浅析影响电能质量的因素及对策

摘 要：在现代供配电系统中，用户关心的不再是连续供电问题，更多的是关心电能质量问题。在工业领域最常见的电能质量问题是电压暂降和电压谐波问题。造成电压暂降的原因有很多，有自然因素，也有人为因素。电压谐波也会恶化电能质量指标，降低电网可靠性，增加电网损失，缩短电气设备的寿命等。电能质量问题我们应该因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，运用电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿。

关键词：电能质量；电压暂降；电压谐波；对策

1 电能质量问题

在现代供配电系统中，用户关心的不再是连续供电问题，更多的是关心电能质量问题。常见的问题主要是电压问题、电流问题、功率问题、能耗和效率问题。这些问题给用户造成的困扰有系统配置繁杂，用电可靠性差，能耗信息不明，后期维护复杂，还容易造成电源故障，设备损坏，计算机复位、数据丢失，设备效能降低、寿命缩短、过热、烧毁，功能故障和寿命缩短，电子通讯设备和控制系统收到干扰，系统电能损耗变大，产品废品率上升，付出更多电费等等。

什么是电能质量问题呢？电能质量（Power Quality），从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。这些指标可能听起来有些复杂，对应到生活中，则意味着电灯是不是稳定照明，精密仪器能不能正常使用，电气设备能不能稳定运行等。现在工业领域最常见的电能质量问题是电压暂降和电压谐波问题。

2 电压暂降的原因及对策

电压暂降（Voltage Sag）国内也称电压跌落、电压骤降、电压凹陷和晃电等，是指电压有效值突然下降，然后又迅速恢复正常的现象。典型持续时间为0.5～30周波，通常不会超过1秒钟。电压暂降，在工程中通常用三个变量暂降幅值、持续时间、暂降频次来标称电压暂降严重度。一般的，电压暂降幅度深，持续时间较短；而幅度浅，持续时间较长。

造成电压暂降的原因有很多，有自然因素，也有人为因素，有供电部门系统保护的因素，也有企业内部的设备原因和误操作等的因素。一是自然因素：闪电击打在输电线或绝缘子上；暴雨、下雪、大风导致输电线舞动；杂物搭在输电线上引起短路，从而造成保护设置动作。二是偶然事件：车祸造成输电线杆倒塌，建筑施工如起重机、挖掘机造成埋地线路破坏、人员误操作短路可能会引起系统远端供电电压较为严重的跌落；还有动物触电。三是电力设备及装置的自动保护及正常运行，如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等。大电机启动需要从电源汲取的电流最大可达到满负载的500%～600%，这么大的电流经过阻抗时，引起电压突然下降。四是电力用户的非线性负荷、冲击性负荷等大量投运，如炼钢电弧炉、电气化机车运行、电容组或变压器投切、开关操作、配电装置故障等，会使公用电网产生大量的谐波干扰，产生电压扰动、电压波动与闪变都会引起电压暂降。

电压暂降不是新问题，但它的危害随着工厂自动化程度的提高和各种新型敏感负荷的大量应用，电压暂降带来的危害和影响越来越突出。电压暂降会引起敏感控制器不必要的动作（引起跳闸），造成包括计算机系统失灵、自动化装置停顿或误动、变频调速器停顿等；引起接触器脱扣或低压保护启动，造成电动机、电梯等停顿；引起高温光源（碘钨灯）熄灭，造成公共场所失去照明。例如半导体行业，对生产工艺、环境（如温度、空气清洁度等）等要求很高，而且半导体工厂是一个相互关联的系统，任何一个环节出现问题，整条工艺生产线都要停下来。如冷却机因电压暂降停下来，温度达不到生产要求，其他工艺也会因连锁故障停下来。正在加工的产品（如晶圆等）损坏，原料报废，而重新启动满足生产的要求要较长的时间（至少半个小时）。当然对于汽车、制药、化纤、钢铁等大量使用PLC、变频器、总线、接触器、继电器、控制器等电子电力设备的行业，由于这些元器件对电压暂降的敏感不尽相同，但是一旦这些元器件因电压暂降停止工作，整套设备或流水线都会受到影响。单次的电压暂降造成经济损失从数万到数千万不等。据统计，一次电压暂降，可造成汽车装配企业损失25辆汽车、半导体行业损失10万～15万美元。某显像管厂，月产值8500万元，采用了大量的PLC控制器，每次电压波动，不仅导致当时生产线的大量产品出现质量问题而报废，而且还可能引起控制程序紊乱、模具损坏，重新启动整条生产线至少需要半个小时，估计每次停电造成的损失接近百万元。然而电压暂降发生的频次高，事故原因不宜察觉，影响范围广，所以克服电压暂降刻不容缓。

3 压谐波问题及对策

另外，电压谐波会降低电能质量指标，降低电网可靠性，增加电网损失，缩短电气设备的寿命等。

谐波从何而来，所有的非线性负载工作时都会产生谐波。专家解释，非线性负荷从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，通称为谐波源。工业负载（主要三相三线系统）：ACandDCdrives，UPS系统…。商业负载（主要三相四线系统）：所有的办公大楼都使用电脑设备，节能灯具，复印设备，传真机…。家庭负载：电视机、洗衣机等已相当普及的家电。这些都有可能就是谐波源之一。非线性负载在电力系统中无处不在而且呈快速增长势头。

谐波引起电压波动和闪变产生脉冲磁场，使用电设备受到高能量冲击，最直观的感觉就是引起如上述照明灯光闪烁等问题。日益增长的电网谐波带来了电流波形畸变，如改变了电流波形的峰值、增加了电流均方根值。

所有的电力负载和电网设备都是设计在正常的正弦电流和电压波形下工作的，畸变的电流电压波形将导致：电网中谐波电压增加，供电质量下降；增加有功电流，用户用电量增加；备寿命缩短；变压器过载和电缆过载；设备功能故障；变压器损耗增加，噪音增大，发热增加，寿命降低；断路器误动作，过载保护提前启动；发热增加，熔丝提前熔断；谐波造成电容器因谐振损坏，导致功率因数低；直接影响马达的转矩的大小和规律性，降低马达性能，增加废品率；严重干扰发电机的运行，导致发电出力不足。

如何解决谐波问题呢？现在比较通用的方法就是改变电网的供电结构：把对谐波敏感的设备和产生谐波的设备进行隔离供电；尽量使用高脉冲整流的变频设备；采用特殊绕组的变压器以减小其阻抗；尽量通过大的电网系统供电。其次，采用静态滤波器，但是滤波效率受电网参数的影响；容易因过载而损毁；难于扩展使用能量；容易造成谐振，带来严重后果；需要为每一种谐波单独配置一套静态滤波器；需要很多安装空间；总是伴随产生无功补偿。最佳解决谐波的方案是采用动态有源滤波器，其滤波原理：动态有源滤波器产生和系统谐波大小相等，相位相反的谐波注入到电网中，从而有效消除谐波。

随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。针对电能质量问题我们应该因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，运用电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿，这将是今后解决电能质量问题的最根本途径。

参考文献

[1]肖湘宁，韩明晓，徐永海，等.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]程浩忠.电能质量[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]肖美玲，陈根根.电能质量问题来源及其影响综述[J].企业技术开发：中旬刊，2013年第6期：113-114.

作者简介：余萍（1970-），女，汉，江苏常州人，常州刘国钧高等职业技术学校，高级教师（江苏常州213025）。