電能質(zhì)量影響因素及其危害性

影響與危害電能質(zhì)量的因素主要包括哪些方面?

電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個方面：

(1)自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。

(2)電力設(shè)備及裝置的自動保護及正常運行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動和停運、自動開關(guān)的跳閘及重合等對電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時降低、產(chǎn)生波動與閃變等。

(3)電力用戶的非線性負荷、沖擊性負荷等大量投運的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機車運行等對電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動、產(chǎn)生電壓波動與閃變等。

電壓質(zhì)量是怎樣受到影響的?

電能質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)中，電源電壓質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是一項重要的內(nèi)容，它主要以頻率質(zhì)量指標(biāo)和電壓質(zhì)量指標(biāo)來衡量。頻率質(zhì)量指標(biāo)為頻率允許偏差的標(biāo)準(zhǔn);電壓質(zhì)量指標(biāo)包括電壓幅值質(zhì)量和波形質(zhì)量。幅值質(zhì)量包括電壓允許偏差、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、瞬時過電壓與暫態(tài)過電壓等。波形質(zhì)量包括諧波含量和電壓正弦波波形的畸變率。

電壓質(zhì)量主要是受到大容量非線性負荷及沖擊性負荷的影響。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備都是電能質(zhì)量的污染源，包括各種電力電子設(shè)備的用電負荷、煉鋼電弧爐負荷、電力機車負荷等，使電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動與閃變、產(chǎn)生高次諧波電壓、造成系統(tǒng)電壓不平衡等，從而引起電壓正弦波形畸變。沖擊性負荷的影響，主要使電網(wǎng)中大功率用電設(shè)備的啟動和切換。

電能質(zhì)量的污染，影響到電力系統(tǒng)、電力用戶、通信系統(tǒng)及其他相關(guān)行業(yè)。因此，電源電壓質(zhì)量指標(biāo)惡化并造成危害不僅影響了電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的正常運行，而且對正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。認識電能質(zhì)量污染的影響并采取相應(yīng)的防范措施和對策，確保電能的高品質(zhì)，是幼稚供電服務(wù)的一項重要內(nèi)容。

引起電壓驟降的原因是什么?

電力系統(tǒng)電壓驟降是指供電電壓幅值(有效值)短暫降低，隨后恢復(fù)正常的特征。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50160以及美國國際電氣電子工程師協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std1159-1992，電壓驟降的定義為：供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%～10%(0.9p.u.~0.1p.u.)，然后又恢復(fù)至正常電壓，這一過程的持續(xù)時間為10ms~60s。供電可靠性反映的是供電中斷程度，一般只考慮持續(xù)時間5min以上的電壓中斷問題，有些國家對1min以下的中斷不予統(tǒng)計。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高科技設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。這些設(shè)備對電壓變化很敏感，短時的供電中斷或電壓有效值下降，往往會造成設(shè)備不能正常運行、發(fā)生停機等事故。電壓驟降就是針對這一問題提出的。

引起電壓驟降的主要原因是電網(wǎng)或用電設(shè)備發(fā)生雷擊、外力短路故障，一些用電設(shè)備(如電動機)啟動或突然加荷也會造成電網(wǎng)電壓瞬時下降。與長時間供電中斷事故相比，電壓驟降又發(fā)生頻度高、事故原因不易覺察的特點，處理起來也比較困難。

電壓驟降對一些設(shè)備有哪些影響?

(1) 對冷卻控制器。當(dāng)電壓低于80%時，控制器動作將制冷電機切除，導(dǎo)致生產(chǎn)損失。

(2)對芯片測試儀。當(dāng)電壓低于85%時，測試儀停止工作，芯片、主板被毀壞。

(3)對可編程控制器。當(dāng)電壓低于81%時，可編程控制器(PLC)停止工作;而一些I/O設(shè)備，當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時間僅幾個周波，就有可能被切除。

(4)對機器人控制的精密加工器具。當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時間達到40～60ms，就可能跳閘。

(5)對直流電機。當(dāng)電壓低于80%時，即可能發(fā)生跳閘事故。

(6)對變頻調(diào)速器。當(dāng)電壓低于70%、持續(xù)時間超過120ms時，可能被退出運行。而對于一些精密加工機械的電機，當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時間超過60ms，也可能發(fā)生因跳閘而退出運行。

(7)對交流接觸器。當(dāng)電壓低于50%、持續(xù)時間超過20ms，即可能發(fā)生脫扣斷電。

(8)對計算機。當(dāng)電壓低于60%、持續(xù)時間超過240ms，計算機的數(shù)據(jù)將可能丟失等。

三次諧波產(chǎn)生的特點及影響有哪些?

