关于电能质量治理你不懂的那些事

随着现代工业以及电力电子技术的不断发展，用电设备越来越复杂多样，由此引发了诸多用电质量的问题。一方面，除了功率因数低的问题之外，各种变流器等电力电子装置的日益广泛应用又为电网引入大量谐波；另一方面，大量的精密仪器非常容易受电力谐波的影响，对电能质量的要求越来越高。在用户侧对电能质量进行积极有效的治理已经势在必行。

电能质量的问题

电网电压的波动、跌落、骤升、不平衡、谐波等除了影响电能质量敏感负荷正常工作外，还会有以下几项危害：

电能质量现象部分波形图

1、使电网中的元件产生附加损耗，降低发电、输电以及用电设备的效率和使用寿命;

2、导致继电保护和自动装置的误动作，并可能使电器测量仪表剂量不准;

3、产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部过热;

4、谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，甚至损坏;

5、谐波还会导致公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，大大增加了谐波的危害性，有时会引起严重的事故;高次谐波还会对临近的通 信系统产生干扰，轻者产生噪声、降低通信质量;

6、在电压严重不平衡时，会使对于电压过零点有严格要求的某些直流电机发生 故障。

影响电能质量的因素

1.电压偏差的产生

(1)系统电源阻抗和峰、谷负荷的存在是产生电压偏差的主要原因。同时系统无功电源没有达到分层控制和动态就地平衡的原则就地平衡,导致系统无功容量严重不足, 或电容器、调相机不能按照功率因数自动投切也增加了附加电压偏差。

(2)电网中有载调压设备不足或有载调压设备配置不合理, 导致为用户供电的某一系列电压变换系列中没有电压调整手段,在系统电能质量低劣时电压质量低 劣。

(3)配电网结构不合理, 供电负荷与电网的阻抗参数不匹配: 如电源结构不合理, 没有靠近负荷中心,导线截面偏小 , 线路中负荷电流密度过大, 供电半径偏大超出了允许范围等。

(4)用户功率因数太低或用户变电设备负荷率太低。

2.电网谐波污染的产生

产生谐波的主要原因是各类非线形负荷的大量增加使电压波形发生畸变,产生谐波电压和谐波电流谐波污染是电网受到污染的重要原因,产生谐波的主要用电设备是大功率的可控硅整流装置如电气化铁路、电力牵引机车电化学的电解装置和直流输电的换流装置等;主要有产生冲击负荷的装置如炼钢用电弧 炉和钢铁轧机;节能型电器如节能灯和变频器;各种医疗装置和不间断电源和电子整流装置;自饱和电抗器和可控饱和电抗器; 电力变压器的励磁回路等。

3.电压波动和电压闪变的产生

导致电压波动和闪变的原因很多, 主要有 :

(1)大的冲击负荷如系统短路、电气化铁路中重载列车通过、交流电焊机、炼钢 炉和轧钢机等设备的频繁使用;

(2)系统短路故障如三相短路故障、两相短路故障或单相接地故障引起的电网电压波动与闪变 ;

(3)大容量电气设备如电力电容器、电抗器、电力变压器和电动机的投切等;

(4)备用电源、自动重合闸等装置的自动投切;

(5)雷击导致避雷器放电引起的电网电压波动与闪变。

电能质量的主要治理方案

电网用户需要处理的电能质量问题，主要是功率因数问题、谐波问题、三相负载不平恒问题以及电压瞬变问题。

                                                                                                    

针对这些问题的常见的治理手段主要有：电容补偿、调谐补偿、单相分别补偿、动态投切补偿、无源滤波、有源滤波等等。每种手段主要针对某个方面的问题治理，但同时会影响到其他方面，或者会产生不利影响，或者会有顺带的帮助作用。

常见的如:在如今的电能质量环境下，单纯的电容器补偿(无调谐电抗器)应用于低压电力系统当中时，往往会受到电力系统或者系统谐波的影响，而造成谐波的放大导致电容器寿命缩短，甚至其他严重事故。

更需注意，当低压系统中的谐波含量较高时，必须要考虑到无串联调谐电抗器的低压电容器组同变压器将会形成一个串联谐振回路。当系统中的谐波频率靠近这个串联谐振频率时，将会产出谐振。在配电网中，并不是只有当频率等于谐振频率时才产生谐波放大，而是只要频率接近谐波频率时就会造成谐波放大，现代配电系统广泛应用的非线性负载会产生宽频率范围的谐波。因此，不合理的无功补偿会普遍引起谐波放大问题，所以必须要考虑采用消谐滤波补偿方案。

另外，在使用有源滤波器进行谐波治理的时候，要注意补偿方式，如果采用的是纯电容补偿，有源滤波器在治理谐波的时候，本身发出的也是谐波电流(与系统中的谐波电流频率相等，方向相反)，此补偿谐波电流也会导致电容器寿命的缩短，甚至造成故障。所以在安装有有源滤波装置(APF)的场合，补偿部分必须串联电抗器有效保护电容器。

总而言之，电能质量综合治理的目的就是防止不同治理手段之间产生冲突，避免重复作用造成浪费，避免用高投资手段解决低投资手段可以解决的问题，以尽量少的投资，达到尽可能好的治理效果。

电能质量治理带来的好处

提高用户端的功率因数，降低无功电能消耗，减少电费支出，甚至取得电费奖励。

有效增加变压器，开关设备，电缆等的利用率，降低用电设备的投入。

消除用电系统的谐波污染，提供绿色安全的用电环境，延缓电缆绝缘老化，降低谐波导致的设备热损失，从增加设备使用寿命。

避免补偿电容跳闸事故，为无功补偿与系统设备安全运行提供了保障，避免发生串联或者并联谐振，造成元器件损坏。

消除因为谐波导致的一些保护设备误动作，以及测量仪表的计量不准确，也可消除因为谐波导致的通讯干扰，信号失真等现象。

缓解系统中的三相不平衡问题，有效降低变压器和线路的耗损。

减少中性线的电流，降低了配电变压器的运行温度，减少热损耗。

减缓电缆的绝缘老化，避免因为造成的事故。