淺析影響電能質(zhì)量的因素及對策

摘 要：在現(xiàn)代供配電系統(tǒng)中，用戶關(guān)心的不再是連續(xù)供電問題，更多的是關(guān)心電能質(zhì)量問題。在工業(yè)領(lǐng)域最常見的電能質(zhì)量問題是電壓暫降和電壓諧波問題。造成電壓暫降的原因有很多，有自然因素，也有人為因素。電壓諧波也會惡化電能質(zhì)量指標(biāo)，降低電網(wǎng)可靠性，增加電網(wǎng)損失，縮短電氣設(shè)備的壽命等。電能質(zhì)量問題我們應(yīng)該因地制宜，對癥下藥，在深入調(diào)研、現(xiàn)場實(shí)測、試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用電力新技術(shù)對電能質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)化地綜合補(bǔ)償。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；電壓暫降；電壓諧波；對策

1 電能質(zhì)量問題

在現(xiàn)代供配電系統(tǒng)中，用戶關(guān)心的不再是連續(xù)供電問題，更多的是關(guān)心電能質(zhì)量問題。常見的問題主要是電壓問題、電流問題、功率問題、能耗和效率問題。這些問題給用戶造成的困擾有系統(tǒng)配置繁雜，用電可靠性差，能耗信息不明，后期維護(hù)復(fù)雜，還容易造成電源故障，設(shè)備損壞，計(jì)算機(jī)復(fù)位、數(shù)據(jù)丟失，設(shè)備效能降低、壽命縮短、過熱、燒毀，功能故障和壽命縮短，電子通訊設(shè)備和控制系統(tǒng)收到干擾，系統(tǒng)電能損耗變大，產(chǎn)品廢品率上升，付出更多電費(fèi)等等。

什么是電能質(zhì)量問題呢？電能質(zhì)量（Power Quality），從嚴(yán)格意思上講，衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。其可以定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、瞬時(shí)或暫態(tài)過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。這些指標(biāo)可能聽起來有些復(fù)雜，對應(yīng)到生活中，則意味著電燈是不是穩(wěn)定照明，精密儀器能不能正常使用，電氣設(shè)備能不能穩(wěn)定運(yùn)行等?，F(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域最常見的電能質(zhì)量問題是電壓暫降和電壓諧波問題。

2 電壓暫降的原因及對策

電壓暫降（Voltage Sag）國內(nèi)也稱電壓跌落、電壓驟降、電壓凹陷和晃電等，是指電壓有效值突然下降，然后又迅速恢復(fù)正常的現(xiàn)象。典型持續(xù)時(shí)間為0.5～30周波，通常不會超過1秒鐘。電壓暫降，在工程中通常用三個(gè)變量暫降幅值、持續(xù)時(shí)間、暫降頻次來標(biāo)稱電壓暫降嚴(yán)重度。一般的，電壓暫降幅度深，持續(xù)時(shí)間較短；而幅度淺，持續(xù)時(shí)間較長。

造成電壓暫降的原因有很多，有自然因素，也有人為因素，有供電部門系統(tǒng)保護(hù)的因素，也有企業(yè)內(nèi)部的設(shè)備原因和誤操作等的因素。一是自然因素：閃電擊打在輸電線或絕緣子上；暴雨、下雪、大風(fēng)導(dǎo)致輸電線舞動；雜物搭在輸電線上引起短路，從而造成保護(hù)設(shè)置動作。二是偶然事件：車禍造成輸電線桿倒塌，建筑施工如起重機(jī)、挖掘機(jī)造成埋地線路破壞、人員誤操作短路可能會引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落；還有動物觸電。三是電力設(shè)備及裝置的自動保護(hù)及正常運(yùn)行，如大型電力設(shè)備的啟動和停運(yùn)、自動開關(guān)的跳閘及重合等。大電機(jī)啟動需要從電源汲取的電流最大可達(dá)到滿負(fù)載的500%～600%，這么大的電流經(jīng)過阻抗時(shí)，引起電壓突然下降。四是電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運(yùn)，如煉鋼電弧爐、電氣化機(jī)車運(yùn)行、電容組或變壓器投切、開關(guān)操作、配電裝置故障等，會使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾，產(chǎn)生電壓擾動、電壓波動與閃變都會引起電壓暫降。