電網(wǎng)中的諧波主要指頻率為工頻(基波頻率)整數(shù)倍成分的諧波及工頻非整數(shù)倍成分的間諧波。它們都是造成電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的重要原因。電網(wǎng)中的三次諧波是諧波影響的主要成分之一，除電氣化鐵路和電弧爐負荷是主要諧波源以外，根據(jù)大量現(xiàn)場測試的分析結(jié)果證實，電力變壓器也是電力系統(tǒng)中三次諧波的一個重要諧波源。電力變壓器的激磁電流、鐵心飽和及三相電路荷磁路的不對稱，致使在變壓器三角Z繞組的線電壓和線電流中也仍然存在三次諧波分量，尤其在負荷低谷時，隨著電網(wǎng)電壓的升高，變壓器鐵心飽和程度加劇，產(chǎn)生的三次諧波含量也隨之增大。隨著電網(wǎng)大量電容裝置的投運，通過對現(xiàn)場諧波實測發(fā)現(xiàn)，三次諧波并不是只有零序分量可被變壓器三角繞組所環(huán)路，而是波及全網(wǎng)，并給電容裝置及電網(wǎng)的正常運行帶來影響和威脅。例如，電容裝置盲目采用串聯(lián)電抗率為5%～6%的電抗接入電網(wǎng)后，引起三次諧波的放大和導(dǎo)致發(fā)生諧振的情況，已為大量的現(xiàn)場事故案例所證實。

三次諧波的產(chǎn)生，還包括大功率晶閘管整流裝置及大量開發(fā)應(yīng)用的電力電子器件，煉鋼電弧爐及軋機容量的增大，電氣化鐵路交通的發(fā)展應(yīng)用，包括UPS電源、電子調(diào)速裝備、節(jié)能型燈具及家用電器中的計算機、微波爐等電力電子設(shè)備和電器設(shè)備應(yīng)用的大量增加，使各類非線性負荷注入電網(wǎng)的諧波日益增多，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染的影響也越來越大。在這些設(shè)備集中使用的地區(qū)，如工廠車間、公寓大廈、居民小區(qū)、寫字樓、酒店商廈等，諧波污染已相當(dāng)嚴重。諧波污染的影響使電能質(zhì)量明顯下降，因此，對電能質(zhì)量諧波污染的抑制和治理已刻不容緩。

諧波源主要包括哪些設(shè)備?

1.電力電子設(shè)備

電力電子設(shè)備主要包括整流器、變頻器、開關(guān)電源、靜態(tài)換流器、晶閘管系統(tǒng)及其他SCR控制系統(tǒng)登。由于工業(yè)與民用電力設(shè)備常用到這類電力電子設(shè)備和電路，如整流和變頻電路，其負載性質(zhì)一般分為感性和容性兩種，感性負載的單相整流電路為含奇次諧波的電流型諧波源。而容性負載的單相整流電路，由于電容電壓會通過整流管向電源反饋，屬于電壓型諧波源，其諧波含量與電容值的大小有關(guān)，電容值越大，諧波含量越大。變頻電路諧波源由于采用的是相位控制，其諧波成分不僅含有整數(shù)倍數(shù)的諧波，還含有非整數(shù)倍數(shù)的間諧波。

2.可飽和設(shè)備

可飽和設(shè)備主要包括變壓器、電動機、發(fā)電機等。可飽和設(shè)備是非線性設(shè)備，其鐵心材料具有非線性磁化曲線和磁滯回線，在正弦波電壓的作用下，勵磁電流為對稱函數(shù)，并滿足。應(yīng)用傅立葉級數(shù)分解時僅含有奇次項，對于三相對稱的變壓器，3次諧波的奇數(shù)倍(3次，6次，9次……)諧波均為零序，可認為變壓器是只產(chǎn)生奇次諧波的電流源型諧波源。變壓器的諧波次數(shù)還受到一、二次側(cè)接線方式的影響，諧波的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程序越高，諧波電流就越大。與電力電子設(shè)備和電弧設(shè)備相比，可飽和設(shè)備上的諧波在未飽和的情況下，其諧波的幅值往往可以忽略。

