電能質(zhì)量影響因素及其危害性

影響與危害電能質(zhì)量的因素主要包括哪些方面?

電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個方面：

(1)自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。

(2)電力設(shè)備及裝置的自動保護(hù)及正常運(yùn)行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動和停運(yùn)、自動開關(guān)的跳閘及重合等對電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時降低、產(chǎn)生波動與閃變等。

(3)電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運(yùn)的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機(jī)車運(yùn)行等對電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動、產(chǎn)生電壓波動與閃變等。

電壓質(zhì)量是怎樣受到影響的?

電能質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)中，電源電壓質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，它主要以頻率質(zhì)量指標(biāo)和電壓質(zhì)量指標(biāo)來衡量。頻率質(zhì)量指標(biāo)為頻率允許偏差的標(biāo)準(zhǔn);電壓質(zhì)量指標(biāo)包括電壓幅值質(zhì)量和波形質(zhì)量。幅值質(zhì)量包括電壓允許偏差、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、瞬時過電壓與暫態(tài)過電壓等。波形質(zhì)量包括諧波含量和電壓正弦波波形的畸變率。

電壓質(zhì)量主要是受到大容量非線性負(fù)荷及沖擊性負(fù)荷的影響。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備都是電能質(zhì)量的污染源，包括各種電力電子設(shè)備的用電負(fù)荷、煉鋼電弧爐負(fù)荷、電力機(jī)車負(fù)荷等，使電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動與閃變、產(chǎn)生高次諧波電壓、造成系統(tǒng)電壓不平衡等，從而引起電壓正弦波形畸變。沖擊性負(fù)荷的影響，主要使電網(wǎng)中大功率用電設(shè)備的啟動和切換。

電能質(zhì)量的污染，影響到電力系統(tǒng)、電力用戶、通信系統(tǒng)及其他相關(guān)行業(yè)。因此，電源電壓質(zhì)量指標(biāo)惡化并造成危害不僅影響了電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的正常運(yùn)行，而且對正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。認(rèn)識電能質(zhì)量污染的影響并采取相應(yīng)的防范措施和對策，確保電能的高品質(zhì)，是幼稚供電服務(wù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

引起電壓驟降的原因是什么?

電力系統(tǒng)電壓驟降是指供電電壓幅值(有效值)短暫降低，隨后恢復(fù)正常的特征。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50160以及美國國際電氣電子工程師協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std1159-1992，電壓驟降的定義為：供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%～10%(0.9p.u.~0.1p.u.)，然后又恢復(fù)至正常電壓，這一過程的持續(xù)時間為10ms~60s。供電可靠性反映的是供電中斷程度，一般只考慮持續(xù)時間5min以上的電壓中斷問題，有些國家對1min以下的中斷不予統(tǒng)計。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高科技設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。這些設(shè)備對電壓變化很敏感，短時的供電中斷或電壓有效值下降，往往會造成設(shè)備不能正常運(yùn)行、發(fā)生停機(jī)等事故。電壓驟降就是針對這一問題提出的。

引起電壓驟降的主要原因是電網(wǎng)或用電設(shè)備發(fā)生雷擊、外力短路故障，一些用電設(shè)備(如電動機(jī))啟動或突然加荷也會造成電網(wǎng)電壓瞬時下降。與長時間供電中斷事故相比，電壓驟降又發(fā)生頻度高、事故原因不易覺察的特點(diǎn)，處理起來也比較困難。

電壓驟降對一些設(shè)備有哪些影響?

(1) 對冷卻控制器。當(dāng)電壓低于80%時，控制器動作將制冷電機(jī)切除，導(dǎo)致生產(chǎn)損失。

(2)對芯片測試儀。當(dāng)電壓低于85%時，測試儀停止工作，芯片、主板被毀壞。

(3)對可編程控制器。當(dāng)電壓低于81%時，可編程控制器(PLC)停止工作;而一些I/O設(shè)備，當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時間僅幾個周波，就有可能被切除。

(4)對機(jī)器人控制的精密加工器具。當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時間達(dá)到40～60ms，就可能跳閘。

(5)對直流電機(jī)。當(dāng)電壓低于80%時，即可能發(fā)生跳閘事故。

(6)對變頻調(diào)速器。當(dāng)電壓低于70%、持續(xù)時間超過120ms時，可能被退出運(yùn)行。而對于一些精密加工機(jī)械的電機(jī)，當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時間超過60ms，也可能發(fā)生因跳閘而退出運(yùn)行。

(7)對交流接觸器。當(dāng)電壓低于50%、持續(xù)時間超過20ms，即可能發(fā)生脫扣斷電。

(8)對計算機(jī)。當(dāng)電壓低于60%、持續(xù)時間超過240ms，計算機(jī)的數(shù)據(jù)將可能丟失等。

三次諧波產(chǎn)生的特點(diǎn)及影響有哪些?

