0731-84284278
電能質(zhì)量的相關(guān)介紹
2014-10-13
摘要：介紹了電能質(zhì)量的相關(guān)概念和術(shù)語，并對其指標(biāo)進行了分類，指出不同的指標(biāo)有不同的定義和應(yīng)用領(lǐng)域；重點就國家已頒布的六個電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容作了分析；并結(jié)合實際闡述電能質(zhì)量的幾種改善方法與措施；無源濾波器、有源濾波器、靜止型無功補償裝置，介紹了它們的基本組成和原理，這些方法可以有效地解決穩(wěn)態(tài)時的電壓質(zhì)量問題；文章還就電能質(zhì)量技術(shù)的改進與提高，提出系統(tǒng)化綜合補償技術(shù)是解決電能質(zhì)量問題的"治本"途徑，以解決動態(tài)電能質(zhì)量問題。得出結(jié)論：運用FACTS和電力新技術(shù)對電能質(zhì)量進行系統(tǒng)地綜合補償，將是電能質(zhì)量問題研究與開發(fā)的方向和有效解決途徑。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量 SVC 動態(tài)電能質(zhì)量 綜合補償
1 電能質(zhì)量概念
電能質(zhì)量包括四個方面的相關(guān)術(shù)語和概念：電壓質(zhì)量(Voltagequality)即用實際電壓與額定電壓間的偏差(偏差含電壓幅值，波形和相位的偏差)，反映供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格；電流質(zhì)量(Current quality)即對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統(tǒng)以高功率因數(shù)運行，這個定義有助于 電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，并降低網(wǎng)損；供電質(zhì)量 (qualityofsupply)包含技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩個方面：技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性；非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量(qualityofservice)包括供電企 業(yè)對用戶投訴的反應(yīng)速度和電力價格等；用電質(zhì)量(qualityofconsumption)包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義，如用戶是否按時、如數(shù)繳納電費等，它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責(zé)任和義務(wù)。
一般地，電能質(zhì)量的定義：導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個定義簡單明晰，概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果。隨著基于計算機系統(tǒng)的控制設(shè)備與電子裝置的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負(fù)荷造成對電能質(zhì)量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會對電能質(zhì)量提出更高的要求，電能質(zhì)量已逐漸成為全社會共同關(guān)注的問題，有關(guān)電能質(zhì)量的問題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，有必要對其相關(guān)指標(biāo)與改善措施作討論和分析。
2 電能質(zhì)量指標(biāo)
電能質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量各個方面的具體描述，不同的指標(biāo)有不同的定義，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)、從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現(xiàn)象分類如下：
(1)低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：諧波、間諧波、電壓波動、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時斷電，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應(yīng)電壓，交流網(wǎng)絡(luò)中的直流；
(2)低頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場；
(3)高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：感應(yīng)連續(xù)波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài)；
(4)高頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場、電磁場(連續(xù)波、瞬態(tài))；
(5)靜電放電現(xiàn)象。
對于以上電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象，穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以利用幅值、頻率、頻譜、調(diào)制、缺口深度和面積來描述，非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可利用上升率、幅值、相位移、持續(xù)時間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強度等描述。
保障電能質(zhì)量既是電力企業(yè)的責(zé)任，供電企業(yè)應(yīng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)；同時也是用戶(擁有干擾性負(fù)荷)應(yīng)盡的義務(wù)，即用戶用電不得危害供電；安全用電；對各種電能質(zhì)量問題應(yīng)采取有效的措施加以抑制。
電能質(zhì)量指標(biāo)國內(nèi)外大多取95％概率值作為衡量依據(jù)，并需指明監(jiān)測點，這些指標(biāo)特點也對用電設(shè)備性能提出了相應(yīng)的要求。即電氣設(shè)備不僅應(yīng)能在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)正常運行，而且應(yīng)具備承受短時超標(biāo)運行的能力。
3 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
綜合新頒布的電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中低壓電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分5大類13個指標(biāo)。
(1)頻率偏差：包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)中的兩種；
(2)電壓幅值：慢速電壓變化(即電壓偏差)；快速電壓變化(電壓波動和閃變)；電壓暫降(是由于系統(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時間(10ms～lmin)內(nèi)下降到90％的額定值以下，然后又恢復(fù)到正常水平，會使用戶的次品率增大或生產(chǎn)停頓)；短時斷電(又稱電壓中斷，是由于系統(tǒng)故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶生產(chǎn)停頓，甚至混亂)；長時斷電；暫時工頻過電壓；瞬態(tài)過電壓；
(3)電壓不平衡；
