配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量管理

1、配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量管理電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。電壓合格率是評(píng)價(jià)電網(wǎng)電壓質(zhì)量、生產(chǎn)調(diào)度管理工作、制訂電網(wǎng)規(guī)劃和技術(shù)改造計(jì)劃的重要依據(jù)，也是考核系統(tǒng)運(yùn)行管理水平的重要指標(biāo)之一。因此，建立完善的能反映全貌的電壓監(jiān)測(cè)體系，并對(duì)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加強(qiáng)分析工作，對(duì)供電企業(yè)的調(diào)度運(yùn)行管理和規(guī)劃改造工作十分重要。目前傳統(tǒng)的電壓監(jiān)測(cè)手段要求每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤、人工打印和統(tǒng)計(jì)處理。而隨著110 kV無(wú)人值班變電站的增加，街區(qū)開(kāi)關(guān)站、配電所的大量建立，電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)（尤其是用戶(hù)端）也隨之增加，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，范圍更大，倘若仍采用目前的監(jiān)測(cè)手段，需要增加人力定期到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由此造成的誤抄率高、數(shù)據(jù)失電丟失

2、、故障處理率低等現(xiàn)象，將大大影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的參考價(jià)值，對(duì)電壓質(zhì)量管理十分不利。因此如何擺脫目前電壓監(jiān)測(cè)管理中人工介入，實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)測(cè)自動(dòng)化，是我們應(yīng)當(dāng)探討的問(wèn)題。一、頻率偏移頻率偏移是電力系統(tǒng)基波頻率偏離額定頻率的程度，大容量負(fù)荷或發(fā)電機(jī)的投切以及控制設(shè)備不完善都有可能導(dǎo)致頻率偏移。我國(guó)電力法規(guī)規(guī)定，大容量電力系統(tǒng)的頻率偏移不得超過(guò)0.2Hz。系統(tǒng)頻率的過(guò)大變動(dòng)對(duì)用戶(hù)和發(fā)電廠的不利影響主要有如下幾個(gè)方面：（1）頻率變化引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，導(dǎo)致紡織、造紙等機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量受到影響；（2）功率降低，導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)械效率降低；（3）系統(tǒng)頻率降低引起異步電機(jī)和變壓器激磁電流增加，所消耗的無(wú)功功率增加，惡化了

3、電力系統(tǒng)的電壓水平；（4） 頻率的變化還可能引起系統(tǒng)中濾波器的失諧和電容器組發(fā)出的無(wú)功功率變化。二、電壓偏差電壓偏差是指系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比，它是由于電網(wǎng)中用戶(hù)負(fù)荷的變化或電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，使加到用電設(shè)備的電壓偏離網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。若偏差較大時(shí)，對(duì)用戶(hù)的危害很大，不僅影響用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且影響生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量。對(duì)于配電網(wǎng)最廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓低于額定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)距減小，轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致工廠產(chǎn)生次品、廢品；電流增加，電機(jī)溫升增加，線圈發(fā)熱，加劇絕緣老化，甚至燒壞。當(dāng)電壓高于額定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)矩增加，使聯(lián)接軸和從動(dòng)設(shè)備上的加速力增加，引起設(shè)備的振動(dòng)、損壞；起動(dòng)電流增加

4、、在供電線路上產(chǎn)生較大的電壓降，影響其它電氣設(shè)備的運(yùn)行。對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，電壓偏差會(huì)引起無(wú)功電流的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，過(guò)度增大激磁電流使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過(guò)容許范圍，加速絕緣老化，降低電機(jī)壽命，甚至燒壞。對(duì)照明燈具，電壓對(duì)燈的光通量輸出和壽命的影響很大，當(dāng)加于燈泡的電壓低于額定電壓時(shí)，發(fā)光效率會(huì)降低，人的工作環(huán)境惡化，視力減弱；當(dāng)高于額定電壓時(shí)，燈泡壽命會(huì)減少、燒壞。三、波形失真波形失真即理想工頻正弦波的穩(wěn)態(tài)偏移，常用其頻譜含量來(lái)描述，波形失真主要包括直流偏移高次諧波、間諧波、陷波和噪聲。交流電網(wǎng)中如果存在直流成分，則稱(chēng)為直流偏移。直流偏移是由于地磁波產(chǎn)生的電磁干擾和電網(wǎng)中

