电能质量知识

1、培训内容n电能质量标准n电能质量定义n电能质量分类n基本概念和术语n电能质量监测仪电能质量标准n国标：中国国家标准nIEC：国际电工委员会标准nIEEE：美国IEEE标准nEN50160：欧共体，公用配电系统供电特性电能质量标准国标n电力系统频率允许偏差GB/T15945-1995n三项电压允许不平衡度GB/T15543-1995n公用电网谐波 GB14549-93n供电电压允许偏差 GB12325-90n电压波动和闪变 GB12326-2000n暂时过电压和瞬态过电压 GB/T18481-2001电能质量定义n从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。但是由于人们看问题的角度不同，所以迄今为止，

2、对电能质量的技术含义仍存在着不同的认识，还不可能给出一个准确统一的定义 。nIEEE技术协调委员会给出的“power quality”的技术定义为：“合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统适合该设备正常工作”。nIEC(1000-2-2/4)标准将电能质量定义为：供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性电能质量分类n电能质量问题分为：稳态电能质量问题和暂态电能质量问题。n稳态电能质量问题：以波形畸变为主要特征，持续时间较长，又可以分为以下几种类型：谐波、间谐波、电压不平衡、过电压和欠电压。 n暂态电能质量问题：通常是以频谱和持续时间为特征，包括脉冲暂态和振荡暂态

3、两类，其表现形式有：电压瞬变、电压闪变、电压骤升、骤降、短时断电电能质量分类基本概念和术语n电压偏差n频率偏差n三相电压不平衡度n谐波 电压谐波畸变率 间谐波n电压波动与闪变 电压骤降骤升 电压瞬变 电压中断基本概念 与 术语瞬态：半个周波（瞬态：半个周波（10ms)10ms)以内以内暂态：从暂态：从10ms 10ms 到到1min1min稳态：稳态：1min1min以上以上瞬变瞬变 - -瞬态概念瞬态概念骤升，骤降骤升，骤降 - -暂态概念暂态概念过电压，低电压，电压中断过电压，低电压，电压中断 - -稳态概念稳态概念电压波动电压波动闪变闪变谐波谐波类别频谱条件持续时间电压大小脉冲纳秒5ns

4、 rise1ms振荡低频5KHZ0.350ms04pu中频5500KHZ20s08pu高频0.55MHZ5 s04pu电压的短暂变化类别持续时间电压大小瞬时下陷0.5 30周0.1 0.9pu上升0.5 30周1.1 1.8pu暂时中断0.5 周3s0.1pu下陷30 周3s0.1 0.9pu上升30周3s1.1 1.8pu短时中断3s 1min1min0.0pu欠电压1min0.8 to 0.9pu过电压1min1.1 to 1.2pu电压的长期变化电力系统中的电磁现象电压偏差n电压偏差(实测电压额定电压)/额定电压n供电电压允许偏差范围n 35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过额

5、定电压的10n 10kV及以下供电电压允许偏差为额定电压的(+/-)7%n 220V单相供电电压允许偏差为额定电压的7%、10%电压偏差的危害n照明设备的发光和寿命（图2）；电动机的力矩、转速、发热、工效以及产品质量（图3）；变压器的发热、温升、损耗；并联电容器无功出力、寿命；家用电器如电视机的视感、寿命；电子计算机和控制设备不正常；照明灯的电压特性 电压偏差与电解铝生产工况的统计表工业设备（如电解、电热）效率降低（表2）；电力系统稳定性降低，线损增加。频率偏差n频率偏差实测频率额定频率n电力系统频率偏差允许值为，当系统容量较大时，偏差值可放宽到n全国供用电规则中有规定：电网容量在3GW及以下

6、者频率偏差允许值为，电网容量在3GW以上者频率偏差允许值为频率偏差的危害n电动机转速变化，影响纺织、造纸等产品质量；传动机械出力变化，影响生产效率；对测量、控制和计时等电子设备精度和性能影响；使感应式电能表计量误差加大；影响发电机和电力系统安全；冲击负荷对近区电网的危害。 三相电压不平衡n三相电压不平衡 U2/U1 U1-三相电压正序分量方均根值 U2-三相电压负序分量方均根值n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，对每个用户电压不平衡度的一般限值为三相电压不平衡危害n引起以负序分量为启动元件的多种保护误动作；换流设备产生附加的谐波电流（非特征谐波）；变压器负载能力下降

7、；在低压配电线路中，引起照明灯的寿命缩短或烧损、电视机损坏、中性线过负荷等；引起线损及线路电压损失增大；影响正常通信质量。 谐波n谐波即对周期性的变流量进行傅里叶级数分解，得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量，它是由电网中非线性负荷而产生的。典型谐波产生源电子开关型电子开关型:各种交直流换流装置、变频装置铁磁饱和型铁磁饱和型:各种铁芯设备, 如变压器、电抗器等，其铁磁饱 和特性呈现非线性电弧型电弧型:各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机谐波种类n偶次谐波 : 2nd, 4th, 6th, 8th n奇次谐波 : 3rd, 5th, 7th, 11th n正序谐波 :(3n+1) 4th, 7th,