電壓暫降不是新問題，但它的危害隨著工廠自動化程度的提高和各種新型敏感負(fù)荷的大量應(yīng)用，電壓暫降帶來的危害和影響越來越突出。電壓暫降會引起敏感控制器不必要的動作（引起跳閘），造成包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)失靈、自動化裝置停頓或誤動、變頻調(diào)速器停頓等；引起接觸器脫扣或低壓保護(hù)啟動，造成電動機(jī)、電梯等停頓；引起高溫光源（碘鎢燈）熄滅，造成公共場所失去照明。例如半導(dǎo)體行業(yè)，對生產(chǎn)工藝、環(huán)境（如溫度、空氣清潔度等）等要求很高，而且半導(dǎo)體工廠是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整條工藝生產(chǎn)線都要停下來。如冷卻機(jī)因電壓暫降停下來，溫度達(dá)不到生產(chǎn)要求，其他工藝也會因連鎖故障停下來。正在加工的產(chǎn)品（如晶圓等）損壞，原料報(bào)廢，而重新啟動滿足生產(chǎn)的要求要較長的時(shí)間（至少半個(gè)小時(shí)）。當(dāng)然對于汽車、制藥、化纖、鋼鐵等大量使用PLC、變頻器、總線、接觸器、繼電器、控制器等電子電力設(shè)備的行業(yè)，由于這些元器件對電壓暫降的敏感不盡相同，但是一旦這些元器件因電壓暫降停止工作，整套設(shè)備或流水線都會受到影響。單次的電壓暫降造成經(jīng)濟(jì)損失從數(shù)萬到數(shù)千萬不等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一次電壓暫降，可造成汽車裝配企業(yè)損失25輛汽車、半導(dǎo)體行業(yè)損失10萬～15萬美元。某顯像管廠，月產(chǎn)值8500萬元，采用了大量的PLC控制器，每次電壓波動，不僅導(dǎo)致當(dāng)時(shí)生產(chǎn)線的大量產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題而報(bào)廢，而且還可能引起控制程序紊亂、模具損壞，重新啟動整條生產(chǎn)線至少需要半個(gè)小時(shí)，估計(jì)每次停電造成的損失接近百萬元。然而電壓暫降發(fā)生的頻次高，事故原因不宜察覺，影響范圍廣，所以克服電壓暫降刻不容緩。

3 壓諧波問題及對策

另外，電壓諧波會降低電能質(zhì)量指標(biāo)，降低電網(wǎng)可靠性，增加電網(wǎng)損失，縮短電氣設(shè)備的壽命等。

諧波從何而來，所有的非線性負(fù)載工作時(shí)都會產(chǎn)生諧波。專家解釋，非線性負(fù)荷從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，通稱為諧波源。工業(yè)負(fù)載（主要三相三線系統(tǒng)）：ACandDCdrives，UPS系統(tǒng)…。商業(yè)負(fù)載（主要三相四線系統(tǒng)）：所有的辦公大樓都使用電腦設(shè)備，節(jié)能燈具，復(fù)印設(shè)備，傳真機(jī)…。家庭負(fù)載：電視機(jī)、洗衣機(jī)等已相當(dāng)普及的家電。這些都有可能就是諧波源之一。非線性負(fù)載在電力系統(tǒng)中無處不在而且呈快速增長勢頭。

諧波引起電壓波動和閃變產(chǎn)生脈沖磁場，使用電設(shè)備受到高能量沖擊，最直觀的感覺就是引起如上述照明燈光閃爍等問題。日益增長的電網(wǎng)諧波帶來了電流波形畸變，如改變了電流波形的峰值、增加了電流均方根值。

所有的電力負(fù)載和電網(wǎng)設(shè)備都是設(shè)計(jì)在正常的正弦電流和電壓波形下工作的，畸變的電流電壓波形將導(dǎo)致：電網(wǎng)中諧波電壓增加，供電質(zhì)量下降；增加有功電流，用戶用電量增加；備壽命縮短；變壓器過載和電纜過載；設(shè)備功能故障；變壓器損耗增加，噪音增大，發(fā)熱增加，壽命降低；斷路器誤動作，過載保護(hù)提前啟動；發(fā)熱增加，熔絲提前熔斷；諧波造成電容器因諧振損壞，導(dǎo)致功率因數(shù)低；直接影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩的大小和規(guī)律性，降低馬達(dá)性能，增加廢品率；嚴(yán)重干擾發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)電出力不足。

如何解決諧波問題呢？現(xiàn)在比較通用的方法就是改變電網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)：把對諧波敏感的設(shè)備和產(chǎn)生諧波的設(shè)備進(jìn)行隔離供電；盡量使用高脈沖整流的變頻設(shè)備；采用特殊繞組的變壓器以減小其阻抗；盡量通過大的電網(wǎng)系統(tǒng)供電。其次，采用靜態(tài)濾波器，但是濾波效率受電網(wǎng)參數(shù)的影響；容易因過載而損毀；難于擴(kuò)展使用能量；容易造成諧振，帶來嚴(yán)重后果；需要為每一種諧波單獨(dú)配置一套靜態(tài)濾波器；需要很多安裝空間；總是伴隨產(chǎn)生無功補(bǔ)償。最佳解決諧波的方案是采用動態(tài)有源濾波器，其濾波原理：動態(tài)有源濾波器產(chǎn)生和系統(tǒng)諧波大小相等，相位相反的諧波注入到電網(wǎng)中，從而有效消除諧波。

隨著電力電子與信息技術(shù)在社會各個(gè)領(lǐng)域的滲透應(yīng)用，一些新型電力負(fù)荷對電能質(zhì)量要求不斷提高，電能質(zhì)量已成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的課題。針對電能質(zhì)量問題我們應(yīng)該因地制宜，對癥下藥，在深入調(diào)研、現(xiàn)場實(shí)測、試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用電力新技術(shù)對電能質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)化地綜合補(bǔ)償，這將是今后解決電能質(zhì)量問題的最根本途徑。

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作者簡介：余萍（1970-），女，漢，江蘇常州人，常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，高級教師（江蘇常州213025）。