1、電能質量知識培訓武漢七星電氣武漢七星電氣 技術技術部部武漢七星電氣有限公司公司培訓內容n電能質量標準n電能質量定義n電能質量分類n基本概念和術語n電能質量監測儀電能質量標準n國標：中國國家標準nIEC：國際電工委員會標準nIEEE：美國IEEE標準nEN50160：歐共體，公用配電系統供電特性電能質量標準國標n電力系統頻率允許偏差GB/T15945-1995n三項電壓允許不平衡度GB/T15543-1995n公用電網諧波 GB14549-93n供電電壓允許偏差 GB12325-90n電壓波動和閃變 GB12326-2000n暫時過電壓和瞬態過電壓 GB/T18481-2001電能質量定義n從普

2、遍意義上講，電能質量是指優質供電。但是由于人們看問題的角度不同，所以迄今為止，對電能質量的技術含義仍存在著不同的認識，還不可能給出一個準確統一的定義 。nIEEE技術協調委員會給出的“power quality”的技術定義為：“合格的電能質量是指給敏感設備提供的電力和設置的接地系統適合該設備正常工作”。nIEC(1000-2-2/4)標準將電能質量定義為：供電裝置正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性電能質量分類n電能質量問題分為：穩態電能質量問題和暫態電能質量問題。n穩態電能質量問題：以波形畸變為主要特征，持續時間較長，又可以分為以下幾種類型：諧波、間諧波、電壓不平衡、過電壓和欠電

3、壓。 n暫態電能質量問題：通常是以頻譜和持續時間為特征，包括脈沖暫態和振蕩暫態兩類，其表現形式有：電壓瞬變、電壓閃變、電壓驟升、驟降、短時斷電電能質量分類基本概念和術語n電壓偏差n頻率偏差n三相電壓不平衡度n諧波 電壓諧波畸變率 間諧波n電壓波動與閃變 電壓驟降驟升 電壓瞬變 電壓中斷基本概念 與 術語瞬態：半個周波（瞬態：半個周波（10ms)10ms)以內以內暫態：從暫態：從10ms 10ms 到到1min1min穩態：穩態：1min1min以上以上瞬變瞬變 - -瞬態概念瞬態概念驟升，驟降驟升，驟降 - -暫態概念暫態概念過電壓，低電壓，電壓中斷過電壓，低電壓，電壓中斷 - -穩態概念穩態

4、概念電壓波動電壓波動閃變閃變諧波諧波類別頻譜條件持續時間電壓大小脈沖納秒5ns rise1ms振蕩低頻5KHZ0.350ms04pu中頻5500KHZ20s08pu高頻0.55MHZ5 s04pu電壓的短暫變化類別持續時間電壓大小瞬時下陷0.5 30周0.1 0.9pu上升0.5 30周1.1 1.8pu暫時中斷0.5 周3s0.1pu下陷30 周3s0.1 0.9pu上升30周3s1.1 1.8pu短時中斷3s 1min1min0.0pu欠電壓1min0.8 to 0.9pu過電壓1min1.1 to 1.2pu電壓的長期變化電力系統中的電磁現象電壓偏差n電壓偏差(實測電壓額定電壓)/額定電

5、壓n供電電壓允許偏差范圍n 35kV及以上供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過額定電壓的10n 10kV及以下供電電壓允許偏差為額定電壓的(+/-)7%n 220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的7%、10%電壓偏差的危害n照明設備的發光和壽命（圖2）；電動機的力矩、轉速、發熱、工效以及產品質量（圖3）；變壓器的發熱、溫升、損耗；并聯電容器無功出力、壽命；家用電器如電視機的視感、壽命；電子計算機和控制設備不正常；照明燈的電壓特性 電壓偏差與電解鋁生產工況的統計表工業設備（如電解、電熱）效率降低（表2）；電力系統穩定性降低，線損增加。頻率偏差n頻率偏差實測頻率額定頻率n電力系統頻率偏差允許值為+/

