電能質(zhì)量存在哪些問題?

摘要：電能質(zhì)量的好壞已經(jīng)關(guān)乎到我們的日常生活，那么在生活中電能質(zhì)量存在哪些問題？它又有什么危害？電能質(zhì)量三要素介紹是哪些？

電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位對稱且互差120°。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱，負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。圍繞電能質(zhì)量含義，從不同角度理解通常包括：

（1）電壓質(zhì)量：是以實際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業(yè)向用戶供應(yīng)的電能是否合格的概念。這個定義能包括大多數(shù)電能質(zhì)量問題，但不能包括頻率造成的電能質(zhì)量問題，也不包括用電設(shè)備對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和污染。

（2）電流質(zhì)量：反映了與電壓質(zhì)量有密切關(guān)系的電流的變化，是電力用戶除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運(yùn)行。這個定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善和降低線損，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的電能質(zhì)量問題。

（3）供電質(zhì)量：其技術(shù)含義是指電壓質(zhì)量和供電可靠性，非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量。包括供電企業(yè)對用戶投訴的反映速度以及電價組成的合理性、透明度等。

（4）用電質(zhì)量：包括電流質(zhì)量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權(quán)利、責(zé)任和義務(wù)，也包括電力用戶是否按期、如數(shù)交納電費(fèi)等。

電壓（voltage），也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特（V，簡稱伏），常用的單位還有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。

表示信號的形狀、形式，這個信號可以是波在物理介質(zhì)上的移動，也可以是其他物理量的抽象表達(dá)形式。

頻率，是單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，是描述周期運(yùn)動頻繁程度的量，常用符號f或ν表示。

（1） 電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量始終處在動態(tài)變化中。電能從發(fā)電 生產(chǎn)到用戶消耗是一個整體，電能量的流動始終處于動態(tài)平衡之 中，并且隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變和負(fù)荷的變化，在不同時刻、不同連接點，電能質(zhì)量現(xiàn)象和指標(biāo)往往是不同的，也就是說整個電力 系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀態(tài)始終處在動態(tài)變化中。

（2） 電力系統(tǒng)是一個整體，其電能質(zhì)量狀況相互影響。電 能不能大量儲存，其生產(chǎn)、輸送、分配和轉(zhuǎn)換、消耗幾乎是同 時進(jìn)行的。很顯然，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中電能是不可能更換的。電氣連接將供用電雙方構(gòu)筑成一個整體，不論哪個環(huán)節(jié)引 起電能質(zhì)量問題，都會對相關(guān)配電網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備以及電力用戶的。

電壓跌落：電壓或電流的有效值減少到額定值的0.1-0.9，持續(xù)時間為0．5個周期至1分鐘，系統(tǒng)頻率仍為標(biāo)稱值。

電壓中斷：在一定的時間范圍內(nèi)線路單相或多相失去電壓（低于額定值的0．1）。 按持續(xù)時間長短，分為瞬時斷電（0．5周期至3秒）、暫時斷電（3秒至60秒）和持續(xù)斷電（大于60秒）。

諧波和間諧波：頻率為電源基波頻率整數(shù)倍的正弦電壓或電流稱為諧波，含有基波非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流則為間諧波。諧波是電力系統(tǒng)和電力負(fù)荷設(shè)備的非線性特性造成的。問諧波主要是由感應(yīng)電機(jī)、靜止變頻器、周波變頻器和電弧設(shè)備產(chǎn)生的。間諧波會使照明裝置引發(fā)視覺閃變。

電壓波動（閃變）：電壓波動是電壓幅值在正常的變化范圍內(nèi)（額定值的 90％-110％）有規(guī)律或隨機(jī)的變化，電壓波動會產(chǎn)生6—14Hz左右的照明閃爍，此種現(xiàn)象稱為閃變。電壓波動和閃變主要由工業(yè)負(fù)荷造成的，如電焊接機(jī)、軋鋼廠以及電弧爐等。閃變是人們對照明波動的主觀感受，是衡量電壓波動時對用電設(shè)備的影響的一個重要而有效的指標(biāo)。

除此之外，還有其余的電能質(zhì)量問題，比如電壓不對稱，三相不平衡，過電壓、欠電壓等。

電力供電系統(tǒng)中元件的非線性問題有：發(fā)電機(jī)正常工作中產(chǎn)生的諧波;電網(wǎng)中各變壓設(shè)備產(chǎn)生的諧波;直流輸電產(chǎn)生的諧波;經(jīng)過高壓后的輸電線路對諧波的放大作用。另外，并聯(lián)電容器在變電站中的設(shè)置等因素也都會造成諧波的出現(xiàn)。這些因素中直流輸電因素是現(xiàn)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要因素。