3.電弧爐設(shè)備及氣體電光源設(shè)備

(1)電弧爐在熔煉金屬過程中的非線性影響將產(chǎn)生大量的諧波。

(2)氣體電光源包括熒光燈、鹵化燈、霓虹燈燈。根據(jù)這類氣體放電光源的伏安特性，其非線性特性十分嚴重，同時含有負的伏安特性。而氣體燈具工作時要與電感性鎮(zhèn)流器相串聯(lián)，并使其綜合伏安特性不再為負才能正常工作。由于鎮(zhèn)流器的非線性相當(dāng)嚴重，其中三次諧波含量再20%以上，其特性為對稱函數(shù)，只含有奇次諧波，所以氣體電光源設(shè)備屬于電流源型諧波源。

諧波污染對電網(wǎng)有哪些具體影響?

諧波污染對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在：

(1)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、線路和設(shè)備過熱燈，特別是三次諧波會產(chǎn)生非常打的中性線電流，使得配電變壓器的零線電流甚至超過相線電流值，造成設(shè)備的不安全運行。諧波對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性的影響還表現(xiàn)在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴大、電網(wǎng)解裂燈。

(2)引起變電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電壓互感器燈設(shè)備損壞;造成變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，引起電力變壓器、電力電纜、電動機等設(shè)備發(fā)熱，電容器損壞，并加速絕緣材料的老化;造成斷路器電弧熄滅時間的延長，影響斷路器的開斷容器;造成電子元器件的繼電保護或自動裝置誤動作;影響電子儀表和通信系統(tǒng)的正常工作，降低通信質(zhì)量;增大附加磁場的干擾等。

諧波對電力電容器有哪些影響?

當(dāng)配電系統(tǒng)非線性用電負荷比重較大，并聯(lián)電容器組投入時，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流打，使電容器過負荷而嚴重影響其使用壽命，另一方面當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大使電容器過熱而導(dǎo)致?lián)p壞。因此，電壓諧波和電流諧波超標(biāo)，都會使電容器的工作電流增大和出現(xiàn)異常，例如，對于常用自愈式并聯(lián)電容器，其允許過電流倍數(shù)是1.3倍額定電流，當(dāng)電容器的電流超過這一限制時，將會造成電容器的損壞增加、發(fā)熱異常、絕緣加速老化而導(dǎo)致使用壽命降低，甚至造成損壞事故。同時，諧波使工頻正弦波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質(zhì)中引發(fā)局部放電，長時間的局部放電也會加速絕緣介質(zhì)的老化、自愈性能下降，而容易導(dǎo)致電容器損壞。

按照電力系統(tǒng)諧波管理規(guī)定，電網(wǎng)中任何一點電壓正弦波的畸變率(歌詞諧波電壓有效值的均方根與基波電壓有效值的百分比)，均不得超過表2-5規(guī)定。

表2-5 電網(wǎng)電壓正弦波形畸變極限值

諧波對電力變壓器有哪些影響?

(1)諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱，振動，噪聲增大，繞組附加發(fā)熱等。

(2)諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，當(dāng)系統(tǒng)運行電壓偏高或三相不對稱時，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增大，影響絕緣的局部放電和介質(zhì)增大。對三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組內(nèi)形成換流，使繞組溫度升高。

(3)變壓器勵磁電流中含諧波電流，引起合閘涌流中諧波電流過大，這種諧波電流在發(fā)生諧振時的條件下對變壓器的安全運行將造成威脅。

諧波對電力避雷器有哪些影響?

變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時間比較長，能夠延續(xù)數(shù)秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關(guān)避雷器的放電時間過長而受到損壞。這一問題對選擇保護高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數(shù)帶來較大的困難。

諧波對輸電線路有哪些影響?

(1)諧波污染增加了輸電線路的損耗。輸電線路中的諧波電流加上集膚效應(yīng)的影響，將產(chǎn)生附加損耗，使得輸電線路損耗增加。特別是在電力系統(tǒng)三相不對稱運行時，對中性點直接接地的供電系統(tǒng)線損的增加尤為顯著。

(2)諧波污染增大了中性線電流，引起中性點漂移。在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，零序電流和零序性的諧波電流(3次，6次、9次……)不僅會引起中性線電流大大增加，造成過負荷發(fā)熱，使損耗增加，而且產(chǎn)生壓降，引起零電位漂移，降低了供電的電能質(zhì)量。

諧波對電力電纜有哪些影響?