5、半整流設(shè)備的存在，直流電流流過(guò)變壓器會(huì)引起變壓器的直流偏磁，產(chǎn)生附加損耗；直流電流還會(huì)導(dǎo)致接地體或其它連接器的電化學(xué)腐蝕，陷波是由于換流器換相而產(chǎn)生的周期性電壓干擾，盡管可以利用傅里葉變換將陷波分解成一系列諧波，但一般將陷波單獨(dú)處理。因?yàn)槠渲C波次數(shù)較高且幅值不大，用諧波測(cè)量設(shè)備很難表征。噪聲是指疊加在每相電壓或電流、中性線或信號(hào)線上的，頻率超過(guò)200Hz的電氣信號(hào)。電力電子設(shè)備、電弧裝置和電器設(shè)備的投切都會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲，噪聲會(huì)影響微機(jī)和PLC的正常工作。諧波是供電系統(tǒng)基波頻率整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流，由于供電系統(tǒng)中大量采用非線性電氣設(shè)備，例如可硅控整流裝置，電弧設(shè)備、電氣化機(jī)車(chē)、變壓器等都是

6、高次諧波的電流源，它們接入電網(wǎng)后，將使系統(tǒng)母線電壓畸變。高次諧波會(huì)使發(fā)電機(jī)端電壓波形產(chǎn)生畸變，從而降低供電電壓質(zhì)量。諧波會(huì)引起供電線路損耗增加，損壞電氣設(shè)備、降低供電可靠性，還會(huì)干擾和破壞控制、測(cè)量、保護(hù)、通訊和家用電器的正常工作，諧波還加快旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、電容器、電纜等電氣元件中絕緣介質(zhì)的電離過(guò)程，使其發(fā)熱絕緣老化，壽命降低。四、電壓波動(dòng)與閃變電壓波動(dòng)是指電壓快速變動(dòng)時(shí)其電壓最大值和最小值之差相對(duì)于額定電壓的百分比，即電壓均方根值一系列的變動(dòng)或連續(xù)的改變。閃變即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動(dòng)負(fù)荷，如煉鋼電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等引起的，對(duì)于起動(dòng)電流大的鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和異步起動(dòng)的同步電機(jī)

7、也會(huì)引起供電母線的快速、短時(shí)的電壓波動(dòng)。因?yàn)樗鼈兤饎?dòng)或電網(wǎng)恢復(fù)電壓時(shí)的自起動(dòng)電流，流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及變壓器，會(huì)使各元件產(chǎn)生附加的電壓損失。急劇的電壓波動(dòng)會(huì)引起同步電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，造成電子設(shè)備、測(cè)量?jī)x器儀表無(wú)法準(zhǔn)確、正常地工作。電壓閃變超過(guò)限度值使照明負(fù)荷無(wú)法正常工作，損害工作人員身體健康。五、電壓暫降與電壓中斷電壓暫降是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)故障或干擾造成用戶(hù)電壓短時(shí)間（10ms1min）內(nèi)下降到90%的額定值以下，然后又恢復(fù)到正常水平，電壓暫降后有一定的殘壓，電壓中斷是由于系統(tǒng)故障跳閘后造成用戶(hù)電壓完全喪失。雷擊時(shí)造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹?、架空的輸配電線路的瞬時(shí)故障、大型異步電動(dòng)機(jī)全電壓

8、啟動(dòng)等情況都會(huì)引起不同程度的電壓暫降和電壓中斷。電壓暫降與中斷會(huì)造成用戶(hù)生產(chǎn)停頓或次品率增加，會(huì)造成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失，造成欠壓繼電器誤動(dòng)。交流接觸器和中間繼電器不能正常工作等不良影響。六、電磁暫態(tài)電磁暫態(tài)是指電力系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡至另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電壓或電流數(shù)值的暫時(shí)性變化，產(chǎn)生電磁暫態(tài)的主要原因有雷電波沖擊和電力系統(tǒng)故障等。電磁暫態(tài)可分為沖擊暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩類(lèi)。沖擊暫態(tài)的定義：電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下的突然的非工頻變化，變化是單方向的，常用其上升和延遲時(shí)間來(lái)描述，主要原因是閃電。沖擊暫態(tài)常常使設(shè)備因過(guò)電壓而損壞，還有可能激發(fā)電力系統(tǒng)的固有振蕩而導(dǎo)致振蕩暫態(tài)。振蕩暫態(tài)的定義：電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下的