電網(wǎng)中的諧波主要指頻率為工頻(基波頻率)整數(shù)倍成分的諧波及工頻非整數(shù)倍成分的間諧波。它們都是造成電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的重要原因。電網(wǎng)中的三次諧波是諧波影響的主要成分之一，除電氣化鐵路和電弧爐負(fù)荷是主要諧波源以外，根據(jù)大量現(xiàn)場測試的分析結(jié)果證實(shí)，電力變壓器也是電力系統(tǒng)中三次諧波的一個重要諧波源。電力變壓器的激磁電流、鐵心飽和及三相電路荷磁路的不對稱，致使在變壓器三角Z繞組的線電壓和線電流中也仍然存在三次諧波分量，尤其在負(fù)荷低谷時，隨著電網(wǎng)電壓的升高，變壓器鐵心飽和程度加劇，產(chǎn)生的三次諧波含量也隨之增大。隨著電網(wǎng)大量電容裝置的投運(yùn)，通過對現(xiàn)場諧波實(shí)測發(fā)現(xiàn)，三次諧波并不是只有零序分量可被變壓器三角繞組所環(huán)路，而是波及全網(wǎng)，并給電容裝置及電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來影響和威脅。例如，電容裝置盲目采用串聯(lián)電抗率為5%～6%的電抗接入電網(wǎng)后，引起三次諧波的放大和導(dǎo)致發(fā)生諧振的情況，已為大量的現(xiàn)場事故案例所證實(shí)。

三次諧波的產(chǎn)生，還包括大功率晶閘管整流裝置及大量開發(fā)應(yīng)用的電力電子器件，煉鋼電弧爐及軋機(jī)容量的增大，電氣化鐵路交通的發(fā)展應(yīng)用，包括UPS電源、電子調(diào)速裝備、節(jié)能型燈具及家用電器中的計算機(jī)、微波爐等電力電子設(shè)備和電器設(shè)備應(yīng)用的大量增加，使各類非線性負(fù)荷注入電網(wǎng)的諧波日益增多，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染的影響也越來越大。在這些設(shè)備集中使用的地區(qū)，如工廠車間、公寓大廈、居民小區(qū)、寫字樓、酒店商廈等，諧波污染已相當(dāng)嚴(yán)重。諧波污染的影響使電能質(zhì)量明顯下降，因此，對電能質(zhì)量諧波污染的抑制和治理已刻不容緩。

諧波源主要包括哪些設(shè)備?

1.電力電子設(shè)備

電力電子設(shè)備主要包括整流器、變頻器、開關(guān)電源、靜態(tài)換流器、晶閘管系統(tǒng)及其他SCR控制系統(tǒng)登。由于工業(yè)與民用電力設(shè)備常用到這類電力電子設(shè)備和電路，如整流和變頻電路，其負(fù)載性質(zhì)一般分為感性和容性兩種，感性負(fù)載的單相整流電路為含奇次諧波的電流型諧波源。而容性負(fù)載的單相整流電路，由于電容電壓會通過整流管向電源反饋，屬于電壓型諧波源，其諧波含量與電容值的大小有關(guān)，電容值越大，諧波含量越大。變頻電路諧波源由于采用的是相位控制，其諧波成分不僅含有整數(shù)倍數(shù)的諧波，還含有非整數(shù)倍數(shù)的間諧波。

2.可飽和設(shè)備

可飽和設(shè)備主要包括變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等?？娠柡驮O(shè)備是非線性設(shè)備，其鐵心材料具有非線性磁化曲線和磁滯回線，在正弦波電壓的作用下，勵磁電流為對稱函數(shù)，并滿足。應(yīng)用傅立葉級數(shù)分解時僅含有奇次項(xiàng)，對于三相對稱的變壓器，3次諧波的奇數(shù)倍(3次，6次，9次……)諧波均為零序，可認(rèn)為變壓器是只產(chǎn)生奇次諧波的電流源型諧波源。變壓器的諧波次數(shù)還受到一、二次側(cè)接線方式的影響，諧波的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程序越高，諧波電流就越大。與電力電子設(shè)備和電弧設(shè)備相比，可飽和設(shè)備上的諧波在未飽和的情況下，其諧波的幅值往往可以忽略。

