電能質量概述講解（一）: 定義、分類與影響
發布時間：
2025-02-06 15:27
來源：
電能質量概述講解（一）: 定義、分類與影響
1．電能質量綜述
一、概述
電能質量是通過電壓來表征的, 描述電力系統或供電系統性能和測量方法的總稱。由于電壓、電流或頻率偏差引起的，用戶設備工作異常或損壞的任何電力問題，都屬于電能質量問題。
主要包括：
- 頻率偏差；
- 電壓偏差；
- 功率因數
- 三相電壓不平衡度；
- 諧波（波形畸變）；
- 電壓波動與閃變；
- 暫時過電壓與瞬態過電壓。
1）頻率
我國規定50Hz正弦波為系統的標準頻率，正常頻率標準為50Hz±0.2Hz，系統容量較小時，可放寬到50Hz±0.5Hz。標準GB/T 15945－1995《電力系統頻率允許偏差》中并沒有說明系統容量大小的界線，全國供用電規則中規定了供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在3000MW及以上者為0.2Hz，電網容量在3000MW以下者為0.5Hz。實際運行中，我國各跨省電力系統頻率的允許偏差都保持在+0.1～-0.1Hz的范圍內。
2）電壓
電網中各點的電壓調節不同與頻率的調節，電網各點電壓主要反映該點無功功率的供需關系，電壓調節一般采取無功就地平衡的方式進行無功功率補償，從源頭上進行解決，同步發電機和變壓器均具有調整電壓的功能。
3）三相不平衡度
電力系統中三相電壓的不平衡度，用電壓或電流負序分量與正序的均方根百分數表示：
其中，U1-三相電壓正序分量方均根值
U2－三相電壓負序分量方均根值
三相電壓不平衡（即存在負序分量）會引起繼電保護誤動、電機附加振動力矩和發熱。額定轉矩的電動機，如長期在負序電壓含量在4％的狀態下運行，由發熱，電動機絕緣的壽命將會降低一半，若某相電壓高于額定電壓，其運行壽命的下降將更加嚴重。
4）電壓波動和閃變
電壓波動和閃變是指電壓幅值在一定范圍內有規則的變動時，電壓最大值與最小值之差相對額定電壓的百分比，或電壓幅值不超過0.9p.u.～1.0p.u.（標么值）的一系列隨機變化。這種電壓變化稱為閃變，以表達電壓波動對照明燈的視覺影響。
5)諧波
50Hz倍頻的正弦波，是電能質量的重點問題。
6）間諧波
間諧波是指不是工頻頻率整數倍的諧波。間諧波往往由較大的電壓波動或沖擊非線性負荷所引起，所有非線性的波動負荷如電弧爐、電焊機，各種變頻調速裝置，同步串級調速裝置及感應電動機等均為間諧波源。
間諧波的特點是放大電壓閃變和對音頻干擾，造成感應電動機振動及異常。間諧波的危害等同與整數次諧波電壓的危害，我國目前沒有制定相應的國家標準對間諧波限值進行規定。
7）暫時過電壓和瞬時過電壓
（1）暫時過電壓是指
持續時間較長的不衰減和弱衰減的（以工頻一定的倍數、分數）振蕩的過電壓。
（2）瞬態過電壓是指持續時間數毫秒或更短，通常帶有強阻尼的振蕩或非振蕩的一種過電壓。
暫時過電壓和瞬態過電壓是由于電力系統運行操作，或遭受雷擊，或發生故障等因素引起的。
8）電壓暫降和電壓上升
（1）電壓暫降是指由于系統故障或干擾造成用戶持續時間0.5周波至1min內下降到額定電壓或電流的10％～90％。即幅值為0.1p.u.～0.9p.u.（標么值）時系統頻率仍為標稱值，然后又恢復到正常水平。
（2）電壓上升是指電壓的有效值升至額定值的110％以上，典型值為額定值的110％～180％稱為電壓上升，即暫時超過標稱值10％以上，系統頻率仍為標稱值，持續時間為0.5周波～1min，幅值為1.1p.u.～1.8p.u.。
二、電壓異常
發電機發出的是三相交流正弦電壓, 某些因素會降低電壓的質量, 對于三相交流系統表現在以下四個方面：
- 電壓幅值短時或規律的改變；
- 電壓波形偏離正弦形狀；
- 三相電壓不對稱(三個線電壓的幅值和相位發生偏移)；
- 電壓的頻率偏離50Hz。
- 電壓不正常表現形式：
1) 電壓跌落
