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電能質(zhì)量治理節(jié)能技術(shù)

人氣：2111次發(fā)表時(shí)間：2013-08-05

電能既是一種經(jīng)濟(jì)適用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能源形勢(shì)，又是一種由電廠發(fā)電、電力部門(mén)向用戶提供，并由發(fā)、供、用三方共同保證這兩的特殊產(chǎn)品。如今，電能作為走入市場(chǎng)的商品，無(wú)疑也應(yīng)講求質(zhì)量。在此，我們會(huì)從對(duì)電能質(zhì)量現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和發(fā)展歷程，電能質(zhì)量的概念、定義、常用術(shù)語(yǔ)及其分類方法等基本知識(shí)入手，通過(guò)對(duì)國(guó)際電工委員會(huì)IEC和國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEEE有關(guān)文件中所列的關(guān)于電磁干擾現(xiàn)象的特性分析和描述。

由于供電電源電能質(zhì)量下降而影響電氣設(shè)備正常工作的問(wèn)題，早在電力供應(yīng)一開(kāi)始就引起了供用電雙方的關(guān)注。人們首先把電力系統(tǒng)運(yùn)行中電壓和頻率偏離標(biāo)稱值的多少作為檢驗(yàn)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。之后隨著工業(yè)規(guī)模擴(kuò)大和科技發(fā)展，電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求在不斷提高。與此同時(shí) 許多新型用電設(shè)備也會(huì)像電網(wǎng)注入各種電磁干擾，造成電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出并引起各方關(guān)注。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，電力部門(mén)只要將電能“如數(shù)”地傳輸給電力用戶，并且保證一定的供電連續(xù)性即可滿足需求的想法是很不完善的，電力系統(tǒng)運(yùn)行和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電能質(zhì)量的要求正在逐步擴(kuò)大和深化，提高嗲能質(zhì)量已經(jīng)成為保證供用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求。

如何深入理解現(xiàn)代電能質(zhì)量問(wèn)題，如何把提高電能質(zhì)量與增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、擴(kuò)大電力市場(chǎng)占有率聯(lián)系起來(lái)，如何從技術(shù)、經(jīng)濟(jì) 和運(yùn)行管理等方面加大力度，保證優(yōu)質(zhì)供電，以最小程度減少現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)及重要電力用戶的影響，既是電力用戶需求和電力系統(tǒng)運(yùn)行給我們提出的新任務(wù)，也是信息時(shí)代給我們提出的新挑戰(zhàn)?？梢哉J(rèn)為，當(dāng)代電力系統(tǒng)的發(fā)展賦予了電能質(zhì)量新的涵義和意義。近十多年來(lái)，電力科技工作者根據(jù)當(dāng)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)出現(xiàn)的各種各樣電能質(zhì)量現(xiàn)象進(jìn)行了分類整理和研究，不斷地深入分析和探索尚待認(rèn)識(shí)的電磁干擾問(wèn)題，并且在此基礎(chǔ)上部分地制定出了科學(xué)的符合生產(chǎn)實(shí)際的和可操作的電能質(zhì)量考核基數(shù)及評(píng)估方法，推動(dòng)了電能質(zhì)量先進(jìn)控制技術(shù)的實(shí)施。所有這些工作都為最終構(gòu)成一個(gè)全面電能質(zhì)量監(jiān)督管理體系，真正實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行，向用戶供給合格的電能和滿意的服務(wù)提供了理論上合技術(shù)上的保證。[1]

原理

（1）電壓質(zhì)量。給出實(shí)際電壓與理想電壓間的偏差以反映分配的電力是是否合格。電壓質(zhì)量通常包括：電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電壓瞬變現(xiàn)象、電壓波動(dòng)與閃變、電壓暫降、暫升與終端、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過(guò)電壓等。

（2）電流質(zhì)量。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)，為了提高電能的傳輸效率，除了要求用戶汲取的電流是單一頻率正弦波形外，還應(yīng)盡量保持該電流波形與供電電壓同相位。電流質(zhì)量包括：電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前與之后、噪聲等。

（3）供電質(zhì)量。包括技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩部分，技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性；非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量，包括供電部門(mén)對(duì)用戶投訴與抱怨的反應(yīng)速度和電力價(jià)目的透明度等。