3.電弧爐設(shè)備及氣體電光源設(shè)備

(1)電弧爐在熔煉金屬過程中的非線性影響將產(chǎn)生大量的諧波。

(2)氣體電光源包括熒光燈、鹵化燈、霓虹燈燈。根據(jù)這類氣體放電光源的伏安特性，其非線性特性十分嚴(yán)重，同時含有負(fù)的伏安特性。而氣體燈具工作時要與電感性鎮(zhèn)流器相串聯(lián)，并使其綜合伏安特性不再為負(fù)才能正常工作。由于鎮(zhèn)流器的非線性相當(dāng)嚴(yán)重，其中三次諧波含量再20%以上，其特性為對稱函數(shù)，只含有奇次諧波，所以氣體電光源設(shè)備屬于電流源型諧波源。

諧波污染對電網(wǎng)有哪些具體影響?

諧波污染對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在：

(1)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、接地保護(hù)功能失常、遙控功能失常、線路和設(shè)備過熱燈，特別是三次諧波會產(chǎn)生非常打的中性線電流，使得配電變壓器的零線電流甚至超過相線電流值，造成設(shè)備的不安全運(yùn)行。諧波對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性的影響還表現(xiàn)在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴(kuò)大、電網(wǎng)解裂燈。

(2)引起變電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電壓互感器燈設(shè)備損壞;造成變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，引起電力變壓器、電力電纜、電動機(jī)等設(shè)備發(fā)熱，電容器損壞，并加速絕緣材料的老化;造成斷路器電弧熄滅時間的延長，影響斷路器的開斷容器;造成電子元器件的繼電保護(hù)或自動裝置誤動作;影響電子儀表和通信系統(tǒng)的正常工作，降低通信質(zhì)量;增大附加磁場的干擾等。

諧波對電力電容器有哪些影響?

當(dāng)配電系統(tǒng)非線性用電負(fù)荷比重較大，并聯(lián)電容器組投入時，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流打，使電容器過負(fù)荷而嚴(yán)重影響其使用壽命，另一方面當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴(yán)重放大使電容器過熱而導(dǎo)致?lián)p壞。因此，電壓諧波和電流諧波超標(biāo)，都會使電容器的工作電流增大和出現(xiàn)異常，例如，對于常用自愈式并聯(lián)電容器，其允許過電流倍數(shù)是1.3倍額定電流，當(dāng)電容器的電流超過這一限制時，將會造成電容器的損壞增加、發(fā)熱異常、絕緣加速老化而導(dǎo)致使用壽命降低，甚至造成損壞事故。同時，諧波使工頻正弦波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質(zhì)中引發(fā)局部放電，長時間的局部放電也會加速絕緣介質(zhì)的老化、自愈性能下降，而容易導(dǎo)致電容器損壞。

按照電力系統(tǒng)諧波管理規(guī)定，電網(wǎng)中任何一點(diǎn)電壓正弦波的畸變率(歌詞諧波電壓有效值的均方根與基波電壓有效值的百分比)，均不得超過表2-5規(guī)定。

表2-5 電網(wǎng)電壓正弦波形畸變極限值

諧波對電力變壓器有哪些影響?

(1)諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱，振動，噪聲增大，繞組附加發(fā)熱等。

(2)諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏高或三相不對稱時，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增大，影響絕緣的局部放電和介質(zhì)增大。對三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組內(nèi)形成換流，使繞組溫度升高。

(3)變壓器勵磁電流中含諧波電流，引起合閘涌流中諧波電流過大，這種諧波電流在發(fā)生諧振時的條件下對變壓器的安全運(yùn)行將造成威脅。

諧波對電力避雷器有哪些影響?

變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時間比較長，能夠延續(xù)數(shù)秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關(guān)避雷器的放電時間過長而受到損壞。這一問題對選擇保護(hù)高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數(shù)帶來較大的困難。

諧波對輸電線路有哪些影響?

(1)諧波污染增加了輸電線路的損耗。輸電線路中的諧波電流加上集膚效應(yīng)的影響，將產(chǎn)生附加損耗，使得輸電線路損耗增加。特別是在電力系統(tǒng)三相不對稱運(yùn)行時，對中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)線損的增加尤為顯著。

(2)諧波污染增大了中性線電流，引起中性點(diǎn)漂移。在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，零序電流和零序性的諧波電流(3次，6次、9次……)不僅會引起中性線電流大大增加，造成過負(fù)荷發(fā)熱，使損耗增加，而且產(chǎn)生壓降，引起零電位漂移，降低了供電的電能質(zhì)量。

諧波對電力電纜有哪些影響?