非線性負(fù)載在工業(yè)和生活用電中展的比例很大，這是電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要根源。非線性的主要負(fù)載是電弧爐，電弧爐起弧的時延及電弧的嚴(yán)重非線性產(chǎn)生了諧波。

居民的日常生活和生產(chǎn)的負(fù)荷中，使用的熒光燈的伏安特性也是非線性的，也會有嚴(yán)重的諧波電流產(chǎn)生，其中含量最高的是3次諧波。此外，使用大功率的整流和變頻裝置也會有嚴(yán)重的諧波電流產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全。

電能質(zhì)量也會受到電力系統(tǒng)運(yùn)行時的內(nèi)外故障影響，例如，各種自然災(zāi)害、人為的非正常操作、各種線路短路、電網(wǎng)出現(xiàn)故障時發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變等都會對電能的質(zhì)量造成很大的影響。

電能質(zhì)量的下降不僅會影響供電系統(tǒng)的正常安全供電，同時也會給用電系統(tǒng)帶來各種各樣的危害，直接影響著人身安全和經(jīng)濟(jì)效率，因此電能質(zhì)量問題有著較嚴(yán)重的后果，具體表現(xiàn)在：

會造成用電設(shè)備工作不穩(wěn)定，由于電壓發(fā)生波動，使電壓幅值超出容許范圍。另外由于電弧爐煉鋼運(yùn)行時造成的電壓波動，將會使旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加損耗，會降低電機(jī)的工作效率和壽命。

典型的瞬態(tài)電壓偏差，通常是由于雷電、強(qiáng)風(fēng)等外界環(huán)境影響引起的，也有可能是內(nèi)部設(shè)備或控制裝置誤動作?；谟嬎銠C(jī)、微處理器控制的各種精密儀器和設(shè)備的大量使用，對供電質(zhì)量的敏感程度不斷增加。IBM公司的市場調(diào)查表明，48．5％的計算機(jī)數(shù)據(jù)丟失是由于電能質(zhì)量引起的。

1.諧波增加了公用電網(wǎng)的附加輸電損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率；

2.諧波會使電氣儀表的測量結(jié)果不正確；

3.諧波會影響甚至嚴(yán)重影響用電設(shè)備的正常工作，比如諧波對電機(jī)產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致不希望的機(jī)械震動、噪聲，還會引入附加銅損、鐵損，以及過電壓，導(dǎo)致局部過熱，絕緣老化，縮短設(shè)備使用壽命；

4.諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置等保護(hù)設(shè)備的誤動作；

5.諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)造成明顯的干擾，降低通信質(zhì)量。當(dāng)諧波頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等時，會產(chǎn)生并聯(lián)諧振，使諧波放大幾倍，甚至幾十倍。

無功功率主要是降低了發(fā)電設(shè)備和輸電設(shè)備的使用效率，增加了設(shè)備的容量，同時設(shè)備及線路損耗也會增加。無功功率還會使線路和變壓器的電壓降增大。如果是沖擊性無功負(fù)載，還會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。典型的現(xiàn)象有時鐘自動復(fù)位，計算機(jī)死機(jī)，可編程控制器工作異常，通信系統(tǒng)工作不正常，中線過熱電容器，過熱損壞電機(jī)，損耗增大出力降低，儀表計量不準(zhǔn)，繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，設(shè)備絕緣老化，加速線損和變壓器損耗。

1.使旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加發(fā)熱和振動，對安全運(yùn)行和正常出力有很大的影響：

2.使半導(dǎo)體變流設(shè)備產(chǎn)生附加的諧波電流（非特征諧波）；

3.引起以負(fù)序分量為啟動組件的多種保護(hù)發(fā)生誤動作（特別是當(dāng)電網(wǎng)中同時存在諧波時），會對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重威脅；

4.在低壓配電線路中，會影響計算機(jī)正常工作，引起照明電燈壽命縮短（電壓過高）或照度不足（電壓過低）以及電視機(jī)的損壞等；

5.三相不平衡同樣會使電網(wǎng)損耗增加；對于通信設(shè)備，會增大對其的干擾，影響正常通信質(zhì)量。