（4）用電質(zhì)量。包含電流質(zhì)量和非技術(shù)含義等，如用戶是否按時(shí)、如數(shù)繳納電費(fèi)等。

方法及措施

一、瞬變現(xiàn)象

瞬變一詞我們之前應(yīng)該是接觸過(guò)的，在店里系統(tǒng)運(yùn)行分析里。它表示電力系統(tǒng)運(yùn)行中一種并不希望而又事實(shí)上出現(xiàn)的瞬時(shí)事件。由于RLC電路的存在，大多數(shù)人的概念里瞬變現(xiàn)象自然是指阻尼振蕩現(xiàn)象。關(guān)于此，IEEE里有一個(gè)含義更寬，描述也更簡(jiǎn)單的定義：變化量的部分變化，且從一種穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另一種穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，該變化逐漸消失的現(xiàn)象。但這樣描述在電能質(zhì)量領(lǐng)域里會(huì)存在潛在的許多分歧。下面對(duì)瞬變的兩種普遍類型做一下介紹：

1、沖擊性瞬變現(xiàn)象

是在穩(wěn)態(tài)條件下，電壓、電流的非工頻、單極性的突然變化現(xiàn)象。通常用上升和衰減時(shí)間來(lái)表現(xiàn)沖擊性瞬變的特性，也可以通過(guò)其頻譜特性成分表示。

2、振蕩瞬變現(xiàn)象

是一種電壓、電流的非工頻、有正負(fù)極性的突然變化現(xiàn)象。對(duì)于迅速改變瞬時(shí)值極性的電壓和電流振蕩問(wèn)題，常用其頻譜成分（主頻率）、持續(xù)時(shí)間和幅值大小來(lái)描述其特性。

二、短時(shí)電壓變動(dòng)

這一類型包括電壓暫降（也稱為驟降或凹陷）和短時(shí)間電壓中斷等現(xiàn)象。若按照持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)劃分，進(jìn)一步還可將其分成瞬時(shí)、暫時(shí)和短時(shí)三種類型。順便指出：如此細(xì)分的目的是用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中隊(duì)電壓干擾分類統(tǒng)計(jì)。

1、電壓中斷

當(dāng)供電電壓降低到0.1p.u以下，且持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1min時(shí)，我們就認(rèn)為出現(xiàn)的電壓中斷現(xiàn)象。出現(xiàn)原因可能是系統(tǒng)故障、用電設(shè)備故障或控制失靈等。

2、電壓暫降

暫降是指工頻條件下電壓方均根值減小到0.1~0.9p.u之間、持續(xù)時(shí)間為0.5~50周波的短時(shí)電壓變動(dòng)現(xiàn)象。電能質(zhì)量領(lǐng)域使用暫降（sag）來(lái)描述短時(shí)電壓降低已經(jīng)很多年了，IEC把這一現(xiàn)象成為驟降（dips）在國(guó)內(nèi)外行業(yè)內(nèi)這兩個(gè)詞可以相互替換，是同意詞。

3、電壓暫升

暫升的涵義是指在工頻條件下，電壓均方根值上升到1.1~1.8p.u之間、持續(xù)時(shí)間為半個(gè)到50個(gè)周波的電壓變動(dòng) 現(xiàn)象。與暫降的起因一樣，暫升現(xiàn)象也是同系統(tǒng)故障相聯(lián)系的。我們可以用幅值大小和持續(xù)時(shí)間來(lái)表征這一現(xiàn)象。由于分類的方法不同，在許多資料中也使用“瞬態(tài) 過(guò)電壓”作為“電壓暫升”的同義詞。電壓暫升現(xiàn)象遠(yuǎn)沒(méi)有電壓暫降現(xiàn)象那樣常見(jiàn)。

三、長(zhǎng)時(shí)電壓變動(dòng)

長(zhǎng)時(shí)間電壓變動(dòng)是指，在工頻條件下電壓均方根值偏離額定值，并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)1分鐘的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。分兩種情況，即過(guò)電壓和欠電壓。通常，過(guò)電壓和欠電壓并非由于系統(tǒng)故障造成，而是由于負(fù)荷變動(dòng)或系統(tǒng)開(kāi)關(guān)操作引起的。

1、過(guò)電壓

過(guò)電壓是指在工頻條件下交流電壓方均根值升高，超過(guò)額定值10%，并且持續(xù)時(shí)間大于1分鐘的電壓上升現(xiàn)象。過(guò)電壓的出現(xiàn)通常是負(fù)荷投切的結(jié)果。

2、欠電壓

欠電壓是指在工頻條件下交流電壓方均根值降低，低至額定值的90%且持續(xù)時(shí)間超過(guò)1分鐘的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。與過(guò)電壓的出現(xiàn)原因正好相反。某一負(fù)荷的投入或某一電容器的切除都可能引起系統(tǒng)欠電壓。

3、持續(xù)中斷

持續(xù)中斷是指系統(tǒng)電壓迅速降到0且持續(xù)時(shí)間大于1min。這種長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷往往是持久的。當(dāng)系統(tǒng)事故發(fā)生后，往往需要人工應(yīng)急處理以恢復(fù)正常供電，通常需數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)。持續(xù)電壓中斷是特有的電力系統(tǒng)現(xiàn)象。但如果是電氣設(shè)備檢修或線路更改導(dǎo)致停電，或由于工程設(shè)計(jì)不當(dāng)或電力供應(yīng)不足引起的持續(xù)中斷，則不屬于電能質(zhì)量問(wèn)題。