諧波污染將會使電纜的介質(zhì)損耗、輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大及干式電纜的局部放電增加，引發(fā)單相接地故障的可能性增加。

由于電力電纜的分布電容對諧波電流有放大作用，在系統(tǒng)負(fù)荷低谷時，系統(tǒng)電壓上升，諧波電壓也相應(yīng)升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質(zhì)不穩(wěn)定的危險性越大，更容易發(fā)生故障。

諧波對電力系統(tǒng)其他運(yùn)行設(shè)備有哪些影響?

(1)對同步發(fā)電機(jī)的影響。用戶的負(fù)序電流和諧波電流注入系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)動機(jī)，將產(chǎn)生附加損耗，引起發(fā)電機(jī)局部發(fā)熱，降低絕緣強(qiáng)度。同時，由于輸出的電壓波形中產(chǎn)生附加諧波分量，使負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生扭振，降低其工作壽命。

(2)對斷路器的影響。諧波會使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作，斷路器的遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變率超過一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現(xiàn)象，導(dǎo)致斷路器觸頭燒損。

(3)對消弧線圈的影響。當(dāng)電網(wǎng)諧波成分較大時，發(fā)生單相接地故障，消弧線圈對諧波電流將可能不起作用，在接地點(diǎn)得不到的補(bǔ)償，從而引發(fā)系統(tǒng)的故障擴(kuò)大。

(4)對載波通信的影響。高諧波含量對電力載波通信的干擾主要表現(xiàn)在語音通信過程中產(chǎn)生噪聲，數(shù)據(jù)傳輸失真，降低EMS、DAS實(shí)時數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，造成集中抄表系統(tǒng)中數(shù)據(jù)出錯等故障。

諧波對繼電保護(hù)及自動裝置有哪些影響?

1.對繼電保護(hù)及自動裝置運(yùn)行環(huán)境的影響

(1)在諧波嚴(yán)重超標(biāo)的電弧爐負(fù)荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網(wǎng)中會受到影響。

(2)頻繁出現(xiàn)變壓器嚴(yán)重涌流且涌流衰減緩慢的變電站受到涌流產(chǎn)生諧波的干擾。

(3)在系統(tǒng)因短路容量太小而可能出現(xiàn)較大諧波電壓影響的場所會受到影響。

(4)在易發(fā)生諧波諧振的配電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電站網(wǎng)架近會受到影響。

(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)附近會受到影響。

2.繼電保護(hù)及自動裝置利用的啟動量小

利用負(fù)序電流或電壓、零序電流或電壓、差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負(fù)序量啟動的對諧波的敏感性最大。

3.繼電器或啟動元件本身對諧波敏感

(1)晶體管或集成電路保護(hù)裝置的動作量非常小和動作時間非常少，因此它的啟動判據(jù)容易受到諧波影響而出現(xiàn)較大的誤差。

(2)利用信號過零取樣的控制系統(tǒng)及利用數(shù)據(jù)過零點(diǎn)的數(shù)字式繼電器或微機(jī)保護(hù)，都會受到諧波的影響和干擾。

諧波對繼電保護(hù)整定有哪些影響?

繼電保護(hù)正常運(yùn)行中，當(dāng)電源諧波分量較高時，可能會引起過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)的誤動作。當(dāng)三相嚴(yán)重不對稱時，在正序性諧波或負(fù)序性諧波含量較高的情況下，可能對以負(fù)序?yàn)V過器為啟動元件的保護(hù)裝置產(chǎn)生干擾，而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車后，曾發(fā)生過由于牽引變電所注入系統(tǒng)大量的諧波和負(fù)序電流，引起供電系統(tǒng)電能質(zhì)量指標(biāo)嚴(yán)重惡化，多次造成發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)誤動，主變壓器的過電流保護(hù)裝置誤動，線路的距離保護(hù)振蕩閉鎖裝置誤動，高頻保護(hù)收發(fā)訊機(jī)誤動，母線差動保護(hù)誤動和故障錄波器誤動的事故。

近年來，微機(jī)保護(hù)裝置的大規(guī)模使用，使信號中的諧波干擾既可能引起測量誤差，又可能對裝置關(guān)鍵處理模塊的正常工作產(chǎn)生干擾，從而引起保護(hù)裝置的誤動或拒動。如上海寶鋼就發(fā)生過因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響，造成諧波電流對數(shù)字型差動保護(hù)產(chǎn)生干擾，使差動保護(hù)動作跳閘的事故。

諧波電流對數(shù)字型差動保護(hù)有哪些影響?

