萍乡地区电能质量问题与改善方法

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摘要：本文首先论述改善电能质量的意义，它关系着国民经济的总体效益然。后论述电能质量的概念简单的说就是指优质供电，电能质量的五个指标包括：电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡，最后综述影响电能质量的电力污染源主要是整流设备，在萍乡电网中存在的一般问题是电压偏低，进而提出了改善电能质量关于治理“污染”要确认"污染"的程度和谐波来源，找出"病根"，对症"下药"，以及提高电压的具体措施。

关键词：电能质量 质量指标 静止无功补偿装置（SVC） 电力系统

1、引言

萍乡电网地处江西电网的末端，电源点比较薄弱，电网结构比较单一。普遍存在电压偏低现象，再加上水泥厂和钢厂等大工业用电，对电压产生的谐波严重影响了萍乡地区的电量质量。随着萍乡国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，电能质量越来越受到人们的关注，同时国家对不同用户的用电质量也有相关的要求。因此对萍乡地区电能质量的研究和改善有十分重要的意义。

2、改善电能质量的意义

电能质量关系着电网的安全经济运行，是工业产品质量的保障，对降低能耗及人类生活环境等产生重要影响。现代工业和科学技术中的精密仪器设备，复杂的控制系统和工艺流程，对电能质量的要求越来越高。电能质量关系着国民经济的总体效益。

电动机是电网的主要用电设备，占总负荷的60%以上。电网电压和频率的偏差，谐波含量，三相电压不平衡以及电压波动和闪变均会直接影响输出的力矩，从而影响生产的工效和产品质量。例如电动机机轴端负荷为恒定时，电压减少10%，则滑差约增大0.6%；负荷率为85%的电动机，电压降低10%～15%时则有可能失去稳定。纺织机、造纸机等一些复杂的生产机组对频率是较敏感的，若频率变化过大，便可能出废品，设备受损。

电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，网损加大。高次谐波对电容器的影响很突出，当电容器两端的电压含有高次谐波时，由于电容器对高次谐波的阻抗随频率的增大而减小，因此，谐波电流可能会很大，使电容器不能正常运行或长期过负荷，甚至发生爆炸。谐波还使系统发生谐振的可能性增大，同时可能引起继电保护和自动装置误动，仪表指示和电能计量不准及干扰通讯等一系列问题。即使各级电网的谐波电压不超过标准，由于谐波引起的损耗以及电气设备绝缘寿命的缩短所造成的等值损失电量也很可观，据统计为用电量的0.7%。如果电网中的谐波严重超标或发生谐振，则损耗将大大增加。

三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起电机附加振动力矩和发热。如负序电压含量为4%，由于发热其绝缘寿命缩短约一半。如果某相电压高于额定值，则其绝缘寿命缩短更严重。一些保护会因负序和谐波的干扰而发生动作。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，并引起照明的闪变，使人眼疲劳而降低工效等。

需要引起重视的是，很多有污染源的用户认为采取措施改善电能质量，只对电网和其它用户有利，将此投资视为额外负担。实际上，由污染源引起的电能质量污染的首先受害者是这些设备的拥有者。

3、电能质量的概念

我们都知道，一个理想的电力系统应以恒定的频率（50Hz）和正弦波形，按规定的电压水平（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°的对称状态。由于系统各元件（发电机、变压器、线路等等）参数并不是理想线性或对称的，负荷性质各异且随机变化，加之调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态在实际当中并不存在，而由此产生了电网运行、电气设备和用电中的各种各样的问题，也就产生了电能质量（Power Quality）的概念。从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。但迄今为止，对电能质量的技术含义还存在着不同的认识，这一方面是由于人们看问题的角度不同，如电力企业可能把电能质量简单地看成是电压（偏差）与频率（偏差）的合格率，并且用统计数字来说明电力系统电能99%是符合质量要求的；电力用户则可能把电能质量笼统地看成是否向负荷正常供电；而设备制造厂家则认为合格的电能质量就是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况的需要，但实际上不同厂家和不同设备对电源特性的要求可能相去甚远。另方面，对电能质量的认识也受电力系统发展水平的制约，特别是用电负荷的性能和结构。

4、电能质量的指标

理想的三相交流供电系统的三相交流电压是平衡的，其幅值和频率都是恒量，电压和电流的波形为正弦无畸变波形。电能质量通常用电网的实际状况与理想系统的差距来衡量。主要有五个指标：（1）电压偏差；（2）频率偏差；（3）谐波含量；（4）电压波动和闪变；（5）三相电压不平衡。

《电能质量 供电电压允许偏差》（GB 12325—90）对电压偏差的限值规定为35 kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过10%。10 kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。220 V单相供电电压允许偏差为+7%～-10%。《电能质量 电力系统频率允许偏差》（GB / T15945—95）对电压偏差的限值规定为电力系统正常频率偏差允许值±0.2 Hz。当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5 Hz。用户冲击负荷引起的系统频率变动不得超过±0.1 Hz。《电能质量 供电电压允许电压波动》（GB12326—90）对电压偏差的限值规定为：电压波动 10 kV及以下为2.5%；35～110 kV为2%；220 kV及以上为1.6%。电压闪变 0.4%～0.6%。《电能质量 三相电压允许不平衡度》（GB/T15543-1995）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%。

