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中國[上海開關測試儀]電能質量標準分析
點擊次數：737 發布時間：2011-2-19
電能的質量標準有頻率、電壓以及電壓的不對稱性和非正弦性標準。
1.頻率質量
頻率標準和容許偏差。頻率是整個電力系統統一的運行參數，一個電力系統只有一個頻率。我國和世界上大多數國家電力系統的額定頻率為50Hz。大多數國家規定頻率偏差在±0.1～0.3Hz之間。在我國，300萬kW以上的電力系統的頻率偏差規定不得超過±0.2Hz;而300萬kW以下的小容量電力系統的頻率偏差規定不得超過±0.5Hz。
由于大機組的運行對電力系統頻率偏差要求比較嚴格，因此有些國家對電力系統故障運行方式的頻率偏差也作了規定，一般規定在±0.5～±1Hz之間。超過允許的頻率偏差，大機組將跳閘，這不利于系統的安全穩定運行。
頻率變化的原因。在電力系統內，發電機發出的功率與用電設備及送電設備消耗的功能不平衡，將引起電力系統頻率變化。當系統負荷超過或低于發電廠的出力時，系統頻率就要降低或升高，發電廠出力的變化同樣也將引起系統頻率變化。在系統有旋轉備用容量的情況下，發電廠出力能通過頻率調節器較快地適應負荷的變化，因此負荷變化引起的頻率偏差值較小。若沒有旋轉備用容量，負荷增大引起的頻率下降較大。電力系統的負荷始終隨時間在不斷地變化，要隨時保持發電廠的有功功率與用戶有功功率的平衡，維持系統頻率恒定，因此，電力系統應具有一定的旋轉備用容量，一般運行備用容量要求達到1%～3%。
低頻率運行的危害。電力系統低頻率運行對發電廠和用戶都會產生不利影響。系統低頻率運行時將產生以下不利的影響：汽輪機低壓級葉片將由于振動加大而產生裂紋，甚至發生斷落事故;電廠中所有的交流電動機的轉速相應降低，使給水泵、風機、磨煤機等輔助機械的出力相應降低，嚴重影響火力發電廠的出力，促使頻率進一步下降，引起惡性循環，甚至可能造成全廠停電的嚴重事故;同時，所有用戶的交流電動機的轉速也要降低，工農業的產量和質量將不同程度地降低，例如頻率降到49Hz以下時，紡織品、紙張將發生毛疵和厚薄不勻的質量問題。
高頻率運行對系統本身和用戶也將產生不利影響，如使系統電壓升高對絕緣不利，增加用戶和系統的損耗等。
防止系統低（高）頻率運行的對策，主要是提高日負荷曲線預測精度，使計劃開機的發電出力與實際的負荷偏差較少;充分發揮AGC的功能，嚴格要求在正常運行方式下系統頻率偏差不大于規定值。在故障情況，系統頻率下降時，動用系統旋轉備用容量，進行低頻率減負荷，自動切除部分次要負荷;當頻率升高時，快速減少發電機出力，甚至進行高頻率切機，使系統頻率盡快恢復在額定值附近。目前，多數電力系統高峰容量不足，可能出現低頻率運行。在這種情況下，可用適當的峰谷電價差，鼓勵用戶避開高峰用電或少用電;用電大戶在實行計劃用電的電網中不超指標用電。要保證系統頻率質量。只有電力部門和用戶共同努力才能實現。
2.電壓質量
供電電壓標準及容許偏差。我國對用電單位的供電額定電壓及容許偏差規定為：①低電壓220V/380V，用于照明用戶時允許偏差+5%～-10%;用于其他為±7%。②高電壓10kV，10kV及以下允許偏差為±7%;對特殊用戶有35kV、110kV供電的，允許偏差為±5%。
電壓偏離額定值的原因。電力通過變壓器和線路輸送將產生電壓降，使受電端電壓較送電端電壓低一定數值。一般情況下，離電源越近，負荷越小的用戶，電壓降越小;反之，電壓降越大。用戶消耗的功率包括有功和無功，如果用戶所需無功經變壓器和線路送來，則會產生較大的電壓降，使用戶電壓偏低，用戶吸收的無功越大，則用戶端的電壓越低。用戶的用電功率因素將直接影響用戶本身的電壓質量。
