电能质量分析教案

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1、XXXXXXXX电能质量分析培训教案培训人：XXXXXXXXXX年XX月XX日电能质量优化及控制分析概述：目前，电力系统已发展成为集中发电、远距离输电的大型互联网络系统，电能质量已逐渐成为我们重要关注的问题。电能质量指标的偏离,是发电、输变电和用电三部分造成的,同时也给自身和其他两个部分带来不同程度的危害。改善电能质量对于电网和用户电气设备的安全、经济运行,进而促进电力行业发展有重要意义。此次培训班将对电能质量方面的新问题、改善和治理方案等进行系统讲解，使我们能更好地做好电能质量优化及控制工作。 一、电能质量概念电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频

2、率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。从本质上讲，电能质量包括电压质量、电流质量和频率质量三个方面。(1)电压质量又称电压辐值质量，一般认为电压辐值质量主要受供电侧影响，用实际电压和理想电压间的广义偏差反映供电水平。(2)电流质量，主要受用户影响，电流质量问题一般就是指谐波。(3)频率质量一般就

3、是指系统供电的同步频率不满足系统的额定偏差范围的规范，在电源较弱的地区，随着大容量的有功负荷的较快变化，系统频率会出现周期性或非周期性的偏移，目前的调频控制技术和发电管理已经能够较好地控制频率变动。此外，有学者指出电能质量还应包括非技术成分质量问题。 从现有的统计和研究结果来看，破坏程度较为严重的是电压辐值质量问题。 二、主要的电能质量问题 从电力系统和电力用户共同关心的问题来看，电能质量可以归结为：电能质量供电质量电压质量供电可靠性。其中供电可靠性包含系统的容量（储备满足供电需求的能力）和安全性（承受突发扰动的能力）。而对于电压质量，国际上的IEC和IEEE给出了比较详细的定义。 IEC（1

4、000-2-2/4）标准对电能质量是这样定义的：电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性。最严重的电能质量问题是电压跌落和电压完全中断。 IEEE给出的电能质量问题的一般解释为：在供电过程中导致电气设备出现误动作或故障损坏的任何异常现象。 针对过去对各种扰动引起的电能质量问题的提法不一，IEEE第22标准统筹委员和其它国际委员会推荐如下几种术语来描述主要的电能质量干扰。 电压跌落：电压或电流有效值降至额定值的10%-90%，持续时间为0.5个周期至一分钟。 电压中断：在一相或多相线路中完全失去电压（低于额定值的10%）一段时间。持续时间0.5个周期至3s为瞬时中断

5、;持续时间3s至60s为暂时中断;持续时间大于60s为持续中断。 电压上升：电压或电流有效值升至额定值的110%以上，典型值为额定值的110%一180%，持续时间为0.5个周期至一分钟。 电压瞬变：指在一定时间间隔内两个稳态量之间的变化。电压瞬变可以是任意极性的单方向脉冲或是第一个峰值为任意极性的衰减振荡波。 过电压：电压为额定值的110%一120%，持续时间大于1分钟。 欠电压：电压为额定值的80%-90%，持续时间大于1分钟。 谐波：频率为电源基波频率整数倍的正弦电压或电流。由电力系统中的装置和负载的非线性特性引起的波形畸变可分解为基波和谐波之和。 间谐波：电压和电流的频率不是基波频率的整

6、数倍。间谐波主要由静止变频器、周波变频器、感应电机和电弧设备产生，电力载波信号也认为是一种间谐波。 电压缺口：持续时间小于0.5个周期的周期性的电压扰动。电压缺口主要是电力电子装置由一相换至另一相时参和换相的电路瞬时短路造成的，和电压缺口有关的频率分量很高，采用谐波分析仪测量可能是很困难的。 电压波动（闪变）：电压波动（闪变）是指电压幅值在一定范围内有规律地或随机地变化。其电压幅值的变化通常为额定值的90%-110%。这种电压波动常称为电压闪变。闪变一词是从电压的波动引起电灯的闪动得来的。在输电和配电系统中电压闪变主要是由电弧炉引起的。 1、电压跌落 基本概念：电压跌落是交流电力系统中最常见的

