浅析供配电系统中电能质量问题的研究「电能质量供电电压偏差」

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电力用户需要向供电公司购买电能，购买来的电能用于生产、生活。那么电能也是一种商品，那就决定了它像其他商品一样具有价值和使用价值。对于一台电视机，通过清晰度、显示格式等来评价其质量好坏。如何评价电能的好坏呢？也就是什么是电能质量，电能质量的评价标准包括那些内容？

关于电能质量的定义，各种说法不一。在我国380V电压等级具有良好电能质量电源，其具有电压有效值为380V，频率为50Hz，波形为标准正弦波，三相电源为三相对称电源，如下图所示。

如果供电电源的电压有效值、频率、波形等方面上发生了偏差，那就引发了电能质量的问题。所以电能质量可以认为是供电电源与 50Hz正弦波电源之间在电流或电压上偏差频繁和严重程度。由于电路中电流是由负载所决定的，同时电网中所有的电气设备都是在一定电压和频率下工作的。在我国频率为50Hz，俗称工频，对于频率的调整是由发电厂调整发电机的转速实现的。对于供配电系统来说电能质量主要是指电压质量，提高供配电系统的电能质量就是提高供电电压质量，在我国电压质量主要包括电压偏差、电压波动、波形、三相对称性等。

一、电压偏差电压偏差是指电气设备的端电压与额定电压之差，通常用对其额定电压的百分数来表示。产生电压偏差的原因是供电线路及设备存在阻抗产生了电压损耗。电压偏差会对电气设备的正常运行产生影响，比如三相异步电动机的输出转矩与电源电压的平方成正比，当电源电压降低时，会导致电机输出转矩变小，转速下降，生产效率降低，降低了产量，还会影响产品的质量；如果电压过大，会影响电动机的绝缘，缩短其使用寿命。GB50052-2009《供配电系统设计规范》中规定电动机端电压的电压允许偏差为±5%，也就是说电动机端电压的电压偏差在±5%内，电动机就可以正常工作。如果电压偏差过大，通过采用调整电压措施来改善电压，比如调整电力变压器的电压分接头、减小系统中的阻抗、合理改变系统的运行方式、采用无功补偿装置、使三相负荷均匀分布等。二、电压波动电压波动是指电网电压有效值连续快速的变化。电压波动值以电力用户公共供电点的在时间上相邻最大和最小电压有效值之差与额定电压的百分数来表示。电压波动是由冲击性负荷引起的，比如中大型容量的电动机起动、电焊机的工作等都会引发电网电压的波动。电网电压的波动造成的危害比较多，比如电网电压波动会造成照明灯闪变，影响人们的正常的工作、生活；造成IT信息设备无法正常工作；影响电动机正常的启动等。抑制电网电压波动主要是解决冲击性负荷供电的问题，可以增大系统的供电容量，减小系统的阻抗，比如在一个盆子中投入一颗石头，会引起整个盆子里的水都波动，如果在一个湖里面投入一颗石头，对于整个湖面的影响可以忽略不计；对于冲击性负荷可以采用单独的变压器供电；当电网中出现严重的电压波动时，可以采取减少或者切除引起电压波动的负荷。

三、谐波
电网中理想的电压波形是标准的正弦波，频率为50Hz。由于电网中存在各种非线性负荷，使得电网中的电流或电压波形中含有了谐波分量。含有谐波的正弦波如下图所示。

谐波是指周期性非正弦交流量进行傅里叶分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量。谐波源是指在电网中产生谐波电压或者向电网注入谐波电流的电气设备。在供配电系统中常见的谐波源有整流设备、气体放电灯、电弧炉、电焊机等。谐波对电气设备的危害很大。谐波电流使得线路上电压损耗和电能损耗增加，造成计量仪表和测量仪表不准确，造成交流电动机转子发生震动现象，使得生产出来的产品质量不合格等。抑制电网的谐波措施主要从两个方面入手，第一从谐波源进行治理，比如整流设备，增加其二次侧相数，二次相数越多，整流后波形的脉波数越多，其低次谐波消去的也越多。第二从谐波源对电网影响途径进行治理，比如采用配电变压器的联结组别为Dyn11，这样就避免谐波注入到高压电网中污染高压电网。

四、三相不平衡在三相供电系统中，理想的三相电源为幅值相等、频率相同、相位互差120度。如果三相电压或电流的幅值或有效值不相等，或者三相相位不互差120度，此时就称为三相电压或电流不平衡。产生三相不平衡的原因是单相负荷存在。对于不平衡的三相电压或者电流可以用对称分量法进行分解为正序分量、负序分量和零序分量。由于负序分量的存在，对于三相异步电动机来说其承受正向转矩的同时也要承受反向转矩，造成电动机绕组温度升高，降低了其使用寿命。对于三相变压器来说，由于三相电流不平衡会造成最大相电流大于变压器的额定电流，最小相电流小于变压器的额定电流，使得三相变压器不能得到充分利用。为了消除或者减少三相不平衡的影响，可以从这个几个方面入手。在布线尽量使三相负荷对称；同时对于单相负荷要接到不同的供电点，比避免发生不平衡负荷集中在一起；采用三项平衡化装置，比如SVC、SVG等。以上就电能质量包含的主要内容，对于工厂中遇到了电能质量问题，需要仔细研究采取合理的措施。有时候可能就是重新分布一下线路上的负荷，有时候需要添加电力滤波器等，这些具体的方法需要电气技术人员不断地实践、总结，从而保证电力用户使用的电能质量。