電能質量標準淺析

    隨著電力電子技術的廣泛應用與發展，供電系統中增加了大量的非線性負載，特別是靜止變流器，從低壓小容量家用電器到高壓大容量用的工業交直流變換裝置，由于靜止變流器是以開關方式工作的，會引起電網電流、電壓波形發生畸變，引起電網的諧波“污染”。另外，沖擊性、波動性負荷，如電弧爐、大型軋鋼機、電力機車等運行中不僅會產生大量的高次諧波，而且使得電壓波動、閃變、三相不平衡日趨嚴重，這些對電網的不利影響不僅會導致供用電設備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網的經濟運行，造成對電網的“公害”，為此，國家技術監督局相繼頒布了涉及電能質量五個方面的國家標準，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓不允許平衡度，公用電網諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標限制。  

    1.電壓允許偏差  

    用電設備的運行指標和額定壽命是對其額定電壓而言的。當其端子上出現電壓偏差時，其運行參數和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續的時間和設備狀況而異，電壓偏差計算式如下：  

    電壓偏差（％）=（實際電壓－額定電壓）  

    /額定電壓×100％……（1）  

    《電能質量供電電壓允許偏差》（GB12325－90）規定電力系統在正常運行條件下，用戶受電端供電電壓的允許偏差為：  

    （1）35kV及以上供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的＋5％～－5％；  

    （2）10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的＋7％～－7％；  

    （3）低壓照明用戶為額定電壓的＋5％～ －10％。  

    為了保證用電設備的正常運行，在綜合考慮了設備制造和電網建設的經濟合理性后，對各類用戶設備規定了如上的允許偏差值，此值為工業企業供配電系統設計提供了依據。  

    在工業企業中，改善電壓偏差的主要措施有三：  

    （1）就地進行無功功率補償，及時調整無功功率補償量，無功負荷的變化在電網各級系統中均產生電壓偏差，它是產生電壓偏差的源，因此，就地進行無功功率補償，及時調整無功功率補償量，從源上解決問題，是最有效的措施。  

    （2）調整同步電動機的勵磁電流，在銘牌規定植的范圍內適當調整同步電動機的勵磁電流，使其超前或滯后運行，就能產生超前或滯后的無功功率，從而達到改善網絡負荷的功率因數和調整電壓偏差的目的。  

    （3）采用有載調壓變壓器。從總體上考慮無功負荷只宜補償到功率因數為0.90～0.95，仍然有一部分變化無功負荷要電網供給而產生電壓偏差，這就需要分區采用一些有效的辦法來解決，采用有載調壓變壓器就是有效而經濟的辦法之一。  

    2.公用電網諧波  

    諧波（Harmonic）即對周期性的變流量進行傅里葉級數分解，得到頻率為大于1的整數倍基波頻率的分量，它是由電網中非線性負荷而產生的。  

    電能質量 公用電網諧波》（GB/T14529－ 93）中規定了各電壓等級的總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率的限制值，詳見表1：  

    該標準還規定了電網公共連接點的諧波電流（2～25次）注入的允許值；而且同一公共連接點的每個用戶向電網注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協議容量與其公共連接點的供電設備容量之比進行分配，以體現供配電的公正性。  

    3.電壓波動和閃變  

    電壓波動（Fluctuation）即電壓方均根值一系列的變動或連續的改變，閃變（Flick）即燈光照度不穩定造成的視感，是由波動負荷，如電弧爐、軋機、電弧焊機等引起的。 

    《電能質量 電壓波動和閃變》（GB12326－ 2000）是在原來標準GB12326－90的基礎上，參考了國際電工委員會（IEC）電磁兼容（EMC）標準IEC6100－3－7等而修訂而成的，適用于由波動負荷引起的公共連接點電壓的快速變動及由此可能人對燈閃明顯感覺的場合，該標準規定了各級電壓下的閃變限制值，見表2：  

    表2中的括號內的數值僅適用于公共連接點（PCC）點連接的所有用戶為同電壓等級的用戶場合，Pst為短時間閃變值，即衡量短時間（若干分鐘）內閃變強弱的一個統計量值；Plt為長時間閃變值，它由Pst推算出，反映出長時間（若干小時）內閃變強弱的一個統計量值。  

    4.三相電壓不平衡  

    《電能質量 三相電壓允許不平衡度》（GB/T15543－1995）適用于交流額定頻率為50Hz電力系統正常運行方式下由于負序分量而引起的PCC點連接點的電壓不平衡，該標準規定：電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2％，短時間不得超過4％。  

    而且該標準還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統正常運行的最小方式下負荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產（運行）周期中的實測值，例如煉鋼電弧爐應在熔化期測量等。在確定三相電壓允許不平衡指標時，該標準規定用95％概率值作為衡量值。即正常運行方式下不平衡度允許值，對于波動性較小的場合，應和實際測量的五次接近數值的算術平均值對比；對于波動性較大的場合，應和實際測量的95％概率值對比；以判斷是否合格。其短時允許值是指任何時刻均不能超過的限制值，以保證保護和自動裝置的正確動作。  

    5.電網頻率  

    《電能質量電力系統頻率允許偏差》（GB/T 15945－1995）中規定：電力系統頻率偏差允許值為0.2Hz，當系統容量較大時，偏差值可放寬到＋0.5Hz～－0.5Hz，標準中并沒有說明系統容量大小的界限，而在《全國供用電規則》中有規定：“供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在300萬千瓦及以上者為0.2Hz；電網容量在300萬千瓦以下者為0.5Hz。”實際運行中，我國各跨省電力系統頻率都保持在＋0.1Hz～－0.1Hz的范圍內，這點在電網質量中最有保障。  

    6.結語  

    加強電能質量管理，提高電能質量，已經成為電力系統廣泛關注的重要內容之一，并且有關電力行業規則明確：用戶的非線性負荷、沖擊性負荷、波動負荷、非對稱負荷對供電質量產生影響或對安全運行構成干擾和妨礙時，用戶必須采取措施加以消除。抑制電壓波動、電壓閃變、電網諧波等不利影響的最直接、最常用的現有措施是裝設無功功率補償兼諧波濾波裝置、靜止型無功功率補償裝置（SVC），以及有源濾波器、無功發生器（SVG）等。通過對影響電能質量的五個方面國家標準的了解，從而為實際工程中抑制電網諧波“污染”，減小電壓波動等找到決策略與設計的依據。