7、一种电压质量干扰，要保证电能质量安全可靠，首先就要考虑电压跌落的问题。 电压跌落是电压短暂下降的一种电压波动现象，典型的电压跌落持续时间一个电压周期到一秒钟的时间，或者持续几十毫秒至几百毫秒。持续时间小于半个电压周期的电压降低称为瞬时频率下降，持续时间过长（超过一分钟）的电压降低称为“欠电压”。电压跌落波形图 电压跌落一般由于负荷的突然增加引起，例如线路的短路或故障、电机启动、或者电热器的开启等等。或者由于电源阻抗的突然增加，代表性的原因就是线路连接不紧密。 电压跌落是最为常见的一种电能干扰现象，在典型工业企业中，其用户引入线上每年出现几次电压跌落是很寻常的事情，而在终端设备上出现电压跌落的次

8、数要多得多。 电压跌落可能产生于电力线路上，但是主要的电压跌落产生在建筑内。例如，在住宅线路中出现的电压跌落，通常是由于电冰箱或者空调的压缩机启动时产生的起始冲击电流。 电压跌落情况下的不同负荷系统之间的性能差别是十分明显的（城市和乡村、高空和地下），在新的电能质量等级规范中就不能不考虑这些重要因素的影响。瞬时断路情况下的性能要求也是十分重要的内容，因为它是电力用户遇到的特殊问题，而且在可靠性评估中并没有考虑。 需要提醒的是，电压跌落必须是两个导体之间的电压干扰现象，因此一定是相间电压跌落或者是相和中线之间的电压跌落，而不存在单纯的A相电压跌落。 电压跌落的产生原因：电力系统中存在非零阻抗，因

9、此任何强度的电流增加都会引起相应的电压下降。通常情况下这种因为电流增加而引起的电压下降很小，仍然保持正常的电压接受范围内。但是，当遇到电流突然增量很大或者系统的阻抗很高的情况，电压下降就是很显著的了。所以从原理上说，电压跌落有两个原因：大电流增量和高系统阻抗。而实际上，大多数的电压跌落都是由于电流增加引起的。 我们可以把电力系统形象地比喻成一个大树，敏感的负荷设备就挂在树的末梢上，树干或者树枝上的任何电压跌落都会引起末梢负荷的电压跌落。而且在树枝上如果发生短路，就会使树干的电压下降，这就是导致即使是很远的地方发生了故障，也会使负荷处出现电压跌落。 通常电压跌落是由于用电设备而产生的，最常见的三

10、种用电设备导致电压跌落是： 大负荷设备启动。例如电动机或者电阻加热器，电机在其加速至额定转速的过程中会产生1.55倍于其额定电流的启动电流；而电阻加热器在达到额定温度的升温过程中的电流是其额定电流的1.5倍。 配线松动或者缺陷。例如在安装设备的时候和电源相联接的部分没有安装紧密，那么会造成接触阻抗的明显提高，这就是的电流变化产生的电压下降更为明显。 设备中某处发生故障或者短路。虽然发生故障的线路会在短时间内被保险丝或者断路器切除，但是在切除之前的一段时间（大约几个周期到几秒钟）内，电压会受影响而下降。 电压跌落也可能是由电力设施产生，常见的类型有： 远端线路故障。远端线路发生故障会影响到负荷，

11、发生电压跌落扰动。通常，这些故障会被线路中配置的“自动继电器”或者自动重合闸保护器切除，但是如果重合闸不成功，而在自动继电器切除线路后，会在15秒后自动重合闸，如果故障依然存在，自动继电器还要再次切除线路。在这个过程中（15秒）会在负荷处产生一系列的电压跌落。电力设施故障可能是相间故障，也可能是线对地故障或者相对中线故障，由负荷和故障点之间的变压器类型决定，负荷处可能出现不同水平的电压跌落。 在着手解决电压跌落带来的影响之前，搞清楚电压跌落的原因是十分重要的，如果采用了不当的措施，可能会使问题更为严重。例如，当你配置了一台电池控制型UPS电源来补偿电压跌落，但是安装的时候没有分清楚把极性安装反