數(shù)字型差動保護(hù)裝置整定簡單、動作時間快、功能強(qiáng)，因此目前得到了普遍的推廣、應(yīng)用，但在電能質(zhì)量較差的條件下，會發(fā)生由于電流波形畸變而出現(xiàn)誤動作的可能。如某地在同步電動機(jī)降壓啟動時連續(xù)發(fā)生過3次變壓器差動保護(hù)誤動作跳閘的事故。經(jīng)檢查，繼電器和二次回路均未出現(xiàn)任何異常。采用電能質(zhì)量分析儀對電源電流進(jìn)行錄波檢測，所得數(shù)據(jù)見表2-6。

表2-6 電源電流諧波分量含有率

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可得以下幾個方面得結(jié)論：

(1)同步電動機(jī)降壓啟動時，電源波形發(fā)生了很大的畸變。

(2)由于變壓器一次繞組時三角形接線，因此對二次繞組負(fù)荷電流中的3、6、9次諧波有濾波作用。

(3)變壓器對直流電流和高次諧波本身起到濾波作用。

(4)變壓器一、二次繞組波形畸變率明顯不同，二次側(cè)的諧波含量小于抑制值的15%，因此由于諧波電流過大的原因?qū)е铝瞬顒颖Ｗo(hù)誤動作。

采取的對策和措施包括以下幾個方面：

(1)數(shù)字型差動保護(hù)繼電器出口動作時間快，一般為20～40ms，同步電動機(jī)降壓啟動過程中前100ms波形畸變較為嚴(yán)重，因此可通過將整定值調(diào)整到150ms的范圍。

(2)目前，數(shù)字型差動保護(hù)繼電器對Dy接線組別變壓器的電流互感器接線組別沒有明確的規(guī)定，整定時只要將電流互感器接線組別輸入保護(hù)裝置的參數(shù)就可以了。這是因?yàn)榇蠖嘧儔浩魅萘肯鄬ω?fù)荷容量的裕度較大，且大多負(fù)荷電流波形較好，畸變不大，因此影響較小。若變壓器負(fù)荷較大，且負(fù)荷電流中含有高次諧波分量，對數(shù)字型差動保護(hù)的影響就比較大了。這時應(yīng)對變壓器Y側(cè)的電流互感器接線組別采用Yd接線進(jìn)行補(bǔ)償，可抑制高次諧波的影響。

諧波對電能計量有哪些的影響?

通過對感應(yīng)型電能表和電子型電能表計量準(zhǔn)確度的頻率響應(yīng)進(jìn)行測試和分析，諧波對電能計量的準(zhǔn)確度存在著一定的影響。1.對感應(yīng)型電能表計量準(zhǔn)確度的影響

感應(yīng)型電能表對2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性，達(dá)到9次時已衰減掉80%以上。因此，諧波的影響具有下降頻率特性，即對于同樣大小的功率，電能表反應(yīng)諧波功率的轉(zhuǎn)速隨諧波次數(shù)的增大而減小。主要原因時感應(yīng)式電能表的圓盤渦流路徑的等效圓盤阻抗角隨頻率的增高而增大，如當(dāng)基波功率P1和諧波功率Pn通過感應(yīng)型電能表時，電能表的轉(zhuǎn)速為：

wn=K1P1+KnPn

式中 wn——電能表轉(zhuǎn)速;

P1——基波功率;

Pn——諧波功率;

K1——基波系數(shù);

Kn——諧波系數(shù)。

當(dāng)諧波電壓和電流達(dá)到基波量的20%時，K1基本不變，Kn的實(shí)測結(jié)果見表2-7。

表2-7 諧波系數(shù)Kn在不同諧波次數(shù)下的實(shí)測值

表2-7中，Kn為電能表反映諧波功率的轉(zhuǎn)速與反映基波功率的轉(zhuǎn)速之比。諧波次數(shù)越高，Kn越小，而且Kn總小于1，這是因?yàn)橹C波功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比等量基波功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小。

2.對電子型電能表呈寬帶響應(yīng)的特性，電子表帶寬主要受其互感器頻帶和乘法器時鐘頻率的限制。電子式電能表的誤差主要源自其輸入模塊。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，由于電能表輸入模塊的信號變送僅考慮基波，當(dāng)電壓、電流波形發(fā)生畸變時，磁通不能相應(yīng)地發(fā)生線性變化而產(chǎn)生誤差，影響了電能表地整體計量精度。

