人工維修費用。 | | 6 | 消除干擾 提高通信質(zhì)量 | 降低現(xiàn)場通信線路所受的干擾和信號的丟失，避免計算機因電能質(zhì)量問題而造成的突然死機。降低電話通話時受到的噪聲干擾。 | | 7 | 提高計量和 指示儀表準(zhǔn)確性 | 消除了諧波對計量和指示儀表的影響，保證計量和指示儀表工作在設(shè)置的精度等級內(nèi)。 | | 8 | 達(dá)到綜合 治理效果 | 通過對電能質(zhì)量問題的治理，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)供電電壓、供電電流以及功率因數(shù)、諧波等電能指標(biāo)綜合管理，達(dá)到整體用電系統(tǒng)的治理效果，同時達(dá)到國家電能質(zhì)量指標(biāo)的要求。 | 8 諧波的治理方法 目前治理諧波的方法有兩種，分別是安裝無源率波器和安裝有源濾波器，表11是兩種濾波器的對比。 表10 無源率波和有源濾波的方法對比 | 名稱 | 定義 | 優(yōu)點 | 缺點 | | 無源濾波器 | 又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻組合設(shè)計構(gòu)成的電路，可濾除多次或一次諧波 | 結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，容量大，成本低 | 只能濾除次數(shù)固定的諧波 | | 有源濾波器 | 是一種動態(tài)抑制諧波，補償無功的電力電子裝置 | 可對大小和頻率都變的諧波和變化的無功進(jìn)行補償 | 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 維修較麻煩 成本比較高 | |