諧波污染將會使電纜的介質(zhì)損耗、輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大及干式電纜的局部放電增加，引發(fā)單相接地故障的可能性增加。

由于電力電纜的分布電容對諧波電流有放大作用，在系統(tǒng)負荷低谷時，系統(tǒng)電壓上升，諧波電壓也相應(yīng)升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質(zhì)不穩(wěn)定的危險性越大，更容易發(fā)生故障。

諧波對電力系統(tǒng)其他運行設(shè)備有哪些影響?

(1)對同步發(fā)電機的影響。用戶的負序電流和諧波電流注入系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)動機，將產(chǎn)生附加損耗，引起發(fā)電機局部發(fā)熱，降低絕緣強度。同時，由于輸出的電壓波形中產(chǎn)生附加諧波分量，使負載的同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生扭振，降低其工作壽命。

(2)對斷路器的影響。諧波會使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作，斷路器的遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變率超過一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現(xiàn)象，導(dǎo)致斷路器觸頭燒損。

(3)對消弧線圈的影響。當(dāng)電網(wǎng)諧波成分較大時，發(fā)生單相接地故障，消弧線圈對諧波電流將可能不起作用，在接地點得不到的補償，從而引發(fā)系統(tǒng)的故障擴大。

(4)對載波通信的影響。高諧波含量對電力載波通信的干擾主要表現(xiàn)在語音通信過程中產(chǎn)生噪聲，數(shù)據(jù)傳輸失真，降低EMS、DAS實時數(shù)據(jù)的真實可靠性，造成集中抄表系統(tǒng)中數(shù)據(jù)出錯等故障。

諧波對繼電保護及自動裝置有哪些影響?

1.對繼電保護及自動裝置運行環(huán)境的影響

(1)在諧波嚴重超標(biāo)的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網(wǎng)中會受到影響。

(2)頻繁出現(xiàn)變壓器嚴重涌流且涌流衰減緩慢的變電站受到涌流產(chǎn)生諧波的干擾。

(3)在系統(tǒng)因短路容量太小而可能出現(xiàn)較大諧波電壓影響的場所會受到影響。

(4)在易發(fā)生諧波諧振的配電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電站網(wǎng)架近會受到影響。

(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴重的網(wǎng)絡(luò)附近會受到影響。

2.繼電保護及自動裝置利用的啟動量小

利用負序電流或電壓、零序電流或電壓、差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負序量啟動的對諧波的敏感性最大。

3.繼電器或啟動元件本身對諧波敏感

(1)晶體管或集成電路保護裝置的動作量非常小和動作時間非常少，因此它的啟動判據(jù)容易受到諧波影響而出現(xiàn)較大的誤差。

(2)利用信號過零取樣的控制系統(tǒng)及利用數(shù)據(jù)過零點的數(shù)字式繼電器或微機保護，都會受到諧波的影響和干擾。

諧波對繼電保護整定有哪些影響?

繼電保護正常運行中，當(dāng)電源諧波分量較高時，可能會引起過電壓保護、過電流保護的誤動作。當(dāng)三相嚴重不對稱時，在正序性諧波或負序性諧波含量較高的情況下，可能對以負序濾過器為啟動元件的保護裝置產(chǎn)生干擾，而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車后，曾發(fā)生過由于牽引變電所注入系統(tǒng)大量的諧波和負序電流，引起供電系統(tǒng)電能質(zhì)量指標(biāo)嚴重惡化，多次造成發(fā)電機的負序電流保護誤動，主變壓器的過電流保護裝置誤動，線路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動，高頻保護收發(fā)訊機誤動，母線差動保護誤動和故障錄波器誤動的事故。

近年來，微機保護裝置的大規(guī)模使用，使信號中的諧波干擾既可能引起測量誤差，又可能對裝置關(guān)鍵處理模塊的正常工作產(chǎn)生干擾，從而引起保護裝置的誤動或拒動。如上海寶鋼就發(fā)生過因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響，造成諧波電流對數(shù)字型差動保護產(chǎn)生干擾，使差動保護動作跳閘的事故。

諧波電流對數(shù)字型差動保護有哪些影響?