9、突然的非工頻變化，其變化是雙向的，常用頻譜成分（主導(dǎo)頻率）、持續(xù)時(shí)間和幅值進(jìn)行描述。根據(jù)其頻譜范圍，振蕩暫態(tài)可分為高頻、中頻和低頻三種。高頻振蕩暫態(tài)的主導(dǎo)頻率一般在0.55MHz之間，持續(xù)時(shí)間為幾個(gè)s，它往往是由于當(dāng)?shù)貨_擊暫態(tài)所引起。中頻振蕩暫態(tài)的主導(dǎo)頻率和在5500KHz之間，持續(xù)時(shí)間為幾十個(gè)ms，背靠背電容器的充電會(huì)產(chǎn)生主導(dǎo)頻率為幾十KHz的振蕩暫態(tài)，電纜的投切也會(huì)產(chǎn)生同樣頻率范圍內(nèi)的振蕩暫態(tài)，沖擊暫態(tài)也會(huì)引起中頻振蕩暫態(tài)。主導(dǎo)頻率低于5KHz，持續(xù)時(shí)間在0.350ms之間的暫態(tài)稱(chēng)為低頻振蕩暫態(tài)，低頻振蕩暫態(tài)在輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，電容器組的充電會(huì)產(chǎn)生主導(dǎo)頻率在300900Hz之間

10、、峰值約為2.0p.u.的低頻振蕩暫態(tài)，配電網(wǎng)中存在的主導(dǎo)頻率低于300Hz的低頻振蕩暫態(tài)，主要同配電網(wǎng)中的鐵磁諧振現(xiàn)象和變壓器充電產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流有關(guān)。七、三相不平衡三相不平衡是由不平衡的相阻抗、不平衡的負(fù)荷或兩者的組合引起的。由于導(dǎo)線分布的不對(duì)稱(chēng)，典型的非線性負(fù)載，如鐵道電力機(jī)車(chē)、煉鋼電弧爐都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)序分量。負(fù)序和零序分量的存在會(huì)對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生下列影響：（1）凸極式同步電機(jī)對(duì)負(fù)序分量存在很強(qiáng)的諧波變換效應(yīng)，三相不平衡會(huì)導(dǎo)致同步電機(jī)產(chǎn)生電力諧波，污染電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境；（2）負(fù)序電流流入同步電機(jī)或異步電機(jī)，會(huì)使電機(jī)因產(chǎn)生附加損耗而過(guò)熱，產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而降低使用效率；（3）對(duì)直流輸電的

11、換流器來(lái)說(shuō)，三相不對(duì)稱(chēng)不僅會(huì)增加控制的困難，還會(huì)導(dǎo)致非特征諧波的產(chǎn)生；（4）零序電流的存在會(huì)對(duì)鄰近的通信線路產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。八、變頻調(diào)整裝置大功率晶閘管交流調(diào)整裝置由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，正在取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速裝置。交流調(diào)速分為兩大類(lèi)，即交-直-交變頻器和交-交變頻器，交-直-交變頻器由整流器、中間濾波環(huán)節(jié)及逆變器三部分組成。整流器為晶閘管三相橋式電路，它的作用是將交流電變換為可調(diào)直流電。逆變器也是晶閘管三相橋式電路，它的作用是將直流電變換調(diào)制為可調(diào)頻率的交流電。中間濾波環(huán)節(jié)由電容器或電抗器組成，它的作用是對(duì)整流為直流后的電壓或電流進(jìn)行濾波，交-交變頻器實(shí)質(zhì)上是一套橋式無(wú)環(huán)流反并聯(lián)的可逆整流裝置