用電設備低電壓運行的危害：①將使電動機的電流過大，線圈溫度過高，甚至使電動機拖不動或無法起動，進而燒壞電動機;②電燈發暗，日光燈起動困難;③線路損耗增加;④在電網樞紐變電所和受電地區的電壓降低到額定電壓的70%左右時，將可能發生電壓崩潰事故，即用戶消耗的無功稍有增加，線路電壓降加大，使受電動區電壓下降，這樣又進一步造成線路電壓降增加，如此循環下去，將導致甩掉大量負荷，造成大面積停電。
用電設備高電壓運行可使用戶設備（如燈泡）壽命降低，電動機發熱，損耗增加。
提高電壓質量的措施：①采取無功補償措施，做到無功分級即各個電壓等級、分區平衡，即每個電壓等級發出的無功與消耗的無功平衡，每個地區發出的無功與消耗的無功平衡，盡可能減少無功遠距離輸送。做到在負荷點裝設無功補償設備。無功補償設備可以是電容器、靜止無功補償器等。②由用戶裝設適當的電容器，提高用戶的功率因數在0.9以上。集中裝有電容器的大用電戶應注意：在小負荷時切除部分電容器，以避免電壓升高和向電網送無功，引起網損增加。用戶裝設跟蹤無功負荷的自動投切電容器或靜止無功補償器。③在負荷密集的地區變電站采用帶負荷調壓的變壓器。
3.電壓的不對稱性和非正弦性
在現代的用電設備中，出現了換流一整設備、變頻一調速設備、電弧爐、電氣機車、電視機等非線性負荷。它們不但引起電壓波動而且造成電壓的不對稱性和非正弦性。
電壓的不對稱性系指三相電壓間的不對稱。根據對稱分量法，不對稱的三相電壓可分解為對稱的正序、負序和零序分量。
電壓的非正弦性是指電壓波形的畸變。根據傅立葉變換。非正弦的電壓可分解為基波（50Hz）電壓和一系列高次諧波電壓。總諧波電壓是所有高次諧波電壓的均方根值之和。我國對供電的諧波電壓和電流允許值作了規定。以10kV的電網為例，總的電壓諧波畸變率（GHD）應小于4%，奇次諧波應小于3.2%，偶次諧波應小于1.6%;而各次諧波總的電流允許值見表8-1。
表8-1各次諧波電流允許值
諧波次數234567
電流允許值（A）262013208.515
注：短路容量以100Mvar為基準。
用戶和供電部門共同努力才能保證電網諧波在允許范圍。電網諧波如果不治理，將導致電氣設備壽命縮短、網損增加、儀表指示不準、干擾通信線路，甚至引起繼電保護和自動裝置誤動。
1.頻率質量
頻率標準和容許偏差。頻率是整個電力系統統一的運行參數，一個電力系統只有一個頻率。我國和世界上大多數國家電力系統的額定頻率為50Hz。大多數國家規定頻率偏差在±0.1～0.3Hz之間。在我國，300萬kW以上的電力系統的頻率偏差規定不得超過±0.2Hz;而300萬kW以下的小容量電力系統的頻率偏差規定不得超過±0.5Hz。
由于大機組的運行對電力系統頻率偏差要求比較嚴格，因此有些國家對電力系統故障運行方式的頻率偏差也作了規定，一般規定在±0.5～±1Hz之間。超過允許的頻率偏差，大機組將跳閘，這不利于系統的安全穩定運行。
頻率變化的原因。在電力系統內，發電機發出的功率與用電設備及送電設備消耗的功能不平衡，將引起電力系統頻率變化。當系統負荷超過或低于發電廠的出力時，系統頻率就要降低或升高，發電廠出力的變化同樣也將引起系統頻率變化。在系統有旋轉備用容量的情況下，發電廠出力能通過頻率調節器較快地適應負荷的變化，因此負荷變化引起的頻率偏差值較小。若沒有旋轉備用容量，負荷增大引起的頻率下降較大。電力系統的負荷始終隨時間在不斷地變化，要隨時保持發電廠的有功功率與用戶有功功率的平衡，維持系統頻率恒定，因此，電力系統應具有一定的旋轉備用容量，一般運行備用容量要求達到1%～3%。
低頻率運行的危害。電力系統低頻率運行對發電廠和用戶都會產生不利影響。系統低頻率運行時將產生以下不利的影響：汽輪機低壓級葉片將由于振動加大而產生裂紋，甚至發生斷落事故;電廠中所有的交流電動機的轉速相應降低，使給水泵、風機、磨煤機等輔助機械的出力相應降低，嚴重影響火力發電廠的出力，促使頻率進一步下降，引起惡性循環，甚至可能造成全廠停電的嚴重事故;同時，所有用戶的交流電動機的轉速也要降低，工農業的產量和質量將不同程度地降低，例如頻率降到49Hz以下時，紡織品、紙張將發生毛疵和厚薄不勻的質量問題。
