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(shí)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(shí)間大于60s | | 欠電壓 | 電壓為額定值的80%～90%，持續(xù)時(shí)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(shí)間為0.5個(gè)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(shí)間為0.5個(gè)周波至60s | | 電壓瞬變 | 指在一定時(shí)間間隔內(nèi)兩個(gè)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(gè)峰值為任意極性的衰減振蕩波 | | 電壓缺口 | 持續(xù)時(shí)間小于0.5個(gè)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(shí)參與換相的電路瞬時(shí)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(shí)間。持續(xù)時(shí)間0.5個(gè)周期至3s為瞬時(shí)中斷；持續(xù)時(shí)間3s至60s為暫時(shí)中斷；持續(xù)時(shí)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(jī)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(shí)，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(shí)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(shí)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(diǎn)正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值為2％，短時(shí)不得超過4％，每個(gè)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(diǎn)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)、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(shí)電爐的三相電極很難同時(shí)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(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、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(jī)、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(fèi)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(jī)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(jì)時(shí)規(guī)定其最大電流只允許35%的超載，但實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)橹C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(jì)損失。 | | 6 | 影響計(jì)量準(zhǔn)確 干擾指示儀表 | 電能表等計(jì)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(jī) | 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(jì)量儀表 | 影響計(jì)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(jī) | 圖像畸變，畫面及亮度發(fā)生變化，甚至圖像翻滾 | | 12 | 計(jì)算機(jī) | 計(jì)算錯(cuò)誤，程序運(yùn)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(jì)量將偏小；反之，對于一般線性負(fù)荷，電度計(jì)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(fèi)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(gè)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(jī)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(jì)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(jì)損失。 | | 3 | 增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性 提高生產(chǎn)效率 | 因?yàn)橹C波使得煙廠生產(chǎn)線上的電動機(jī)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(yùn)行 延長設(shè)備壽命 | 解決了因諧波造成變壓器、電機(jī)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(fèi)用 | 減少設(shè)備故障率，從而減少購買零件費(fèi)用和人工維修費(fèi)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(jì)算機(jī)因電能質(zhì)量問題而造成的突然死機(jī)。降低電話通話時(shí)受到的噪聲干擾。 | | 7 | 提高計(jì)量和 指示儀表準(zhǔn)確性 | 消除了諧波對計(jì)量和指示儀表的影響，保證計(jì)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(shí)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(shí)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(diǎn) | 缺點(diǎn) | | 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(jì)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(bǔ)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(bǔ)償 | 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 維修較麻煩 成本比較高 | |