12、了，那么不但不会有改善反而会加重电压跌落的程度。 多数情况下，正确的解决方法是通过调整设备而降低其对电压跌落的敏感性。 电压跌落对设备的造成的影响 为什么在交流系统中发生电压跌落干扰时设备会停止呢？一共有五种原因，一种是显而易见的，而其它四中则不是很明显。 （1）电压不足：这是一个显而易见的原因，电压跌落使得电压幅值过低，电源所提供的电能不能满足负荷设备的需求，所以负荷停止运行。实际上，这个问题更为深奥一些。在典型的敏感负荷中，AC交流电是要通过整流成为DC直流电，整流是通过电力电子开关使交流电变为脉冲直流，而且通过大电容使直流脉冲能够成为平缓直流波形输出给负荷。当电压跌落严重时，整流电容不能

13、输出平缓的电压波形，甚至出现断流，当电压跌落低于临界值的时候，负荷设备就不能工作了。 （2）低压保护电路误动作：许多设备中都设有低压保护电路以监测交流电源电压是否满足运行要求，但是对于合格的电压大小的确定是很困难的。例如，将负荷设备的合格电压定义为额定电压的90%110%，但是当设备半负荷工作时，可能仅需70%额定电压就能正常工作，但是当电压跌落达到70%额定电压水平的时候，本来设备仍能正常运行，但是低压保护电路会动作切断电源，使设备停止运行。 （3）不平衡继电器误动作：在三相交流系统中，电压跌落通常是不对称的（仅影响单相或两相）。电动机和变压器受三相不对称电压的影响会因为过热而损坏，因此会安

14、装不平衡继电器以保护设备。但是电压跌落的产生的不对称电压持续时间很短（20%50%不平衡持续12秒），并不会使电动机和变压器产生过热现象，因此并不会损坏设备。如果不平衡继电器的动作时间过短，就会因为电压跌落产生的电压不平衡而动作，切除线路，使设备停止运行。 （4）快速响应继电器误动作：在EMO（emergency off）紧急关断电路中通常是由一个快速响应继电器控制着紧急关断开关，但是当出现电压跌落时，快速响应继电器可能会把电压跌落脉冲误认为是开关动作控制信号，从而EMO电路工作，使电源被切除，设备停止运行。 （5）复位电路误动作：这是电压跌落造成的影响中最难被注意到的，许多电子设备都设有复位

15、电路，以保证在设备启动时正确的初始化，而复位电路工作的控制信号通常是一个很陡的尖峰脉冲电压。当发生电压跌落，在电压水平恢复标准幅值时，会有一个电压幅值突然增加的过程，而复位电路可能会把这个“电压脉冲”误认为是复位信号，从而使整个电子设备重启复位，造成负荷设备停止运行。 如何提高电压跌落抗扰度： 从理论上讲，可以按照下面的方法来提高负荷对电压跌落的抗扰度，但是对于实际的设备而言，应该针对具体问题寻求最合适的解决方法，这里我们仅仅提出一些概念性的方法。 首先，确定电压跌落的原因，前面已经提到过，这是解决问题最根本的一个环节。装设电能质量继电器，当监测到电压跌落时，继电器会进行电压补偿使负荷设备继续运行。更改电源设置，通过对电源供电方案的调整，提高符合设备对电压跌落的抗扰度。单相供电时用线电压取代相电压，会显著提高电压跌落裕量，保证负荷运转。减小负荷总量，或者增加供电容量。尽量采用三相电源取代单相电源。直接从直流网获得电能。调整继电器的动作时间和动作信号敏感度，尽量避免由于继电设备在电压跌落时的误动作导致设备停止运行。 上面这些方法针对不同的情况有所不同，而且每一种方法都有一定的负面影响，比如对负荷的调整、资金的投入、占地面积增加、受多相电压跌落影响、对电压上升的保护裕度减小、继电器工作灵敏性下降等等。因此，在解决实际问题时，要根据不同的情况来制定不同的解决方