數(shù)字型差動保護裝置整定簡單、動作時間快、功能強，因此目前得到了普遍的推廣、應(yīng)用，但在電能質(zhì)量較差的條件下，會發(fā)生由于電流波形畸變而出現(xiàn)誤動作的可能。如某地在同步電動機降壓啟動時連續(xù)發(fā)生過3次變壓器差動保護誤動作跳閘的事故。經(jīng)檢查，繼電器和二次回路均未出現(xiàn)任何異常。采用電能質(zhì)量分析儀對電源電流進行錄波檢測，所得數(shù)據(jù)見表2-6。

表2-6 電源電流諧波分量含有率

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可得以下幾個方面得結(jié)論：

(1)同步電動機降壓啟動時，電源波形發(fā)生了很大的畸變。

(2)由于變壓器一次繞組時三角形接線，因此對二次繞組負荷電流中的3、6、9次諧波有濾波作用。

(3)變壓器對直流電流和高次諧波本身起到濾波作用。

(4)變壓器一、二次繞組波形畸變率明顯不同，二次側(cè)的諧波含量小于抑制值的15%，因此由于諧波電流過大的原因?qū)е铝瞬顒颖Ｗo誤動作。

采取的對策和措施包括以下幾個方面：

(1)數(shù)字型差動保護繼電器出口動作時間快，一般為20～40ms，同步電動機降壓啟動過程中前100ms波形畸變較為嚴重，因此可通過將整定值調(diào)整到150ms的范圍。

(2)目前，數(shù)字型差動保護繼電器對Dy接線組別變壓器的電流互感器接線組別沒有明確的規(guī)定，整定時只要將電流互感器接線組別輸入保護裝置的參數(shù)就可以了。這是因為大多變壓器容量相對負荷容量的裕度較大，且大多負荷電流波形較好，畸變不大，因此影響較小。若變壓器負荷較大，且負荷電流中含有高次諧波分量，對數(shù)字型差動保護的影響就比較大了。這時應(yīng)對變壓器Y側(cè)的電流互感器接線組別采用Yd接線進行補償，可抑制高次諧波的影響。

諧波對電能計量有哪些的影響?

通過對感應(yīng)型電能表和電子型電能表計量準(zhǔn)確度的頻率響應(yīng)進行測試和分析，諧波對電能計量的準(zhǔn)確度存在著一定的影響。1.對感應(yīng)型電能表計量準(zhǔn)確度的影響

感應(yīng)型電能表對2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性，達到9次時已衰減掉80%以上。因此，諧波的影響具有下降頻率特性，即對于同樣大小的功率，電能表反應(yīng)諧波功率的轉(zhuǎn)速隨諧波次數(shù)的增大而減小。主要原因時感應(yīng)式電能表的圓盤渦流路徑的等效圓盤阻抗角隨頻率的增高而增大，如當(dāng)基波功率P1和諧波功率Pn通過感應(yīng)型電能表時，電能表的轉(zhuǎn)速為：

wn=K1P1+KnPn

式中 wn——電能表轉(zhuǎn)速;

P1——基波功率;

Pn——諧波功率;

K1——基波系數(shù);

Kn——諧波系數(shù)。

當(dāng)諧波電壓和電流達到基波量的20%時，K1基本不變，Kn的實測結(jié)果見表2-7。

表2-7 諧波系數(shù)Kn在不同諧波次數(shù)下的實測值

表2-7中，Kn為電能表反映諧波功率的轉(zhuǎn)速與反映基波功率的轉(zhuǎn)速之比。諧波次數(shù)越高，Kn越小，而且Kn總小于1，這是因為諧波功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比等量基波功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小。

2.對電子型電能表呈寬帶響應(yīng)的特性，電子表帶寬主要受其互感器頻帶和乘法器時鐘頻率的限制。電子式電能表的誤差主要源自其輸入模塊。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，由于電能表輸入模塊的信號變送僅考慮基波，當(dāng)電壓、電流波形發(fā)生畸變時，磁通不能相應(yīng)地發(fā)生線性變化而產(chǎn)生誤差，影響了電能表地整體計量精度。