(4)電壓波形：諧波電壓；間諧波電壓；(由較大的波動或沖擊性非線性負(fù)荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數(shù)倍，但其危害等同于整數(shù)次諧波)。
(5)信號電壓(在電力傳輸線上的高頻信號，用于通信和控制)
我國迄今為止已頒布了6項電能質(zhì)量指標(biāo)的國標(biāo)，概述如下：
3．1 電壓允許偏差
用電設(shè)備的運行指標(biāo)和額定壽命是對其額定電壓而言的。當(dāng)其端子上出現(xiàn)電壓偏差時，其運行參數(shù)和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時間和設(shè)備狀況而異，電壓偏差計算式如下：
電壓偏差(％)＝(實際電壓一額定電壓)／額定電壓X100％ (1)
《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》(GBl2325-1990)規(guī)定電力系統(tǒng)在正常運行條件下，用戶受電端供電電壓的允許偏差為：
(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％。
衡量點為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計量點。
為了保證用電設(shè)備的正常運行，在綜合考慮了設(shè)備制造和電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟合理性后，對各類用戶設(shè)備規(guī)定了如上的允許偏差值，此值為工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計提供了依據(jù)。
在工業(yè)企業(yè)中，改善電壓偏差的主要措施有三：
(1)就地進行無功功率補償，及時調(diào)整補償量，無功負(fù)荷的變化在電網(wǎng)各級系統(tǒng)中均產(chǎn)生電壓偏差，它是產(chǎn)生電壓偏差的源，因此，就地進行無功功率補償，及時調(diào)整補償量，從源上解決問題，是最有效的措施。
(2)調(diào)整同步電動機的勵磁電流。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整同步電動機的勵磁電流，使其超前或滯后運行，就能產(chǎn)生超前或滯后的無功功率，從而達到改善網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差的目的。
(3)采用有載調(diào)壓變壓器。從總體上考慮無功負(fù)荷只宜補償?shù)焦β室驍?shù)為0．90～0．95，仍然有一部分變化無功負(fù)荷要電網(wǎng)供給而產(chǎn)生電壓偏差，這就需要分區(qū)采用一些有效的辦法來解決，采用有載調(diào)壓變壓器就是有效而經(jīng)濟的辦法之一。
3．2 公用電網(wǎng)諧波
諧波(Harmonic)即對周期性的變流量進行傅里葉級數(shù)分解，得到頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量，它是由電網(wǎng)中非線性負(fù)荷而產(chǎn)生的。
《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB／T14529-1993)中規(guī)定了各電壓等級的總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率的限制值。
該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了電網(wǎng)公共連接點的諧波電流(2～25次)注入的允許值；而且同一公共連接點的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協(xié)議容量與其公共連接點的供電設(shè)備容量之比進行分配，以體現(xiàn)供配電的公正性。
3．3 電壓波動和閃變
電壓波動(Fluctuation)即電壓方均根值一系列的變動或連續(xù)的改變；閃變(Flick)即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動負(fù)荷，如電弧爐、軋機、電弧焊機等引起的。
《電能質(zhì)量電壓波動和閃變))(GBl2326-2000)是在原來標(biāo)準(zhǔn)GBl2326-1990的基礎(chǔ)上，參考了IEC電磁兼容(EMC)標(biāo)準(zhǔn)IECTl00-3-7等修訂而成的，適用于由波動負(fù)荷引起的公共連接點電壓的快速變動及由此可能人對燈閃明顯感覺的場合，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各級電壓下的閃變限制值。
3．4 三相電壓不平衡
《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB／T15543-1995)適用于交流額定頻率為50Hz電力系統(tǒng)正常運行方式下由于負(fù)序分量而引起的PCC連接點的電壓不平衡，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：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％。而且該標(biāo)準(zhǔn)還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統(tǒng)正常運行的最小方式下負(fù)荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產(chǎn)(運行)周期中的實測值，例如煉鋼電弧爐應(yīng)在熔化期測量等。在確定三相電壓允許不平衡指標(biāo)時，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用95％概率值作為衡量值。即正常運行方式下不平衡度允許值，對于波動性較小的場合，應(yīng)和實際測量的五次接近數(shù)值的算術(shù)平均值對比；對于波動性較大的場合，應(yīng)和實際測量的95％的概率值對比；以判斷是否合格。其短時允許值是指任何時刻均不能超過的限制值，以保證保護和自動裝置的正確動作。
3．5 電網(wǎng)頻率
《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》(GB／T15945-1995)中規(guī)定：電力系統(tǒng)頻率偏差允許值為o．2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較大時，偏差值可放寬到+0．5Hz～-0．5Hz，標(biāo)準(zhǔn)中并沒有說明系統(tǒng)容量大小的界限，而在《全國供用電規(guī)則》中有規(guī)定："供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在3GW及以下者為0．2Hz；電網(wǎng)容量在3GW以上者為0．5Hz"。實際運行
中，我國務(wù)跨省電力系統(tǒng)頻率都保持在+0．1Hz～-0．1Hz的范圍內(nèi)，這點在電網(wǎng)質(zhì)量中最有保障。
3．6 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓
由于開關(guān)操作或雷擊等原因引起，暫時過電壓與瞬態(tài)過電壓是直接危及電力設(shè)備安全運行的重要原因之一，以往只是對電器設(shè)備的耐壓水平進行考核，而對電網(wǎng)中實際產(chǎn)生的過電壓水平則無限制。電網(wǎng)的過電壓水平也是電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。
《電能質(zhì)量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》GB／T18481-2001標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)GB311．1，按過電壓的波形特點分為兩大類，因為是過電壓波形，幅值和持續(xù)時間決定了對設(shè)備絕緣和保護裝置的影響.
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