四、電壓不平衡

電壓不平衡，時(shí)常被定義為與三相電壓或電流的平均值的最大偏差，并且用該偏差與平均值的百分比表示。電壓不平衡也可以用對(duì)稱分量發(fā)來(lái)定義即用負(fù)序或零序分量的百分比加以衡量。電壓不平衡的起因主要是負(fù)荷不平衡（如單相運(yùn)行）所致，或者是三相電容器組的某一相熔斷器熔斷造成的。大于5%的電壓不平衡屬于電壓嚴(yán)重不平衡，它的起因很可能是由于單相負(fù)荷過(guò)重引起的。

五、波形畸變

波形畸變是指電壓或電流波形偏離穩(wěn)態(tài)工頻正弦波形的現(xiàn)象，可以用偏移頻譜描述其特征。波形畸變有五種重要類型，即直流偏置、諧波、間諧波陷波和噪聲。

1、直流偏置

在交流系統(tǒng)中出現(xiàn)直流電壓或電流稱為直流偏置。這可能是由于地磁干擾或半波整流引起的。例如為延長(zhǎng)燈管的壽命在照明系統(tǒng)中采用的半波整流器電流，會(huì)是交流變壓器偏磁以至于發(fā)生磁飽和，引起鐵芯發(fā)熱縮短壽命直流分量還會(huì)引起接地極和其它電氣設(shè)備連接的電解腐蝕。

2、諧波

把含有供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行頻率整數(shù)倍頻率的電壓或電流定義為諧波?？梢园鸦儾ǚ纸獬晒ゎl和各次諧波分量的綜合。電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷是造成波形畸變的源頭。

3、間諧波

與諧波定義方法類似，只是將整數(shù)倍于工頻的條件換成非整數(shù)倍。

4、陷波

陷波是電力電子器件在正常工作情況下，交流輸入電流從一相切換到另一相時(shí)產(chǎn)生的周期性電壓擾動(dòng)。

由于陷波的連續(xù)出現(xiàn)，可以用受影響電壓的波形頻譜來(lái)表征該量。但由于陷波的相關(guān)頻率相當(dāng)高，很難用諧波分析中習(xí)慣采用的測(cè)量手段來(lái)反映它的特征量，通常把它作為特殊問(wèn)題處理。例如，一種評(píng)價(jià)指標(biāo)規(guī)定，出現(xiàn)的陷波以其下陷深度和寬度來(lái)衡量。

5、噪聲

噪聲是指帶有低于200kHz寬帶頻譜，混疊在電力系統(tǒng)的相線、中性線或信號(hào)線中的有害干擾信號(hào)。

電力電子裝置、控制器、電弧設(shè)備、整流負(fù)荷以及供電電源投切等都可能產(chǎn)生噪聲。由于接地線配置不當(dāng)，未能把噪聲產(chǎn)地至遠(yuǎn)離電力系統(tǒng)，常常會(huì)加重對(duì)系統(tǒng)的噪聲干擾和影響。噪聲可以對(duì)點(diǎn)射設(shè)備的正常工作造成危害。采用濾波器、隔離變和電力線調(diào)節(jié)器等措施能減緩噪聲的影響。

意義

電能作為人們廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平和綜合國(guó)力的主要標(biāo)志之一，在滿足工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)和人民生活對(duì)電能需求量的同時(shí)，提高對(duì)電能質(zhì)量的要求，是一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)發(fā)達(dá)、科技水平提高、社會(huì)文明程度進(jìn)步的表現(xiàn)，是信息時(shí)代和信息社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果，是增強(qiáng)用電效率，節(jié)能降損、改善電氣環(huán)境、提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益以及工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保證。

隨著電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，電能質(zhì)量的監(jiān)督管理法規(guī)體系將逐步建立。這比將大大促進(jìn)設(shè)備制造廠商提高期生產(chǎn)設(shè)備和對(duì)電力系統(tǒng)的兼容性，促使電力用戶在提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，使用高性能設(shè)備的同時(shí)，嚴(yán)格限制自身對(duì)電力系統(tǒng)和其它設(shè)備的電磁干擾，保障各行各業(yè)的正常用電秩序，進(jìn)一步促進(jìn)供電部門(mén)加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的技術(shù)監(jiān)督和對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理，推動(dòng)電能質(zhì)量先進(jìn)控制技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，提高控制和駕馭的能力，保障配電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行和向用戶提供合格的電能和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為千家萬(wàn)戶提供信得過(guò)的電能產(chǎn)品。

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