如下式所示地系統(tǒng)供電電壓，其3次諧波電壓含有率為3%(基波有效值已作歸一化處理)。

某用戶接在此供電系統(tǒng)上，其負載電流如下式所示：

負載諧波功率隨著諧波電壓、電流相位差θ變化的關(guān)系及對負載電能計量的影響見表2-8(基波有功為0.866;基波無功為0.5)。

表2-8 負載諧波功率隨諧波電壓電流相位差θ變化的關(guān)系及對負載電能計量的影響

從電能計量的角度來看，正弦波電源供非線性負荷，負荷污染電網(wǎng)、向系統(tǒng)注入諧波功率，少交電費，電力系統(tǒng)不公平;諧波電源供線性負荷，用戶設(shè)備性能變壞，吸收諧波功率，多交電費、對電力用戶不公平。而對于諧波電源供非線性負荷，則應(yīng)根據(jù)諧波電壓電流的相位差具體分析，以判斷用戶是吸收諧波功率還是污染電網(wǎng)而向系統(tǒng)注入諧波功率。

負荷側(cè)的諧波污染對電網(wǎng)有哪些影響?

近年來，用戶端大量非線性負荷的應(yīng)用正成為電能質(zhì)量污染甚至惡化的重要因素。從低壓小容量家用電器的集群應(yīng)用，到高壓大容量的工業(yè)交直流變換裝置中存在的各種靜止變流器等，都是電質(zhì)量的污染源。各種靜止變流器是以開關(guān)方式工作的，會引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變。大型電弧設(shè)備，如電弧熔爐，弧焊設(shè)備等，也成為重要的沖擊源和諧波源。一個值得注意的問題是，為了減少重要設(shè)備對電能質(zhì)量問題的敏感度，設(shè)備制造商努力進行設(shè)備的升級和改進，用戶則采用各種保護性裝置，而這些改進措施和保護裝置常常顧此失彼，對公用供電的電能質(zhì)量造成更大的危害。一些信息設(shè)備和公用設(shè)備的諧波含量見表2-9。

表2-9 一些信息設(shè)備和公用設(shè)備的電流諧波含量(%)

諧波對電力用戶有哪些影響?

用電設(shè)備對系統(tǒng)電源的污染會影響用電設(shè)備自身的可靠性。使用電能質(zhì)量污染的電源，用電設(shè)備又可能成為新的污染源，而危害電力系統(tǒng)和其他用戶設(shè)備?？赡墚a(chǎn)生的影響包括：對用戶電動機產(chǎn)生影響;對用戶補償電容器產(chǎn)生影響;對用戶自動控制裝置產(chǎn)生影響;對居民生活用電產(chǎn)生影響;對用電安全造成威脅。另外，還包括對電信通信造成影響，對廣播、電視及精密制造工業(yè)造成干擾和影響，這類干擾和影響有些表現(xiàn)在差模干擾和共模干擾，差模干擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互干擾，共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的干擾，是造成微機控制單元工作不正常的主要原因。

諧波對用戶電動機運行有哪些影響?

諧波電流通過交流電動機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機過熱，機械振動和噪聲增大。當(dāng)三相電壓不對稱時，定子繞組上產(chǎn)生負序電流，并勵磁產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，該制動磁場降低了電機的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力，增加銅損，并且負序過電流可以將電機定子繞組燒毀。負序性的諧波分量(5此、11此等)對電機的影響與負序電壓的效果一樣。當(dāng)產(chǎn)生電壓波動的主要低頻分量與電機機械振動的固有頻率一致時，誘發(fā)諧振，會使電動機造成損壞。

諧波對用戶補償電容器有哪些影響?

電網(wǎng)無功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設(shè)計大多只考慮無功補償量，不考慮裝設(shè)點電能質(zhì)量的實際污染情況，因此，運行點電能質(zhì)量指標(biāo)低時，常造成一些事故，如補償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護熔絲熔斷，甚至發(fā)生串并聯(lián)諧振，引發(fā)電容器的諧波過電壓與過電流，導(dǎo)致電容器爆炸等。另外，用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數(shù)進行考核，電容器很少按電網(wǎng)實際運行情況投切，甚至只投不切，無形中使電網(wǎng)電壓失去了應(yīng)有的調(diào)節(jié)裕度，使電壓偏差等電能質(zhì)量指標(biāo)難以控制。

諧波對用戶自動控制裝置有哪些影響?

隨著數(shù)字控制技術(shù)的大規(guī)模使用，很多精密負載對受電電能質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類設(shè)備的危害主要有三個方面，即在設(shè)備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導(dǎo)致錯誤的輸出結(jié)果。另外還會對設(shè)備的硬件，如精密電機、開關(guān)電源等造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。干擾負載的保護回路，造成誤動作等。

諧波對居民生活用電有哪些影響?