12、。裝置中工作晶閘管的關(guān)斷通過(guò)電源交流電壓的自然換相實(shí)現(xiàn)，輸出電壓波形和觸發(fā)裝置的控制信號(hào)波形是一樣的，從而實(shí)現(xiàn)變頻。九、同步串級(jí)調(diào)速裝置低同步串級(jí)調(diào)速主要用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子回路中串電阻的調(diào)速方法，它是在轉(zhuǎn)子回路中加一整流器，把轉(zhuǎn)差功率變?yōu)橹绷鞴β剩儆媚孀兤鲗⑵浞答侂娋W(wǎng)，改變轉(zhuǎn)差功率，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 這種調(diào)速方式效率比較高、損耗小、調(diào)速范圍寬、性能好，但會(huì)在逆變器和定子回路中產(chǎn)生諧波電流。十、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子中的線槽會(huì)由于鐵芯飽和而產(chǎn)生不規(guī)則的磁化電流，從而在低壓電網(wǎng)中產(chǎn)生間諧波。在電機(jī)正常轉(zhuǎn)速下，其干擾頻率在5002000Hz范圍內(nèi)，但電機(jī)起動(dòng)時(shí)干擾頻率范圍

13、更寬，這種電動(dòng)機(jī)當(dāng)裝載較長(zhǎng)，低壓架空線末端時(shí)會(huì)使電網(wǎng)受到干擾，間諧波電壓可以達(dá)到1%，這么高的電壓易引起脈動(dòng)控制接收機(jī)的異常。十一、間諧波及其抑制間諧波的頻率不是工頻頻率的整數(shù)倍，間諧波是指非整數(shù)倍基波頻率的諧波，這類(lèi)諧波可以是離散頻譜或連續(xù)頻譜。但其危害等同于整數(shù)次諧波電壓，其抑制與消除卻比整數(shù)次諧波困難得多，間諧波電壓是由較大的波動(dòng)或沖擊性非線性負(fù)荷引起的。間諧波電壓必須限制到足夠低的水平：（1）25Hz以下間諧波應(yīng)限制到0.2%以下，以免引起燈光閃爍（閃變）；（2）對(duì)于音頻脈沖控制的接收機(jī)，間諧波電壓應(yīng)限制到0.5%以下，否則會(huì)被干擾；（3）2.5KHz以下的間諧波電壓應(yīng)不超0.5%，否

14、則會(huì)干擾電視機(jī)，且引起感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)噪聲和振動(dòng)，以及低頻繼電器的異常運(yùn)行。（4）2.55 KHz的間諧波電壓如超過(guò)0.3%，則會(huì)引起無(wú)線電收音機(jī)或其它音頻設(shè)備的噪聲；（5）當(dāng)有非線性負(fù)載時(shí)，頻率為f的間諧波會(huì)產(chǎn)生頻率旁頻帶成分，這些旁頻的幅值可能和間諧波的幅值十分接近，則對(duì)于閃變頻帶的幅值而言相當(dāng)于擴(kuò)展到基波的4倍，對(duì)于音頻控制頻率的幅值而言也擴(kuò)展到同樣倍數(shù)，因此間諧波的影響將大為擴(kuò)大。所有非線性的波動(dòng)負(fù)荷（電弧爐、電焊機(jī)、晶閘管供電的軋機(jī)等等），各種變頻調(diào)速裝置，同步串級(jí)調(diào)速裝置以及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等均為間諧波源，因此間諧波廣泛存在于電力系統(tǒng)中。電力系統(tǒng)中的間諧波電壓會(huì)引起燈光閃爍，使音頻脈沖控制的接收機(jī)、電視機(jī)、無(wú)線電收音機(jī)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)；引起低頻繼電器的異常運(yùn)行以及無(wú)源電力濾波器過(guò)流跳閘等問(wèn)題。因此間諧波電壓應(yīng)制定相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將其限制在足夠低的水平（一般為0.2%以下）。供配電系統(tǒng)中電壓偏移、電壓的波動(dòng)與閃變、高次諧波與間諧波、電壓暫降與中斷、電磁暫態(tài)、波形失真等均是影響供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要因素，其具體的參數(shù)是衡量供配電系統(tǒng)電壓質(zhì)