如下式所示地系統(tǒng)供電電壓，其3次諧波電壓含有率為3%(基波有效值已作歸一化處理)。

某用戶接在此供電系統(tǒng)上，其負(fù)載電流如下式所示：

負(fù)載諧波功率隨著諧波電壓、電流相位差θ變化的關(guān)系及對負(fù)載電能計量的影響見表2-8(基波有功為0.866;基波無功為0.5)。

表2-8 負(fù)載諧波功率隨諧波電壓電流相位差θ變化的關(guān)系及對負(fù)載電能計量的影響

從電能計量的角度來看，正弦波電源供非線性負(fù)荷，負(fù)荷污染電網(wǎng)、向系統(tǒng)注入諧波功率，少交電費(fèi)，電力系統(tǒng)不公平;諧波電源供線性負(fù)荷，用戶設(shè)備性能變壞，吸收諧波功率，多交電費(fèi)、對電力用戶不公平。而對于諧波電源供非線性負(fù)荷，則應(yīng)根據(jù)諧波電壓電流的相位差具體分析，以判斷用戶是吸收諧波功率還是污染電網(wǎng)而向系統(tǒng)注入諧波功率。

負(fù)荷側(cè)的諧波污染對電網(wǎng)有哪些影響?

近年來，用戶端大量非線性負(fù)荷的應(yīng)用正成為電能質(zhì)量污染甚至惡化的重要因素。從低壓小容量家用電器的集群應(yīng)用，到高壓大容量的工業(yè)交直流變換裝置中存在的各種靜止變流器等，都是電質(zhì)量的污染源。各種靜止變流器是以開關(guān)方式工作的，會引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變。大型電弧設(shè)備，如電弧熔爐，弧焊設(shè)備等，也成為重要的沖擊源和諧波源。一個值得注意的問題是，為了減少重要設(shè)備對電能質(zhì)量問題的敏感度，設(shè)備制造商努力進(jìn)行設(shè)備的升級和改進(jìn)，用戶則采用各種保護(hù)性裝置，而這些改進(jìn)措施和保護(hù)裝置常常顧此失彼，對公用供電的電能質(zhì)量造成更大的危害。一些信息設(shè)備和公用設(shè)備的諧波含量見表2-9。

表2-9 一些信息設(shè)備和公用設(shè)備的電流諧波含量(%)

諧波對電力用戶有哪些影響?

用電設(shè)備對系統(tǒng)電源的污染會影響用電設(shè)備自身的可靠性。使用電能質(zhì)量污染的電源，用電設(shè)備又可能成為新的污染源，而危害電力系統(tǒng)和其他用戶設(shè)備?？赡墚a(chǎn)生的影響包括：對用戶電動機(jī)產(chǎn)生影響;對用戶補(bǔ)償電容器產(chǎn)生影響;對用戶自動控制裝置產(chǎn)生影響;對居民生活用電產(chǎn)生影響;對用電安全造成威脅。另外，還包括對電信通信造成影響，對廣播、電視及精密制造工業(yè)造成干擾和影響，這類干擾和影響有些表現(xiàn)在差模干擾和共模干擾，差模干擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互干擾，共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的干擾，是造成微機(jī)控制單元工作不正常的主要原因。

諧波對用戶電動機(jī)運(yùn)行有哪些影響?

諧波電流通過交流電動機(jī)，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機(jī)過熱，機(jī)械振動和噪聲增大。當(dāng)三相電壓不對稱時，定子繞組上產(chǎn)生負(fù)序電流，并勵磁產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，該制動磁場降低了電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力，增加銅損，并且負(fù)序過電流可以將電機(jī)定子繞組燒毀。負(fù)序性的諧波分量(5此、11此等)對電機(jī)的影響與負(fù)序電壓的效果一樣。當(dāng)產(chǎn)生電壓波動的主要低頻分量與電機(jī)機(jī)械振動的固有頻率一致時，誘發(fā)諧振，會使電動機(jī)造成損壞。

諧波對用戶補(bǔ)償電容器有哪些影響?

電網(wǎng)無功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設(shè)計大多只考慮無功補(bǔ)償量，不考慮裝設(shè)點(diǎn)電能質(zhì)量的實(shí)際污染情況，因此，運(yùn)行點(diǎn)電能質(zhì)量指標(biāo)低時，常造成一些事故，如補(bǔ)償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護(hù)熔絲熔斷，甚至發(fā)生串并聯(lián)諧振，引發(fā)電容器的諧波過電壓與過電流，導(dǎo)致電容器爆炸等。另外，用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數(shù)進(jìn)行考核，電容器很少按電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況投切，甚至只投不切，無形中使電網(wǎng)電壓失去了應(yīng)有的調(diào)節(jié)裕度，使電壓偏差等電能質(zhì)量指標(biāo)難以控制。

諧波對用戶自動控制裝置有哪些影響?