8、10thn负序谐波 :(3n-1) 2nd, 5th, 8thn零序谐波 :(3n) 3rd, 6th, 9thn电压谐波总畸变率(失真率): V(THD) 电压谐波畸变率n谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变。n电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。n电压谐波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示：式中Un-第n次谐波电压有效值V U1-基波电压有效值，V 谐波的危害n干扰继电保护、自动装置和计算机系统；使电子设备工作不正常；使量和计量仪器（感应式电度表）、仪表误差加大；降低信号传输质量，干扰通信系统；增加电力网

9、中谐振可能性，诱发电压或过电流的危害；减少白炽灯使用寿命。降低电力设备的利用率，使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器）以及导线（如低压中性线、电缆、母排等）过载运行（发热、振动、异常声响等），缩短使用寿命、增加线损；降低断路器遮断容量。例如，馈供给整流负荷的普通电力变压器，其出力应相应的降低。降低值和变压器的杂损比（即附加损耗与基本损耗之比）有关，如表3所列。谐波造成波形畸变基波与2次谐波无相差叠加基波与2次谐波有相差叠加基波与3次谐波无相差叠加基波与3次谐波有相差叠加间谐波 n间谐波是谐波频率与基波频率的比值为非整数倍的谐波，其是两个连续的基频整数倍频率之间的整频带n波形畸变 电压波动n电

10、压波动(Fluctuation)即电压方均根值一系列的变动或连续的改变 电压波动(Umax-Umin)/Un n在公共供电点的电压波动允许值： 10kV及以下为2.5% 35110kV为2 220kV及以上为 n闪变(Flick)即灯光照度不稳定造成的视感，是由波动负荷，如电弧炉、轧机、电弧焊机等引起的n电压闪变值主要是表征人眼对灯闪主观感觉的参数。国标推荐的闪变干扰的允许值，对照明要求较高的白炽灯负荷为，对一般性照明负荷为nPst为短时闪变值，即衡量短时间(若干分钟)内闪变强弱的一个统计量值；Plt为长时闪变值，它由Pst推算出，反映出长时间(若干小时)内闪变强弱的一个统计量值 电压闪变电压

11、波动和闪变的危害nIT设备当电压波动超过40，持续时间超过12个周波（）时，导致数据丢失。nPLC （可编程控制器）： 早期的产品，电压低于10时，可工作15个周波（）； 电压低于(5060)时，停止工作；n数控设备：为保证产品质量和安全，工作电压波动范围一般为10，当电压低于此值、持续时间超过23个周波（）时，保护性停机。n变频调速当低于额定电压70，持续时间超过6个周波(0.12s)时停机。精细加工业中的电机，电压波动10、持续时间超过3个周波时，停机。n电机当电压波动超过（5030）、持续时间超过1个周波，控制开关就会跳闸。 电压骤降骤升n电压骤降电压骤降电压快速降到额定电压的90%10

12、%范围内为电压骤降，10ms持续时间1mn电压骤升电压骤升电压快速升到额定电压的110%以上为电压骤升，10ms持续时间1m 电压瞬变nPositive Transient（正向瞬变）：10毫秒或更短时的临时过压nNegative Transient（负向瞬变）：10毫秒或更短时的临时电压不足 电压中断n短时电压中断：电压低于额定值的1%，而且，10ms持续时间1mn长时电压中断：电压低于额定值的1%，而且，1m持续时间电压变动n 凡不保持电压均方根值恒定不变的，或者说实际电压偏离标称电（额定电压）的现象。 n通常以电压整周期的均方根值来衡量电压的大小，而工程上一般可取半个周期均方根值来计算电

13、压。电压均方根值的离散计算公式为 ： n 计算公式为： 其中，N：一个周期内的采样点数；Uk：第k点的电压瞬时值。 n电压瞬时值的改变可以用表达式： n描述，式中f（t）函数可能有各种各样的变化，由此引起电压瞬时值的多种改变。而对于短时脉冲函数时所造成的电压幅值快速突变，一般不列入电压均方根值变动范畴。均方根值电压变动特性U（t），简称电压特性，是指沿基波半个周期及其整数倍求取的电压均方根值随时间变化的函数关系。典型电压变动现象n根据电压变动的快慢、变化大小、变动频次以及持续时间的长短等特征作出进一步的细化分类，包括五个部分。 n1.电压偏差n2.电压波动n3.电压暂降与暂升 n4.短时间电压

