浅议电能质量及其提高

葛露萍

（新时代国际工程公司 陕西西安 710000）

浅议电能质量及其提高

葛露萍

（新时代国际工程公司 陕西西安 710000）

本文简要介绍了影响电能质量的因素，并从频率和电压两个衡量电能质量的指标入手，一一做出了论述，并给出了提高电能质量的方案。

电能质量；频率；电压；电压偏差；电压波动

随着科学技术的进步和生产过程的高度自动化，用户对电能质量的要求也逐步提高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其提高的方式，具有很强的现实意义。

1 电能质量的影响因素

电能质量会对电力系统供电安全与供电质量产生直接影响，电能质量的影响因素主要包含以下几个方面：

（1）自然现象的影响，如雷击、雨雪、风暴等对于电能质量状况的影响，使电网出现事故，降低供电的可靠性。

（2）电力装置及设备的自动保护的影响，如大型电力装置的停止与启动、自动开关跳闸、重合闸等对于电能质量产生的影响，可暂时降低额定电压，并引发波动和闪变等。

（3）电力用户冲击性负载、非线性负载等大量投运的影响，如电气化机车、炼钢电弧炉等运行对于电能质量产生的影响，使得公用电网出现大量谐波干扰，引起电压扰动，造成电压波动和闪变。

2 电能质量衡量指标分析

电力系统中的所有设备，都是在一定的电压和频率下工作的。频率和电压是衡量电能质量的两个基本参数。

2.1 频率对电能质量的影响

电力系统频率是指电力系统统一的一种运行参数，国家标准《电力系统频率允许偏差》（CB/T15945-1995）规定以50Hz正弦波作为我国电力系统的标准频率（工频），且规定电力体系的正常频率标准是50±0.2Hz。在系统容量相对较低时，能放宽至50±0.5Hz。然而《电力系统频率允许偏差》（CB/T15945-1995）内并未对系统的容量大小界限进行说明，全国供用电标准中规定供电局的允许供电频率偏差：当电网容量为3000MW及较高时是0.2Hz；当电网容量低于3000MW时是0.5Hz。在实际运行过程中，国内各跨省电力体系频率允许偏差均要保持于+0.1～-0.1Hz范围内。因此，电压频率目前在电能质量中最有保障。

当电力系统处于低频率运行中时，将产生下面不利的影响：低压级汽轮机叶片将因振动增大而引起裂纹，甚者将导致断落故障；电厂中的所有交流电动机转速会相应下降，使风机、磨煤机、给水泵等辅助型机械出力降低，从而对火力发电厂出力产生严重影响，使得频率进一步降低，引发恶性循环；并且所有用户交流电动机转速也将降低，从而工农业质量和产量将得到不同程度的降低。

当电力系统处于高频率运行状态时会引起系统电压增大，危害电力装置绝缘，增大用户与系统损耗等。

避免电力系统出现频率偏差的措施主要包括：提升日负荷曲线的预测精确度，使得计划开机发电出力和实际负荷偏差相对较少；应充分发挥出AGC功能，并严格要求其在正常运行下系统的频率偏差不超过规定值。当处于故障状态，系统的频率降低时，通过系统旋转的备用容量，实施减负荷低频率，对部分次要性负荷自动切除；当升高频率时，会迅速降低发电机的出力，甚至在高频率进行切机，以使得系统频率得以尽快恢复到额定值范围。

2.2 电压对电能质量的影响

电压质量是按照国家标准或规范对电力系统电压的偏差、波动、波形及其三相的对称性等的一种质量评估。

2.2.1 电压偏差

（1）电压偏差又称为电压偏移，是指给定瞬间设备的端电压U与设备额定电压UN之差对额定电压UN的百分比值，即：

（2）电压偏差对设备运行的影响

①对异步电动机的影响

当异步电动机端电压较其额定电压低10％时，由于转矩M与端电压U的平方成正比，因此实际转矩将只有额定转矩的81％，而负荷电流将增大5～10％以上，温升将增高10～15％以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电动机的适用寿命。

由于转矩减小，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废次品。当其端电压较其额定电压偏高时，负荷电流和温升也将增加，绝缘相应受损，对电动机同样不利，也要缩短其使用寿命。

②对同步电动机的影响

当同步电动机的端电压偏高或偏低时，由于转矩也要按电压平方成正比变化，因此同步电动机的电压偏差，除了不会影响其转速外，其他如对转矩、电流和温升等的影响，均与感应电动机相同。

③对电光源的影响

电压偏差对荧光灯及其他气体放电灯的影响在于，当其端电压偏低时，灯管不易启燃。如果多次反复启燃，则灯管寿命将大受影响。而且电压降低时，照度下降，影响工作。

（3）改善电压偏差的措施

①合理选择变压器的变压比和电压分接头。选择分接头的目的是通过改变变压器的变压比，使最大负荷引起的电压负偏差与最小负荷引起的电压正偏差得到调整，使之保持在各自的合理范围内，但不能缩小正负偏差之间的范围。

