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。電壓合格率是評價電網(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)改造計劃的重要依據(jù)，也是考核系統(tǒng)運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)測體系，并對其監(jiān)測數(shù)據(jù)加強(qiáng)分析工作，對供電企業(yè)的調(diào)度運行管理和規(guī)劃改造工作十分重要。目前傳統(tǒng)的電壓監(jiān)測手段要求每一監(jiān)測點需要人員現(xiàn)場實時跟蹤、人工打印和統(tǒng)計處理。而隨著110 kV無人值班變電站的增加，街區(qū)開關(guān)站、配電所的大量建立，電壓監(jiān)測點（尤其是用戶端）也隨之增加，監(jiān)測點分散，范圍更大，倘若仍采用目前的監(jiān)測手段，需要增加人力定期到各監(jiān)測點收集監(jiān)測數(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)測數(shù)據(jù)的參考價值，對電壓質(zhì)量管理十分不利。因此如何擺脫目前電壓監(jiān)測管理中人工介入，實現(xiàn)電壓監(jiān)測自動化，是我們應(yīng)當(dāng)探討的問題。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0.2Hz。系統(tǒng)頻率的過大變動對用戶和發(fā)電廠的不利影響主要有如下幾個方面：（1）頻率變化引起異步電動機(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)中用戶負(fù)荷的變化或電力系統(tǒng)運行方式的改變，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，對用戶的危害很大，不僅影響用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運行，而且影響生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量。對于配電網(wǎng)最廣泛應(yīng)用的電動機(jī)，當(dāng)電壓低于額定電壓時，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，轉(zhuǎn)矩增加，使聯(lián)接軸和從動設(shè)備上的加速力增加，引起設(shè)備的振動、損壞；起動電流增加

4、、在供電線路上產(chǎn)生較大的電壓降，影響其它電氣設(shè)備的運行。對于發(fā)電機(jī)而言，電壓偏差會引起無功電流的增大，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，過度增大激磁電流使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過容許范圍，加速絕緣老化，降低電機(jī)壽命，甚至燒壞。對照明燈具，電壓對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，發(fā)光效率會降低，人的工作環(huán)境惡化，視力減弱；當(dāng)高于額定電壓時，燈泡壽命會減少、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，直流電流流過變壓器會引起變壓器的直流偏磁，產(chǎn)生附加損耗；直流電流還會導(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，但一般將陷波單獨處理。因為其諧波次數(shù)較高且幅值不大，用諧波測量設(shè)備很難表征。噪聲是指疊加在每相電壓或電流、中性線或信號線上的，頻率超過200Hz的電氣信號。電力電子設(shè)備、電弧裝置和電器設(shè)備的投切都會產(chǎn)生電磁噪聲，噪聲會影響微機(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、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，還會干擾和破壞控制、測量、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)的電離過程，使其發(fā)熱絕緣老化，壽命降低。四、電壓波動與閃變電壓波動是指電壓快速變動時其電壓最大值和最小值之差相對于額定電壓的百分比，即電壓均方根值一系列的變動或連續(xù)的改變。閃變即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動負(fù)荷，如煉鋼電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等引起的，對于起動電流大的鼠籠型感應(yīng)電動機(jī)和異步起動的同步電機(jī)

7、也會引起供電母線的快速、短時的電壓波動。因為它們起動或電網(wǎng)恢復(fù)電壓時的自起動電流，流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及變壓器，會使各元件產(chǎn)生附加的電壓損失。急劇的電壓波動會引起同步電動機(jī)的振動，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，造成電子設(shè)備、測量儀器儀表無法準(zhǔn)確、正常地工作。電壓閃變超過限度值使照明負(fù)荷無法正常工作，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為電力系統(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時間（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電壓完全喪失。雷擊時造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹?、架空的輸配電線路的瞬時故障、大型異步電動機(jī)全電壓

8、啟動等情況都會引起不同程度的電壓暫降和電壓中斷。電壓暫降與中斷會造成用戶生產(chǎn)停頓或次品率增加，會造成計算機(jī)數(shù)據(jù)丟失，造成欠壓繼電器誤動。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)從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡至另一個穩(wěn)定狀態(tài)時，電壓或電流數(shù)值的暫時性變化，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。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間來描述，主要原因是閃電。沖擊暫態(tài)常常使設(shè)備因過電壓而損壞，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)時間為幾個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)時間為幾十個ms，背靠背電容器的充電會產(chǎn)生主導(dǎo)頻率為幾十KHz的振蕩暫態(tài)，電纜的投切也會產(chǎn)生同樣頻率范圍內(nèi)的振蕩暫態(tài)，沖擊暫態(tài)也會引起中頻振蕩暫態(tài)。主導(dǎo)頻率低于5KHz，持續(xù)時間在0.350ms之間的暫態(tài)稱為低頻振蕩暫態(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)線分布的不對稱，典型的非線性負(fù)載，如鐵道電力機(jī)車、煉鋼電弧爐都會產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)序分量。負(fù)序和零序分量的存在會對電力設(shè)備的運行產(chǎn)生下列影響：（1）凸極式同步電機(jī)對負(fù)序分量存在很強(qiáng)的諧波變換效應(yīng)，三相不平衡會導(dǎo)致同步電機(jī)產(chǎn)生電力諧波，污染電力系統(tǒng)的運行環(huán)境；（2）負(fù)序電流流入同步電機(jī)或異步電機(jī)，會使電機(jī)因產(chǎn)生附加損耗而過熱，產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而降低使用效率；（3）對直流輸電的

11、換流器來說，三相不對稱不僅會增加控制的困難，還會導(dǎo)致非特征諧波的產(chǎn)生；（4）零序電流的存在會對鄰近的通信線路產(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，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，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，它的作用是對整流為直流后的電壓或電流進(jìn)行濾波，交-交變頻器實質(zhì)上是一套橋式無環(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)斷通過電源交流電壓的自然換相實現(xiàn)，輸出電壓波形和觸發(fā)裝置的控制信號波形是一樣的，從而實現(xiàn)變頻。九、同步串級調(diào)速裝置低同步串級調(diào)速主要用于繞線式異步電動機(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?，再用逆變器將其反饋電網(wǎng)，改變轉(zhuǎn)差功率，即可實現(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，但會在逆變器和定子回路中產(chǎn)生諧波電流。十、感應(yīng)電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子中的線槽會由于鐵芯飽和而產(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)起動時干擾頻率范圍

13、更寬，這種電動機(jī)當(dāng)裝載較長，低壓架空線末端時會使電網(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，否則會被干擾；（3）2.5KHz以下的間諧波電壓應(yīng)不超0.5%，否

14、則會干擾電視機(jī)，且引起感應(yīng)式電動機(jī)噪聲和振動，以及低頻繼電器的異常運行。（4）2.55 KHz的間諧波電壓如超過0.3%，則會引起無線電收音機(jī)或其它音頻設(shè)備的噪聲；（5）當(dāng)有非線性負(fù)載時，頻率為f的間諧波會產(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，則對于閃變頻帶的幅值而言相當(dāng)于擴(kuò)展到基波的4倍，對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，同步串級調(diào)速裝置以及感應(yīng)電動機(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)中的間諧波電壓會引起燈光閃爍，使音頻脈沖控制的接收機(jī)、電視機(jī)、無線電收音機(jī)產(chǎn)生噪聲和振動；引起低頻繼電器的異常運行以及無源電力濾波器過流跳閘等問題。因此間諧波電壓應(yīng)制定相關(guān)國家標(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)