高頻率運行對系統本身和用戶也將產生不利影響，如使系統電壓升高對絕緣不利，增加用戶和系統的損耗等。
防止系統低（高）頻率運行的對策，主要是提高日負荷曲線預測精度，使計劃開機的發電出力與實際的負荷偏差較少;充分發揮AGC的功能，嚴格要求在正常運行方式下系統頻率偏差不大于規定值。在故障情況，系統頻率下降時，動用系統旋轉備用容量，進行低頻率減負荷，自動切除部分次要負荷;當頻率升高時，快速減少發電機出力，甚至進行高頻率切機，使系統頻率盡快恢復在額定值附近。目前，多數電力系統高峰容量不足，可能出現低頻率運行。在這種情況下，可用適當的峰谷電價差，鼓勵用戶避開高峰用電或少用電;用電大戶在實行計劃用電的電網中不超指標用電。要保證系統頻率質量。只有電力部門和用戶共同努力才能實現。
2.電壓質量
供電電壓標準及容許偏差。我國對用電單位的供電額定電壓及容許偏差規定為：①低電壓220V/380V，用于照明用戶時允許偏差+5%～-10%;用于其他為±7%。②高電壓10kV，10kV及以下允許偏差為±7%;對特殊用戶有35kV、110kV供電的，允許偏差為±5%。
電壓偏離額定值的原因。電力通過變壓器和線路輸送將產生電壓降，使受電端電壓較送電端電壓低一定數值。一般情況下，離電源越近，負荷越小的用戶，電壓降越小;反之，電壓降越大。用戶消耗的功率包括有功和無功，如果用戶所需無功經變壓器和線路送來，則會產生較大的電壓降，使用戶電壓偏低，用戶吸收的無功越大，則用戶端的電壓越低。用戶的用電功率因素將直接影響用戶本身的電壓質量。
用電設備低電壓運行的危害：①將使電動機的電流過大，線圈溫度過高，甚至使電動機拖不動或無法起動，進而燒壞電動機;②電燈發暗，日光燈起動困難;③線路損耗增加;④在電網樞紐變電所和受電地區的電壓降低到額定電壓的70%左右時，將可能發生電壓崩潰事故，即用戶消耗的無功稍有增加，線路電壓降加大，使受電動區電壓下降，這樣又進一步造成線路電壓降增加，如此循環下去，將導致甩掉大量負荷，造成大面積停電。
用電設備高電壓運行可使用戶設備（如燈泡）壽命降低，電動機發熱，損耗增加。
提高電壓質量的措施：①采取無功補償措施，做到無功分級即各個電壓等級、分區平衡，即每個電壓等級發出的無功與消耗的無功平衡，每個地區發出的無功與消耗的無功平衡，盡可能減少無功遠距離輸送。做到在負荷點裝設無功補償設備。無功補償設備可以是電容器、靜止無功補償器等。②由用戶裝設適當的電容器，提高用戶的功率因數在0.9以上。集中裝有電容器的大用電戶應注意：在小負荷時切除部分電容器，以避免電壓升高和向電網送無功，引起網損增加。用戶裝設跟蹤無功負荷的自動投切電容器或靜止無功補償器。③在負荷密集的地區變電站采用帶負荷調壓的變壓器。
3.電壓的不對稱性和非正弦性
在現代的用電設備中，出現了換流一整設備、變頻一調速設備、電弧爐、電氣機車、電視機等非線性負荷。它們不但引起電壓波動而且造成電壓的不對稱性和非正弦性。
電壓的不對稱性系指三相電壓間的不對稱。根據對稱分量法，不對稱的三相電壓可分解為對稱的正序、負序和零序分量。
電壓的非正弦性是指電壓波形的畸變。根據傅立葉變換。非正弦的電壓可分解為基波（50Hz）電壓和一系列高次諧波電壓。總諧波電壓是所有高次諧波電壓的均方根值之和。我國對供電的諧波電壓和電流允許值作了規定。以10kV的電網為例，總的電壓諧波畸變率（GHD）應小于4%，奇次諧波應小于3.2%，偶次諧波應小于1.6%;而各次諧波總的電流允許值見表8-1。
表8-1各次諧波電流允許值
諧波次數234567
電流允許值（A）262013208.515
注：短路容量以100Mvar為基準。
用戶和供電部門共同努力才能保證電網諧波在允許范圍。電網諧波如果不治理，將導致電氣設備壽命縮短、網損增加、儀表指示不準、干擾通信線路，甚至引起繼電保護和自動裝置誤動。