隨著數(shù)字控制技術(shù)的大規(guī)模使用，很多精密負(fù)載對受電電能質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類設(shè)備的危害主要有三個方面，即在設(shè)備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導(dǎo)致錯誤的輸出結(jié)果。另外還會對設(shè)備的硬件，如精密電機(jī)、開關(guān)電源等造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。干擾負(fù)載的保護(hù)回路，造成誤動作等。

諧波對居民生活用電有哪些影響?

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。

(1)最直觀的感覺就是引起照明燈光和電視畫面忽明忽暗的閃爍，造成視覺疲勞。

(2)引起冰箱、空調(diào)的壓縮機(jī)承受沖擊力，產(chǎn)生振動，降低使用壽命。

(3)影響有線電視、廣播的信號正常傳輸，可能通過電磁感應(yīng)和輻射造成干擾影響。

(4)引起電能計量誤差，造成不必要的電費(fèi)損失等。

諧波對用電安全有哪些影響和干擾?

1.火災(zāi)影響

一些建筑物突發(fā)性火災(zāi)已被證明與電力諧波有關(guān)。目前，節(jié)能燈、調(diào)光器和電器設(shè)備中開關(guān)電源應(yīng)用得很普遍，本意是節(jié)能，但這些終端設(shè)備作為諧波源，對電網(wǎng)得危害很大。經(jīng)有關(guān)部門測定，應(yīng)用電器設(shè)備較多得酒店、商廈、網(wǎng)吧、計算機(jī)房、居民小區(qū)等，在沒有采取濾波等措施前，中性線電流都很大，有些甚至超過相電流，導(dǎo)致過熱成為形成火災(zāi)事故得重大隱患。

2.設(shè)備影響

電能質(zhì)量得污染對繼電保護(hù)、計算機(jī)系統(tǒng)和精密制造業(yè)的精密機(jī)械或儀器等，都可能影響正常的運(yùn)行、操作，降低設(shè)備使用壽命，甚至引起繼電保護(hù)誤動作而形成不必要的事故，造成不同程度的影響和損害。

3.通信影響

諧波是電網(wǎng)干擾通信的重要因素，主要通過靜電感應(yīng)(電容耦合，電壓作用)和電磁感應(yīng)(電流作用)，在通信線路上產(chǎn)生聲頻干擾。諧波頻率高時，會發(fā)生雜音，在通信線路上引起音頻干擾，嚴(yán)重時還可能觸發(fā)電話鈴響。采用屏蔽電纜通信，雖可消除靜電感應(yīng)的影響，但不能消除電磁感應(yīng)的干擾。同時，對于存在多個中性點(diǎn)接地的配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)三相負(fù)載不對稱時，零序電流將對利用大地作參考電位的通信系統(tǒng)，造成參考電位漂移而產(chǎn)生干擾。

電能質(zhì)量對計算機(jī)系統(tǒng)有哪些影響?

計算機(jī)系統(tǒng)的用電負(fù)荷一般只占整個建筑物用電負(fù)荷的一小部分。在大多情況下，民用建筑物內(nèi)動力和照明負(fù)荷都是共用同一變壓器低壓電源或同一段低壓配電線路，因此，計算機(jī)系統(tǒng)會受到電能質(zhì)量的影響和干擾。計算機(jī)系統(tǒng)受電源影響的因素包括：

(1)電壓波動的影響。大容量設(shè)備啟動或停止會引起母線電源電壓的波動，產(chǎn)生瞬態(tài)的低電壓或高電壓。

(2)非線性負(fù)荷的影響。非線性的大功率晶閘管整流裝置，調(diào)壓、調(diào)速裝置，各種氣體放電光源，電子鎮(zhèn)流器等都會產(chǎn)生諧波，使計算機(jī)系統(tǒng)的電源電壓波形產(chǎn)生畸變，影響計算機(jī)系統(tǒng)的正常工作。

(3)操作過電壓和暫態(tài)過電壓的影響。同一配電網(wǎng)絡(luò)中的感性負(fù)荷，補(bǔ)償電容的投入和切除，斷路器的分合等會產(chǎn)生操作過電壓;雷擊時產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，會引起瞬變脈沖。這些都可能損害計算機(jī)設(shè)備，影響計算機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計，內(nèi)部過電壓約占80%，雷擊過電壓約占15%左右。

(4)瞬時失電的影響。低壓電網(wǎng)瞬間失電，將直接影響計算機(jī)的正常運(yùn)行。對于大多數(shù)計算機(jī)來說，中斷供電超過10ms就有可能引起計算機(jī)內(nèi)部5VP-G信號消失，從而可能導(dǎo)致正在運(yùn)行的程序遭到破壞和數(shù)據(jù)丟失。

電源線干擾電路有哪兩種型式?