電壓跌落是指電網電壓突然降低, 甚至達到電壓零值。電壓跌落通常由短路引起, 發生短路后除了自身電網及下級電網受到影響外, 相鄰電網也會受到影響。短路后自動重合閘裝置的動作時間一般為10ms～2s。
如果用戶饋線發生短路, 則停電時間會長一些, 因為需要檢查線路和排除故障。
2) 電壓不對稱
如果在三相電網的某一相或兩相間接有大功率的負載, 則會出現電壓不對稱。電壓不對稱會使電氣設備(例如電動機)的熱損耗增加和發生振動。
3) 緩慢電壓改變
由于負載的緩慢變化引起電壓的改變, 電力部門通常采用有載調壓變壓器, 自動跟隨電壓的改變, 使輸出電壓保持為額定值。低壓電網中電壓偏移的程度一般不應超過±10%。
4) 快速電壓改變
快速電壓改變是指電壓較小幅值(3%)的突然變化, 或者規律性出現(電焊機), 或者不規則出現(電弧爐)。這種快速的電壓改變可以導致照明燈發生閃爍(閃變)。
5) 諧波電壓
產生諧波的設備主要有電視機、照明裝置、變流器和電弧爐等。諧波使電壓波形發生畸變, 導致電氣設備發生功能錯誤, 使電動機、電容器和電纜增加熱損耗。
6) 傳輸過電壓
由于線路或設備落雷會產生傳輸過電壓, 各種電氣設備和開關的開閉操作也會導致傳輸過電壓,其延續時間通常在微秒或毫秒范圍。
- 引起電壓異常的原因：
- 電網
- 大氣影響(例如雷電、風暴、霧霜等)
其它外部影響(例如挖掘機損壞電纜, 導致單相接地或斷電)。
- 相鄰負載
- 自身影響
- 用戶內部電網短路可導致供電中斷, 各種電氣設備的關合操作也會產生相互干擾。
- 電壓不正常引起的短時影響：
- 開關或接觸器掉電
- 變流器換相故障
- 計算機計算錯誤, 數據丟失
- 線路損耗增加
- 導線絕緣破壞甚至擊穿
- 并聯電容器諧振過流
- 電壓不正常引起的長期影響：
- 設備過熱
- 材料疲勞
- 設備及絕緣材料過早老化
在電壓從額定值降低10%(長期)和30%(短時)的情況下, 大多數設備能夠正常工作, 但某些敏感電氣設備(例如工業控制計算機)在電壓低于額定值的3%時可能會發生故障。
三、干擾
一個公用電網接有各種各樣的負載, 由于電網的傳輸特性, 各個設備間的干擾是不可避免的。發射干擾的設備主要有變流器、電弧爐和電焊機等, 尤其是電力電子裝置的使用越來越多, 對電網產生污染。
四 穩態電能和暫態電能問題
電能質量問題可以劃分為穩態電能質量問題和暫態電能質量問題。
穩態電能質量問題以波形畸變為主要特征，是電能質量的主要方面，影響范圍廣，程度深，其主要性能指標是：電網頻率、電壓偏差、不平衡度、諧波、電壓閃變。
暫態電能質量問題通常是以頻譜和持續時間為特征，它屬于穩態電能質量問題的延伸，暫態電能質量問題其實質就是暫態電壓質量問題，或者電網遭受外來干擾侵襲及內部故障、操作所帶來的系統沖擊問題，其主要性能指標是：電壓瞬變、電壓閃變、電壓驟升、驟降及瞬時電壓中斷。
瞬態：半個周波（10ms)以內
暫態：從10ms 到1min
穩態：1min以上
電壓暫時的變化
|
類別 |
頻譜條件 |
持續時間 |
電壓大小 |
|
|
脈沖 |
納秒 |
5ns rise |
<50ns |
|
|
微秒 |
1μs rise |
50ns~1ms |
|
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|
毫秒 |
0.1ms rise |
>1ms |
|
|
|
振蕩 |
低頻 |
<5KHZ |
0.3~50ms |
0~4pu |
|
中頻 |
5~500KHZ |
20μs |
0~8pu |
|
|
高頻 |
0.5~5MHZ |
5 μs |
0~4pu |
|
電壓長時變化
|
類別 |
持續時間 |
電壓大小 |
|
持續中斷 |
>1min |
0.0pu |
|
欠電壓 |
>1min |
0.8 to 0.9pu |
|
過電壓 |
>1min |
1.1 to 1.2pu |
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