14、中断n5.长时间电压中断电压变动的危害（6）暂时过电压和瞬态过电压使设备绝缘破坏，引发事故。（7）电压暂降（包括短时中断）引起变速驱动装置（ASD）跳闸、程序逻辑控制器（PLC）损坏、各种数字式自动控制装置误动、计算机系统失常，数据丢失；导致相关加工生产线（例如塑料、玻璃、石化、纺织、造纸、半导体以及橡胶等）停顿，大型场所照明失电（例如镝灯，灯灭后需冷却好几分钟后才能启动）等等。谁会在意电能质量n供电局供电局n制造业制造业 动力部门动力部门n过程工业（冶金，石化）过程工业（冶金，石化）n数据中心，运维部门数据中心，运维部门n军队工业军队工业& &政府事业政府事业n集成商集成商n

15、电能治理公司电能治理公司案例n 某证券公司由于谐波使得网络速度变慢、数据出错，实时交易的动态信息显示屏幕出现大片空白，数据刷新和交易的速度都极慢，且经常中断，根本无法进行交易。n 某宽带运营商由于突然断电造成宽带网络客户不能正常上网，客户索赔几百万。n北京某化工厂2005年1月18日，外网波动引起断电，聚氯乙烯装置爆炸，停电5-6小时，直接损失30万元。n某钢铁企业2004年一次停电导致所有生产线上的产品作废，损失上亿元。n2004年3-8月吉林省农电局一条10kV配电线（约40km）末端49个台区先后发生了500多次低压电器设备（包括电视机、计算机、冰箱温控器、交换机模块、VCD、加油机电源

16、板等等）烧损事故，经测试分析，是某钢厂中频炉谐波，因长线“谐波容升电压”效应所致。n1993年2月河南省信阳和驻马店地区220kV计驻线（双回线，一回线停电检修）因电气化铁路牵引站的谐波引发高频保护误动，引起大面积停电事故（两个220kV2240MVA变电站停电）。n 河南省220kV柳林变电站原10kV8组6600kVar并联电容器，因3次谐波影响及串联电抗器选配不当等原因大量损坏，不得不全部更换（现为8 8000kVar）。改善电能质量的首要问题 电能质量分析与监测电能质量分析与监测n目的：通过在特定地点设置电能质量分析和监测装置，评估其电力供应与负荷之间的兼容性，分析电能质量的各项指标，

17、为评价电力供应和改善电能质量提供依据。nIEEE标准Std 1159-1995，专门对电能质量监测提供了一系列规范。 电能监测装置的种类（1）n便携式电能质量分析仪优点： 使用方便， 成本较低缺点： 信号通道数有限； 对一些长期性电能质量指标不便进行监测电能监测装置的种类（2）n固定式电能质量监视装置n优点：容量大，可长时间不间断监视n缺点：成本高。n较好的解决方案采用集中式方案，可大大降低系统的造价，具有较好的性价比。电能质量监测仪简介n32位DSP数字信号处理器+ARM7内核n16位六通道高精度A/D转换器n全中文大屏幕宽温液晶显示屏n2G大容量FLASH存储器，可连续存储两年的历史数据n

18、RJ45、RS232/485等多种通讯方式，支持IEC-103规约n超低功耗小于10VAn采用自适应技术调整零漂n采用频率跟踪技术和数字补偿算法，有效地消除频率泄漏和栅栏效应电能质量监测仪功能与特点n稳态参数测量n可测量电网频率、电压偏差、电压与电流真有效值、基波有效值、电压、电流谐波（250次）、间谐波、三相电压不平衡度、电压波动与闪变值、负序、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数；n暂态参数测量n可测量电压骤升骤降，具有事件录波功能。n录波可设定为手动触发或自动触发。n具有谐波越限保护功能，提供报警、 跳闸继电器接点；n仪器支持TCP/IP（包括FTP协议）、RS232/485等多种通讯

19、方式，支持IEC-103规约，可方便地融入综自系统，仪器配备工控级嵌入式10/100M自适应网卡，连接可靠，长期运行稳定性好。多台QXPQ1和上位机联网可以组成电能质量监测与管理系统（POWER QUALITY SUPER VISORY&MANAGEMENT SYSTEM，简称PQMS）。电能质量监测仪使用简介 进入主菜单后，用进入主菜单后，用“上翻上翻”和和“下翻下翻”键，或键，或“递增递增”和和“递减递减”键可选择菜单项，键可选择菜单项， 用用“确认确认”键可进入选择的菜单项。键可进入选择的菜单项。在主菜单界面，选择“基本数据”，按“确认”键可进入菜单，可以查看实时基本数据，如图3