電源線是電磁干擾傳入和傳出設(shè)備的主要途徑。為了防止電磁干擾傳入設(shè)備而影響設(shè)備的正常工作，或傳到電網(wǎng)，對電網(wǎng)上的其他設(shè)備造成干擾。必須在設(shè)備的電源入口處裝設(shè)低通濾波器(這里也稱為電源線濾波器)，只容許設(shè)備的工作頻率(59Hz，60Hz，400Hz)通過，以抑制較高頻率的干擾和影響。電源線上的干擾電路一般以差模干擾和共模干擾兩種形式出現(xiàn)。

(1)差模干擾。這是在電源相線與零線回路中產(chǎn)生的干擾。通常頻率在200Hz以下時差模干擾成分占主要部分。

(2)共模干擾。這是在相線、零線與地線和大地的回路中產(chǎn)生的干擾。通常頻率在1MHz以上時共模干擾成分占主要部分。

電源濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制功能，但由于實(shí)際電路結(jié)構(gòu)的差異，對差模干擾和共模干擾的抑制效果并不一樣，所以電源濾波器的技術(shù)指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗的區(qū)別，這些都是應(yīng)該在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中充分注意和考慮的問題。

電力系統(tǒng)中三相電壓不對稱有哪些影響?

供電電壓三相不對稱的主要原因是三相負(fù)荷分布不均勻，如在配電系統(tǒng)中不能合理地調(diào)整單相用電負(fù)荷的分配，加上各種不平衡負(fù)荷設(shè)備(如單相電焊機(jī)、單相電爐等)的應(yīng)用等，產(chǎn)生了負(fù)序分量，導(dǎo)致了三相電壓不對稱。三相電壓不對稱的主要影響包括：

(1)三相電壓不對稱會影響變換器及其控制系統(tǒng)的正常工作并改變其設(shè)計性能，從而產(chǎn)生某些附加的非特性諧波分量。

(2)三相電壓不對稱會造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子受到反方向的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場的作用，該磁場切割轉(zhuǎn)子產(chǎn)生雙倍頻率附加電流，引起電機(jī)發(fā)熱甚至燒毀。同時，雙倍頻率附加交變電磁力矩作用在轉(zhuǎn)子和定子上還會產(chǎn)生雙倍頻率的附加振動，造成電機(jī)的機(jī)械損傷。

(3)三相電壓不對稱產(chǎn)生的負(fù)序電流和負(fù)序電壓會引起繼電保護(hù)裝置的誤動和拒動，如國內(nèi)大同某發(fā)電廠曾發(fā)生過發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過負(fù)荷保護(hù)受到電氣化鐵路所產(chǎn)生的負(fù)序電流和諧波電流的影響，發(fā)生保護(hù)誤動，造成大面積停電的事故。陜西省安康地區(qū)110kV電網(wǎng)由于受到電氣化鐵路供電后產(chǎn)生負(fù)序電流的影響，使電網(wǎng)中多種保護(hù)和自動裝置出現(xiàn)頻繁誤動的情況，等等。

電壓暫降、中斷對供電恢復(fù)時間有哪些影響?

1.電壓暫降對供電恢復(fù)時間的影響

當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時，不論兩相還是三相短路，用戶端的一相或多相電壓都可能會短時降低到允許范圍以下，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)因故障導(dǎo)致電壓降低到額定值的70%及以下的情況比發(fā)生完全短路故障的情況還要多，電源電壓的下降，一般會持續(xù)100ms到數(shù)秒甚至更長時間，直至故障切除、線路重合或電力線路檢修后恢復(fù)正常。在這期間，如果涌機(jī)械調(diào)壓的方法完全不起作用，只有涌被稱為電壓恢復(fù)器的電力電子裝置，才能使電壓下降限制在一個允許的限度。允許的最長供電中斷時間一般取決于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及保護(hù)配合方案。對供電可靠性的要求越高，電源中斷時間要求越短，所需要的投資也就越大。

2.電壓中斷對供電恢復(fù)時間的影響

對于供電中斷的電源恢復(fù)，如果涌普通開關(guān)，在故障被切除后，配電系統(tǒng)備用電源的投入需要0.2~0.5s的時間。若用靜態(tài)的電子開關(guān)，切換時間只需要5～10ms。這樣快的切換時間，使用電設(shè)備的電磁開關(guān)來不及動作，從而不致影響用電負(fù)荷的連續(xù)允許。國外有些發(fā)達(dá)地區(qū)及我國一些外資電子企業(yè)對重合閘的時間要求不大于10ms，蘇州工業(yè)園有些企業(yè)也提出不能大于40ms的供電要求。