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电能质量存在哪些问题?    日期:2019-04-28

  摘要:电能质量的好坏已经关乎到我们的日常生活,那么在生活中电能质量存在哪些问题?它又有什么危害?电能质量三要素介绍是哪些?


  一、什么是电能质量?

  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。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时,在三相交流系统中,各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称,负荷性质多变,加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因,这种理想的状态并不存在,因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题,也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义,从不同角度理解通常包括:

  (1)电压质量:是以实际电压与理想电压的偏差,反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题,但不能包括频率造成的电能质量问题,也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。

  (2)电流质量:反映了与电压质量有密切关系的电流的变化,是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外,还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损,但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。

  (3)供电质量:其技术含义是指电压质量和供电可靠性,非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。

  (4)用电质量:包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务,也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。

 

  二、电能质量三要素

  1.电压

  电压(voltage),也称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。

  2.波形

  表示信号的形状、形式,这个信号可以是波在物理介质上的移动,也可以是其他物理量的抽象表达形式。

  3.频率

  频率,是单位时间内完成周期性变化的次数,是描述周期运动频繁程度的量,常用符号f或ν表示。

  三、电能质量的特征

  (1) 电力系统的电能质量始终处在动态变化中。电能从发电 生产到用户消耗是一个整体,电能量的流动始终处于动态平衡之 中,并且随着电网结构的改变和负荷的变化,在不同时刻、不同连接点,电能质量现象和指标往往是不同的,也就是说整个电力 系统的电能质量状态始终处在动态变化中。

  (2) 电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响。电 能不能大量储存,其生产、输送、分配和转换、消耗几乎是同 时进行的。很显然,在电力系统运行过程中电能是不可能更换的。电气连接将供用电双方构筑成一个整体,不论哪个环节引 起电能质量问题,都会对相关配电网络与设备以及电力用户的。

 

  四、电能质量问题

  电压跌落:电压或电流的有效值减少到额定值的0.1-0.9,持续时间为0.5个周期至1分钟,系统频率仍为标称值。

  电压中断:在一定的时间范围内线路单相或多相失去电压(低于额定值的0.1)。 按持续时间长短,分为瞬时断电(0.5周期至3秒)、暂时断电(3秒至60秒)和持续断电(大于60秒)。

  谐波和间谐波:频率为电源基波频率整数倍的正弦电压或电流称为谐波,含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流则为间谐波。谐波是电力系统和电力负荷设备的非线性特性造成的。问谐波主要是由感应电机、静止变频器、周波变频器和电弧设备产生的。间谐波会使照明装置引发视觉闪变。

  电压波动(闪变):电压波动是电压幅值在正常的变化范围内(额定值的90%-110%)有规律或随机的变化,电压波动会产生6—14Hz左右的照明闪烁,此种现象称为闪变。电压波动和闪变主要由工业负荷造成的,如电焊接机、轧钢厂以及电弧炉等。闪变是人们对照明波动的主观感受,是衡量电压波动时对用电设备的影响的一个重要而有效的指标。

  除此之外,还有其余的电能质量问题,比如电压不对称,三相不平衡,过电压、欠电压等。

 

  五、引起电能质量的原因

  1、电力系统元件存在的非线性问题

  电力供电系统中元件的非线性问题有:发电机正常工作中产生的谐波;电网中各变压设备产生的谐波;直流输电产生的谐波;经过高压后的输电线路对谐波的放大作用。另外,并联电容器在变电站中的设置等因素也都会造成谐波的出现。这些因素中直流输电因素是现在电力系统中产生谐波的主要因素。

  2、非线性负荷

  非线性负载在工业和生活用电中展的比例很大,这是电力系统中产生谐波的主要根源。非线性的主要负载是电弧炉,电弧炉起弧的时延及电弧的严重非线性产生了谐波。

  居民的日常生活和生产的负荷中,使用的荧光灯的伏安特性也是非线性的,也会有严重的谐波电流产生,其中含量高的是3次谐波。此外,使用大功率的整流和变频装置也会有严重的谐波电流产生,严重影响了电网的安全。

  3、电力系统故障

  电能质量也会受到电力系统运行时的内外故障影响,例如,各种自然灾害、人为的非正常操作、各种线路短路、电网出现故障时发电机及励磁系统工作状态的改变等都会对电能的质量造成很大的影响。


  六、电能质量问题危害

  电能质量的下降不仅会影响供电系统的正常安全供电,同时也会给用电系统带来各种各样的危害,直接影响着人身安全和经济效率,因此电能质量问题有着较严重的后果,具体表现在:

  (1)电压的波动和闪变

  会造成用电设备工作不稳定,由于电压发生波动,使电压幅值超出容许范围。另外由于电弧炉炼钢运行时造成的电压波动,将会使旋转电机产生附加损耗,会降低电机的工作效率和寿命。

  (2)电压的短时中断

  典型的瞬态电压偏差,通常是由于雷电、强风等外界环境影响引起的,也有可能是内部设备或控制装置误动作。基于计算机、微处理器控制的各种精密仪器和设备的大量使用,对供电质量的敏感程度不断增加。IBM公司的市场调查表明,48.5%的计算机数据丢失是由于电能质量引起的。

 

  (3)谐波的危害

  1.谐波增加了公用电网的附加输电损耗,降低了发电、输电及用电设备的使用效率;

  2.谐波会使电气仪表的测量结果不正确;

  3.谐波会影响甚至严重影响用电设备的正常工作,比如谐波对电机产生附加转矩,导致不希望的机械震动、噪声,还会引入附加铜损、铁损,以及过电压,导致局部过热,绝缘老化,缩短设备使用寿命;

  4.谐波会导致继电保护和自动装置等保护设备的误动作;

  5.谐波会对邻近的通信系统造成明显的干扰,降低通信质量。当谐波频率与系统的固有频率相等时,会产生并联谐振,使谐波放大几倍,甚至几十倍。

  (4)无功功率

  无功功率主要是降低了发电设备和输电设备的使用效率,增加了设备的容量,同时设备及线路损耗也会增加。无功功率还会使线路和变压器的电压降增大。如果是冲击性无功负载,还会使电网电压产生剧烈波动,严重影响供电质量。典型的现象有时钟自动复位,计算机死机,可编程控制器工作异常,通信系统工作不正常,中线过热电容器,过热损坏电机,损耗增大出力降低,仪表计量不准,继电保护和自动装置误动作,设备绝缘老化,加速线损和变压器损耗。

  (5)三相不平衡

  1.使旋转电机产生附加发热和振动,对安全运行和正常出力有很大的影响:

  2.使半导体变流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波);

  3.引起以负序分量为启动组件的多种保护发生误动作(特别是当电网中同时存在谐波时),会对电力系统的安全运行产生严重威胁;

  4.在低压配电线路中,会影响计算机正常工作,引起照明电灯寿命缩短(电压过高)或照度不足(电压过低)以及电视机的损坏等;

  5.三相不平衡同样会使电网损耗增加;对于通信设备,会增大对其的干扰,影响正常通信质量。

 

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