20、所示 图3 基本数据界面n基本数据界面参数意义如下：nPHA A相 PHB B相 PHC C相 nU 电压 I电流 Du 电压变动 U 电压偏差nPst短时闪变 Plt 长时闪变 P 有功功率 Cos功率因数nQ无功功率 Freq频率 Un零线电压 In零线电流 按“返回”键返回主菜单界面，选择“波形数据”、 按“确认”键进入查看，见图4。n图4 电压波形数据n进入波形数据界面后，第一行显示电压、电流，可用“递增”或“递减”键在电压与电流间切查看，电流波形显示同电压波形显示。按“返回”键可返回主菜单界面。n实线表示A相，长虚线表示B相，短虚线表示C相。相角以A相电压为参考，A相电压定义为0.0

21、，B相电压和A相电压差240，C 相电压和A相电压差120。电流相角以同相电压相角为参考基准，A相电流相角表示A相电流与A相电压相角相差多少度，B相电流相角表示B相电流与B相电压相角相差多少度，C相电流相角表示C相电流与C相电压相角相差多少度。在主菜单界面选择“谐波数据”、按“确认”进入，见下图n每页显示10次谐波数据，用“上翻”或“下翻”键进行翻页，可显示1020次、2130次、3140次、4150次谐波数据。nTHDU为电压谐波总畸变率，THDI为电流谐波总畸变率，HR*为各次谐波。从左向右依次为A相、B相、C相、N相。n其中电压各次谐波为百分含量，电流各次谐波为有效值。n按“递增”或“递

22、减”键键可在电压电流间切换。n按“返回”键即可退出至主菜单界面。在主菜单界面选择“间谐波数据”、按“确认”进入，见下图n同“谐波数据”每页显示10次谐波数据，用“上翻”或“下翻”键进行翻页查看，按“递增”或“递减”键键可在电压电流间切换，按“返回”键即可退出至主菜单界面。在主菜单界面选择“向量图”按“确认”键可以查看。按“返回”键即可退出至主菜单界面。n 以向量图的方式显示三相电压、电流的幅值和相位，基波和各次谐波电压、电流的幅值、相位及正、负、零序分量的幅值和相位等。通讯参数设置内容如下：n项目意义范围（报警、跳闸）默认值nFreqL频率下限nFreqH频率上限nUL（%）电压偏差下限nUH

23、（%）电压偏差上限nCOS功率因数ndU(%)电压变动npst短时间闪变nplt长时间闪变nU2/U1（%）三相电压不平衡度nU0零序电压nU1正序电压nU2负序电压nI2/I1（%）三相电流不平衡度nI0零序电流nI1正序电流nI2负序电流nTHDu（%）谐波电压总畸变率nTHRD-E（%）偶次谐波电压含有率nTHRU-0（%）奇次谐波电压含有量nHRI02（A）2次谐波电流含量nHRI03（A）3次谐波电流含量nnHRI25（A）25次谐波电流含量n名称 定义 名称定义 名称定义nL电源输入N电源输入G电源接地nK1+报警1输入K2+报警2输入K3+报警3输入nK1- 报警1输出K2-报警

24、2输出K3-报警3输出nK4+跳闸输入K5+故障输入K6+失电输入nK4- 跳闸输出K5-故障输出K6-失电输出项项 目目参参 数数通通 道道 数数A A、B B、C C、N N四相电压四相电压 A A、B B、C C、N N四相电流四相电流测量范围测量范围 电压电压 0 0100V 100V 电流电流 0 06A6A测频误差测频误差0.01 Hz0.01 Hz谐波误差谐波误差精度满足国标精度满足国标A A级要求级要求间谐波误差间谐波误差同谐波同谐波电压偏差误差电压偏差误差0.5%0.5%三相不平衡度误差三相不平衡度误差0.2%0.2%电流不对称因数电流不对称因数1%1%闪变误差闪变误差Pst

25、5% Plt5%Pst5% Plt5%波动误差波动误差0.2%0.2%相角误差相角误差0.50.5功率误差功率误差0.5%0.5%事件录波事件录波事件发生前事件发生前5 5个周波，事件发生后个周波，事件发生后5 5个周波个周波显显 示示 屏屏320320240240中文宽温液晶屏中文宽温液晶屏工作电源工作电源AC 220VAC 220V20% 20% 频率频率 45Hz45Hz55Hz DC 55Hz DC 220V220V20%20%功功 耗耗10VA10VA环境温度环境温度-5-55555相对湿度相对湿度0 090% 90% 无冷凝无冷凝外观尺寸外观尺寸252252182182290(290(宽宽高高深深) )重重 量量2.5Kg2.5Kg电能质量监测仪技术参数 先进的电能质量分析软件 电能质量分析软件是一套以C+语言编写的专业的电能质量分析平台，软件分析功能强大，操作简便，可以对多点电能质量监测仪进行统一管理，