諧波引起電壓波動和閃變產(chǎn)生脈沖磁場，使用電設(shè)備受到高能量沖擊。

(1)最直觀的感覺就是引起照明燈光和電視畫面忽明忽暗的閃爍，造成視覺疲勞。

(2)引起冰箱、空調(diào)的壓縮機承受沖擊力，產(chǎn)生振動，降低使用壽命。

(3)影響有線電視、廣播的信號正常傳輸，可能通過電磁感應(yīng)和輻射造成干擾影響。

(4)引起電能計量誤差，造成不必要的電費損失等。

諧波對用電安全有哪些影響和干擾?

1.火災(zāi)影響

一些建筑物突發(fā)性火災(zāi)已被證明與電力諧波有關(guān)。目前，節(jié)能燈、調(diào)光器和電器設(shè)備中開關(guān)電源應(yīng)用得很普遍，本意是節(jié)能，但這些終端設(shè)備作為諧波源，對電網(wǎng)得危害很大。經(jīng)有關(guān)部門測定，應(yīng)用電器設(shè)備較多得酒店、商廈、網(wǎng)吧、計算機房、居民小區(qū)等，在沒有采取濾波等措施前，中性線電流都很大，有些甚至超過相電流，導(dǎo)致過熱成為形成火災(zāi)事故得重大隱患。

2.設(shè)備影響

電能質(zhì)量得污染對繼電保護、計算機系統(tǒng)和精密制造業(yè)的精密機械或儀器等，都可能影響正常的運行、操作，降低設(shè)備使用壽命，甚至引起繼電保護誤動作而形成不必要的事故，造成不同程度的影響和損害。

3.通信影響

諧波是電網(wǎng)干擾通信的重要因素，主要通過靜電感應(yīng)(電容耦合，電壓作用)和電磁感應(yīng)(電流作用)，在通信線路上產(chǎn)生聲頻干擾。諧波頻率高時，會發(fā)生雜音，在通信線路上引起音頻干擾，嚴重時還可能觸發(fā)電話鈴響。采用屏蔽電纜通信，雖可消除靜電感應(yīng)的影響，但不能消除電磁感應(yīng)的干擾。同時，對于存在多個中性點接地的配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)三相負載不對稱時，零序電流將對利用大地作參考電位的通信系統(tǒng)，造成參考電位漂移而產(chǎn)生干擾。

電能質(zhì)量對計算機系統(tǒng)有哪些影響?

計算機系統(tǒng)的用電負荷一般只占整個建筑物用電負荷的一小部分。在大多情況下，民用建筑物內(nèi)動力和照明負荷都是共用同一變壓器低壓電源或同一段低壓配電線路，因此，計算機系統(tǒng)會受到電能質(zhì)量的影響和干擾。計算機系統(tǒng)受電源影響的因素包括：

(1)電壓波動的影響。大容量設(shè)備啟動或停止會引起母線電源電壓的波動，產(chǎn)生瞬態(tài)的低電壓或高電壓。

(2)非線性負荷的影響。非線性的大功率晶閘管整流裝置，調(diào)壓、調(diào)速裝置，各種氣體放電光源，電子鎮(zhèn)流器等都會產(chǎn)生諧波，使計算機系統(tǒng)的電源電壓波形產(chǎn)生畸變，影響計算機系統(tǒng)的正常工作。

(3)操作過電壓和暫態(tài)過電壓的影響。同一配電網(wǎng)絡(luò)中的感性負荷，補償電容的投入和切除，斷路器的分合等會產(chǎn)生操作過電壓;雷擊時產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，會引起瞬變脈沖。這些都可能損害計算機設(shè)備，影響計算機系統(tǒng)安全運行。據(jù)統(tǒng)計，內(nèi)部過電壓約占80%，雷擊過電壓約占15%左右。

(4)瞬時失電的影響。低壓電網(wǎng)瞬間失電，將直接影響計算機的正常運行。對于大多數(shù)計算機來說，中斷供電超過10ms就有可能引起計算機內(nèi)部5VP-G信號消失，從而可能導(dǎo)致正在運行的程序遭到破壞和數(shù)據(jù)丟失。

電源線干擾電路有哪兩種型式?