5、影响电能质量的电力污染

电能从生产到消耗是一个整体，发供用始终处于动态平衡中，因此，发、输、供、用各个环节都会对电能质量产生影响。相对而言，电压偏差和频率偏差主要决定于电网的结构、系统无功补偿设备和调压、调频手段以及电网调度的合理性。而电力污染（包括电力谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡）主要由各种非线性负荷、冲击性负荷和不对称负荷引起的。

目前，在萍乡地区电力负荷中的整流设备很多，如电解槽、电池充电器、水泥回转窑等整流装置是典型的谐波源。炼钢电弧炉既是电压波动、闪变的肇事者，也是谐波源，同时是不对称负荷。在电弧炉的熔化期，由于电弧燃烧极不稳定，电极经常短路和断路，因而它的基波电流和谐波电流变化都很大，三相不平衡很严重。现代化的家用电器（包括电子计算机）电源多采用二极管整流，会产生很大的谐波。有些家用电器如洗衣机、电视机、电冰箱等工作时的电流变化很大，也影响电压的稳定。家用电器大都是单相负荷，同样产生不平衡电流。对供电电能质量造成严重的干扰或“污染”。

6、在萍乡电网中的一般问题

在萍乡电网中普遍存在电压偏低，主要原因有：（1）线路导线截面小。在开始的电网建设中，对负荷预测不准，导致导线截面选择过小，而负荷发展较快，线路截面已不能满足载流量的要求。（2） 在变电站的主变压器容量小，负荷高峰时出现了超负荷情况，影响了电压质量，有载调压装置投运率低或调压操作不及时。 （3） 10kV或低压配电线路供电半径长。当供电半径超过合理的长度时，线路末端电压损耗太大，导致电压偏低。（4）每逢春季农业负荷特别集中，造成各级电网电压偏低。（5）由于配电变压器三相负载不平衡，引起中性点电压位移，造成负载轻的一相电压偏高，而负载重的一相电压偏低。

7、改善电能质量的措施

首先，在抑制和治理"污染"方面，我们要用准确的均方根值测量仪器仪表对电路及中性线值的测量，进行谐波调查。加强对用户输电线路电能质量的测量、检查，定期对输配电系统进行检测、对比，特别是中低压系统，找出谐波产生和发展的规律，以确认谐波"污染"的程度和谐波来源，找出"病根"，对症"下药"，以便"马到成功"。

谐波"污染"的抑制和防治措施根据装置工作原理不同又分为由电感线圈、电容器（电阻）组成的无源滤波器和由电力电子设备组成的有源滤波器。无源滤波器是利用电容、电感谐振的原理"吸收"、"阻止"谐波，限制进入公用电网的谐波，从而保证电压畸变率处在较低水平。按接线方式又分为串联滤波和并联滤波以及低通滤波。串联滤波主要滤除3N次谐波（或称零序性质的谐波）。并联接入的滤波器不仅滤除多次谐波，而且对系统具有无功补偿作用。低通滤波器主要用于高次谐波的治理。在电源接入端测量有谐波"污染"时，可首先安装阻波线圈，以拒之"门外"，在条件有限的地方也可使用并联电容器的方法将谐波"揽入怀中"。

并联电容器组虽然有提高功率因数和调节波动电压的作用，但在一定参数的条件下，对谐波还有放大作用，必须加以避免。改变与电容器串联的阻流电抗器参数、减少补偿电容器投人数量或增加补偿网络，以及将电容器组的某一支路改成滤波器等方面可消除并联电容器对谐波的放大现象。

有源滤波器实质上是一个大功率的谐波发生器，它通过谐波采样装置将谐波源发出的谐波采集后，再完整地复制出来，然后反相接入谐波源的入网点，起到与谐波大小相等、方向相反、相互抵消的作用，其产生的谐波随"污染"源的变化而变化，其接入方式也分串联有源滤波器和并联有源滤波器，是一种新型的滤波装置，功耗高、效果好、但费用高。

改变负荷分配也可降低谐波对其他支路的影响；增加电网的短路容量、提高电气设备的短路比，也可以炼低谐波对同一电网上其他设备的影响。哪一种方法科学可行，要具体情况具体分析，可以使用一种方法，也可以多种措施并举，以达到满意的效果。

保证电压稳定的方法通常是改变电源或发电机端电压，调整发电机励磁电流，使发电机端电压偏离额定值不超过土5%，这是最经济的选择；改变电源布局或改变无功补偿装置的安装位置，尽量降低线路无功输送，实现无功就地补偿；改变变压器的变比或调整变压器分接头开关，实现电压调整，其实质也就是改变电力系统的无功分布；改变电力线路的参数，如串联电.容器，增加导线截面，降低线路电压损耗。使用无功补偿装置，如电力电容器及目前市面上的新型电力稳压装置。对超高压线路布设电抗器，吸收系统无功，保证电压稳定。

提高电压质量应做到：（1）线路新建、改造过程中，对负荷发展要有充分合理的预测，要选择合理的导线截面。（2）线路长度不能超过合理的供电半径。 （5）根据负荷性质，合理选择配电变压器的容量，使其在最大负荷时，留有一定的裕度。

8、结束语

电能质量是电力工业发展水平的主要标志之一，电能质量直接关系到国民经济的总体效益。随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。当今威胁信息电力质量的主要干扰除了谐波、电压波动外，更多为人们所关注的将是电压暂降和短时断电、电压闪变等动态电能质量问题；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，运用灵活交流输电系统FACTS和电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿，这将是今后解决电能质量问题的最根本途径。

参考文献

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