现代电能质量综述

作者： 赵璟

来源：《科技资讯》 2012年第19期

赵璟

(华北电力大学电气与电子工程学院 北京 102206)

摘 要:从电能质量的定义出发,介绍了评价电能质量的电压偏差、频率、三相电压不平衡、谐波、电压波动与闪变5个指标及相关国家标准。系统阐述了电网中电能质量的降低所产生的一系列危害,指出提高电能质量关乎国计民生。

关键词:电能质量 国家标准 指标

中图分类号:TM60 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0118-01

电能作为关乎国计民生重要二次能源,其质量高低、发展程度成为一个国家国力的标准。随着现代各种非线性器件的联入电网,造成了一定的电能质量问题。因此对电能质量进行一定研究,以做出相关决策,显得非常重要。本文从电能质量的定义出发,分析了影响电能质量的因素,并给出相关解决方法,展望了未来电能质量的发展方向。

1 电能质量的定义

一个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz)和正弦波形,按规定的电压平(标称电压)对用户供电,在三相交流电力系统中,各相的电压和电流应处于幅值大小相等,相位互差120度的对称状态。但是由于电力系统中的各元件的并不是严格的线性元件,导致了三相电压幅值的不等、电压波形的畸变、频率的波动,由此也就产生了电能质量的问题。

通俗地讲,电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质[1]。IEEE给出的电能质量的定义是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的。这个概念比较模糊,也有文献将其定义更详细一点,所谓电能质量是指导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。由于这个概念比较清晰明了。我们在这里采用这个概念作为电能质量的定义。

传统意义上电能质量包括三个方面的内容,即频率、电压、可靠性。我国电网频率为

50Hz,3000MW以下容量的电网允许频率偏差为50Hz±0.5Hz,3000MW以上容量地电网允许频率偏差为50Hz±0.2Hz。电压质量主要是指电压幅值、波形在一定范围内波动,三相电压保持平衡。电能可靠性主要指能够保持不间断供电。

2 评价电能质量的指标

评价电能质量要从多个方面考虑,具体分为以下5个指标[2]。

(1)电压偏差。

供电系统在正常运行方式下,某一节点的实际电压与系统的标称电压之差对系统标称电压的百分数称之为该节点的电压偏差。即:

电压偏差GBl2325－90《电能质量一供电电压允许偏差》中规定:35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％;10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7％;220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％～10％。

(2)电网频率。

电力系统在正常运行条件下,系统频率的实际值与标准频率之差称为系统的频率偏差。

《全国供用电规则》中规定3000MW以下容量的电网允许频率偏差为50Hz±0.5Hz,3000MW以上容量地电网允许频率偏差为50Hz±0.2Hz。

(3)三相电压不平衡。

理想的电力系统中三相电压相位按ABC相互滞后120度,幅值相等。反映三相系统不平衡度的参数是三相不平衡度,不平衡度定义为负序分量和正序分量的比值。

GB/T15543-1995《电能质量一三相电压允许不平衡度》中规定:电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％,短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。

(4)谐波。

国际上公认的谐波定义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。”谐波的主要危害是在阻抗上产生高次谐波电压降落,使电压波形产生畸变,进而产生高次谐波电流,危害电网。谐波来源主要是电力电子装置。

公用电网谐波GB／T14549—— 93《电能质量-公用电网谐波》中规定:6kV～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0％,6kV～10kV为4.0％,35kV～66kV为

3.0％,110kV为2.0％;用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内,所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是:0.38kV为2.6％,6kV～10kV为2.2％,35kV～66kV为1.9％,110kV为1.5％。对220kV电网及其供电的电力用户参照本标准110kV执行。

(5)电压波动与闪变。

电压波动为一系列电压变动或连续的电压偏差。电压波动值为两个极值Umax和Umin之差△U,常以其标称电压Un的百分数表示其相对百分值。即:

GBl2326《电能质量一电压允许波动和闪变》中规定:在公共供电点的电压波动允许值—10kV及以下为2.5%,35kV～110kV为2％,220kV及以上为1.6％。

3 研究电能质量的意义

研究电能质量的意义在于电能质量的高低关乎电网的正常运行和用户的需求。

电网中用电负荷中异步电动机所占比例最大,电网电压和频率的偏差、谐波含量、三相不平衡以及电压波动和闪变等,均会直接影响电机的力矩和发热,从而影响生产工效和产品质量,这对工厂生产无疑是及其不利的。

电网谐波会使网损增加,产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以至损坏。大量三次谐波流过电网中性点时轻者引起局部过热,重者可能引起火灾。

三相电压不平衡则会引起电机的振动和发热,从而导致电机的寿命的缩短。另外也会导致继电保护装置误动。

电压的快速波动会使电动机转速不均匀,不仅危及电动机的安全运行,而且还影响一些产品的质量,并引起照明的闪烁,使人眼疲劳而降低工效等。

研究电能质量并致力与电能质量的提高,对于国计民生有重要意义。一方面能够保证电网正常的运行,减小网损,从而提高电力企业的效益;另一方面整体看来,提高电能质量能提高国民经济水平,保证高质量的工业生产。

参考文献

[1]林海雪.现代电能质量的基本问题[J].电网技术,2001,25(10):5-12.

[2]齐大勇.电网电能质量测量及研究[D].山东:山东大学,2005.