電源線是電磁干擾傳入和傳出設(shè)備的主要途徑。為了防止電磁干擾傳入設(shè)備而影響設(shè)備的正常工作，或傳到電網(wǎng)，對電網(wǎng)上的其他設(shè)備造成干擾。必須在設(shè)備的電源入口處裝設(shè)低通濾波器(這里也稱為電源線濾波器)，只容許設(shè)備的工作頻率(59Hz，60Hz，400Hz)通過，以抑制較高頻率的干擾和影響。電源線上的干擾電路一般以差模干擾和共模干擾兩種形式出現(xiàn)。

(1)差模干擾。這是在電源相線與零線回路中產(chǎn)生的干擾。通常頻率在200Hz以下時差模干擾成分占主要部分。

(2)共模干擾。這是在相線、零線與地線和大地的回路中產(chǎn)生的干擾。通常頻率在1MHz以上時共模干擾成分占主要部分。

電源濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制功能，但由于實際電路結(jié)構(gòu)的差異，對差模干擾和共模干擾的抑制效果并不一樣，所以電源濾波器的技術(shù)指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗的區(qū)別，這些都是應(yīng)該在現(xiàn)場實際應(yīng)用中充分注意和考慮的問題。

電力系統(tǒng)中三相電壓不對稱有哪些影響?

供電電壓三相不對稱的主要原因是三相負荷分布不均勻，如在配電系統(tǒng)中不能合理地調(diào)整單相用電負荷的分配，加上各種不平衡負荷設(shè)備(如單相電焊機、單相電爐等)的應(yīng)用等，產(chǎn)生了負序分量，導(dǎo)致了三相電壓不對稱。三相電壓不對稱的主要影響包括：

(1)三相電壓不對稱會影響變換器及其控制系統(tǒng)的正常工作并改變其設(shè)計性能，從而產(chǎn)生某些附加的非特性諧波分量。

(2)三相電壓不對稱會造成旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子受到反方向的負序旋轉(zhuǎn)磁場的作用，該磁場切割轉(zhuǎn)子產(chǎn)生雙倍頻率附加電流，引起電機發(fā)熱甚至燒毀。同時，雙倍頻率附加交變電磁力矩作用在轉(zhuǎn)子和定子上還會產(chǎn)生雙倍頻率的附加振動，造成電機的機械損傷。

(3)三相電壓不對稱產(chǎn)生的負序電流和負序電壓會引起繼電保護裝置的誤動和拒動，如國內(nèi)大同某發(fā)電廠曾發(fā)生過發(fā)電機負序電流過負荷保護受到電氣化鐵路所產(chǎn)生的負序電流和諧波電流的影響，發(fā)生保護誤動，造成大面積停電的事故。陜西省安康地區(qū)110kV電網(wǎng)由于受到電氣化鐵路供電后產(chǎn)生負序電流的影響，使電網(wǎng)中多種保護和自動裝置出現(xiàn)頻繁誤動的情況，等等。

電壓暫降、中斷對供電恢復(fù)時間有哪些影響?

1.電壓暫降對供電恢復(fù)時間的影響

當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時，不論兩相還是三相短路，用戶端的一相或多相電壓都可能會短時降低到允許范圍以下，在系統(tǒng)實際運行中，出現(xiàn)因故障導(dǎo)致電壓降低到額定值的70%及以下的情況比發(fā)生完全短路故障的情況還要多，電源電壓的下降，一般會持續(xù)100ms到數(shù)秒甚至更長時間，直至故障切除、線路重合或電力線路檢修后恢復(fù)正常。在這期間，如果涌機械調(diào)壓的方法完全不起作用，只有涌被稱為電壓恢復(fù)器的電力電子裝置，才能使電壓下降限制在一個允許的限度。允許的最長供電中斷時間一般取決于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及保護配合方案。對供電可靠性的要求越高，電源中斷時間要求越短，所需要的投資也就越大。

2.電壓中斷對供電恢復(fù)時間的影響

對于供電中斷的電源恢復(fù)，如果涌普通開關(guān)，在故障被切除后，配電系統(tǒng)備用電源的投入需要0.2~0.5s的時間。若用靜態(tài)的電子開關(guān)，切換時間只需要5～10ms。這樣快的切換時間，使用電設(shè)備的電磁開關(guān)來不及動作，從而不致影響用電負荷的連續(xù)允許。國外有些發(fā)達地區(qū)及我國一些外資電子企業(yè)對重合閘的時間要求不大于10ms，蘇州工業(yè)園有些企業(yè)也提出不能大于40ms的供電要求。