②合理减少配电系统阻抗。例如尽量缩短线路长度，采用电缆代替架空线，加大电缆或导线的截面等。

③合理补偿无功功率，并调整并联补偿电容器组接入容量。

④尽量使三相负荷平衡。

⑤改变供配电系统运行方式。如切、合联络线或将变压器并、分列运行，以借助配电系统阻抗的改变，来调整电压的偏差。

2.2.2 电压波动

（1）电压波动是指电网电压有效值连续快速地变动。

电压波动值，以用户公共供电点的在时间上相邻的最大与最小电压有效值Umax与Umin之差对电网额定电压UN的百分比值来表示，即：

（2）电压波动的产生与危害

电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起的。负荷急剧变动，使电网的电压损耗相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。

电网电压波动可影响电动机的正常起动；会引起同步电动机的转子振动；可使电子设备和电子计算机无法正常工作等。可使照明灯光发生明显的闪变，严重影响视觉。

（3）抑制电压波动的措施

①对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。

②设法增大供电容量，减小系统阻抗。

③在系统发生严重电压波动之时，切除或减少引发电压波动的电网负荷。

④对大容量的电弧炉变压器，适合以较大短路容量的电网进行供电，通常是选用电压等级更高的电网进行供电。

⑤对于大型冲击负荷，若采取以上措施仍然无法达到要求，则可以安装对冲击性无功功率进行“吸收”的静止式无功补偿设备（SVC）。

2.2.3 电网谐波

（1）谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50Hz）相同的分量。

（2）谐波的产生与危害

①造成电网功率损耗的增大、缩短设备寿命、使接地保护性能和遥控性能失常以及设备与线路过热等，尤其是三次谐波将在中性线产生极大的电流，致使配电变压器零线电流超过相线的电流值，引起设备运行的不安全性。谐波对于电网可靠性、稳定性、安全性的影响，还体现在可能造成电网谐振，使正常供电中断，扩大事故甚至造成电网的解裂等。

②造成变电站的局部串联或并联谐振，引起电压互感器设备的损坏；致使变电站体系中的元件和设备上出现附加谐波耗损，造成电力电缆和电力变压器以及电动机等装置发热，损坏电容器，并使绝缘材料加速老化；延长断路器熄灭电弧的时间，并对断路器开断容量产生影响；使得电子元件自动装置或继电保护的误动作；同时，也会影响通信系统和电子仪表的正常运行，使通信质量降低；增大了附加磁场干扰等。

（3）抑制谐波的措施

抑制高次谐波主要有以下几个方面：

①供各种大功率非线性用电装置的变压器通过较大短路容量的网络进行供电，且电网短路容量如果越大，则其对非线性负载的承受性能会越高。

②采取多相整流型电路。对整流变压器的二次绕组连接方法进行变更，可得到多相整流型电路，相数越多则整流电压的最低次谐波的频率将越高，其幅值也越小，从而对电网的波形影响将会越小。

③采用Dyn11联结组别的三相配电变压器，可以消除3次及3的整数倍次的高次谐波。

④装设各种类型的滤波器。在交流装置附近接入滤波器是抑制和吸收高次谐波的有效措施。

⑤有源谐波滤波补偿改善波形畸变。有源谐波滤波补偿是消除交流电源侧谐波、改善波形畸变的补偿方法。

⑥在大功率的晶闸管变流装置中采用数字式等距离触发控制方式，可减少非线性谐波的产生。

2.2.4 三相不平衡

（1）三相不平衡的产生与危害

在三相供电系统中，如果三相的电压或电流幅值或有效值不相等，或者三相的电压或电流相位差不为120°时，则称此三相电压或电流不平衡。

三相供电系统在正常运行方式下出现三相不平衡的主要原因是三相负荷的不平衡。

三相电压的不平衡将引发继电保护的误动、使电机附加上振动力矩并发热，额定转矩电动机，若长期处于负序4％电压含量状况下运行，则会因发热而使电动机的绝缘寿命降低一半，如果某相电压比额定电压高，则其运行寿命降低将会更为严重。

（2）改善三相不平衡的措施

①使三相负荷均衡分配。在进行供配电设计时，应尽量使三相负荷均衡分配。三相系统中各相装设的单相用电设备容量之差应不超过15％。

②使不平衡负荷分散连接。尽可能将不平衡负荷接到不同的供电点，以减少其集中连接造成电压不平衡度可能超过允许值的问题。

③将不平衡负荷接入更高电压的电网。由于更高电压的电网具有更大的短路容量，例如电网短路容量大于负荷容量50倍时，就能保证连接点的电压不平衡度小于2％。

④采用三相平衡化装置。如具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置（SVC）。

电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题，我们应因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，改善电能质量，以满足我们的需求。

[1]工业与民用配电设计手册（第三版）.中国电力出版社.

[2]电能质量.《供电电压偏差》（GB/T12325-2008）.

[3]电能质量.《电压波动和闪变》（GB/T12326-2008）.

[4]电能质量.《公用电网谐波》（GB/T14549-1993）.

[5]电能质量.《三相电压不平衡》（GB/T15543-2008）.

TM711

A

1004-7344（2016）02-0238-02

2016-1-4

葛露萍（1980-），女，工程师，本科，主要从事供配电设计工作。