6、-0.2Hz，當系統容量較大時，偏差值可放寬到+/-0.5Hzn全國供用電規則中有規定：電網容量在3GW及以下者頻率偏差允許值為+/- 0.2Hz，電網容量在3GW以上者頻率偏差允許值為+/- 0.5Hz頻率偏差的危害n電動機轉速變化，影響紡織、造紙等產品質量；傳動機械出力變化，影響生產效率；對測量、控制和計時等電子設備精度和性能影響；使感應式電能表計量誤差加大；影響發電機和電力系統安全；沖擊負荷對近區電網的危害。 三相電壓不平衡n三相電壓不平衡 U2/U1 U1-三相電壓正序分量方均根值 U2-三相電壓負序分量方均根值n電力系統公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2，短時不得超過4，對每個用戶

7、電壓不平衡度的一般限值為1.3三相電壓不平衡危害n引起以負序分量為啟動元件的多種保護誤動作；換流設備產生附加的諧波電流（非特征諧波）；變壓器負載能力下降；在低壓配電線路中，引起照明燈的壽命縮短或燒損、電視機損壞、中性線過負荷等；引起線損及線路電壓損失增大；影響正常通信質量。 諧波n諧波即對周期性的變流量進行傅里葉級數分解，得到頻率為大于1的整數倍基波頻率的分量，它是由電網中非線性負荷而產生的。典型諧波產生源電子開關型電子開關型:各種交直流換流裝置、變頻裝置鐵磁飽和型鐵磁飽和型:各種鐵芯設備, 如變壓器、電抗器等，其鐵磁飽 和特性呈現非線性電弧型電弧型:各種煉鋼電弧爐、交流電弧焊機諧波種類n偶次

8、諧波 : 2nd, 4th, 6th, 8th n奇次諧波 : 3rd, 5th, 7th, 11th n正序諧波 :(3n+1) 4th, 7th, 10thn負序諧波 :(3n-1) 2nd, 5th, 8thn零序諧波 :(3n) 3rd, 6th, 9thn電壓諧波總畸變率(失真率): V(THD) 電壓諧波畸變率n諧波源使得實際的電壓波形偏離正弦波，這種現象稱為電壓正弦波形畸變。n電壓波形畸變的程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱電壓諧波畸變率。n電壓諧波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示：式中Un-第n次諧波電壓有效值V U1-基波電壓有效值，V 諧波的

9、危害n干擾繼電保護、自動裝置和計算機系統；使電子設備工作不正常；使量和計量儀器（感應式電度表）、儀表誤差加大；降低信號傳輸質量，干擾通信系統；增加電力網中諧振可能性，誘發電壓或過電流的危害；減少白熾燈使用壽命。降低電力設備的利用率，使電氣設備（如旋轉電機、電容器、變壓器）以及導線（如低壓中性線、電纜、母排等）過載運行（發熱、振動、異常聲響等），縮短使用壽命、增加線損；降低斷路器遮斷容量。例如，饋供給整流負荷的普通電力變壓器，其出力應相應的降低。降低值和變壓器的雜損比（即附加損耗與基本損耗之比）有關，如表3所列。諧波造成波形畸變基波與2次諧波無相差疊加基波與2次諧波有相差疊加基波與3次諧波無相差

10、疊加基波與3次諧波有相差疊加間諧波 n間諧波是諧波頻率與基波頻率的比值為非整數倍的諧波，其是兩個連續的基頻整數倍頻率之間的整頻帶n波形畸變 電壓波動n電壓波動(Fluctuation)即電壓方均根值一系列的變動或連續的改變 電壓波動(Umax-Umin)/Un n在公共供電點的電壓波動允許值： 10kV及以下為2.5% 35110kV為2 220kV及以上為1.6 n閃變(Flick)即燈光照度不穩定造成的視感，是由波動負荷，如電弧爐、軋機、電弧焊機等引起的n電壓閃變值主要是表征人眼對燈閃主觀感覺的參數。國標推薦的閃變干擾的允許值，對照明要求較高的白熾燈負荷為0.4，對一般性照明負荷為0.6n

11、Pst為短時閃變值，即衡量短時間(若干分鐘)內閃變強弱的一個統計量值；Plt為長時閃變值，它由Pst推算出，反映出長時間(若干小時)內閃變強弱的一個統計量值 電壓閃變電壓波動和閃變的危害nIT設備當電壓波動超過40，持續時間超過12個周波（0.24s）時，導致數據丟失。nPLC （可編程控制器）： 早期的產品，電壓低于10時，可工作15個周波（0.3s）； 電壓低于(5060)時，停止工作；n數控設備：為保證產品質量和安全，工作電壓波動范圍一般為10，當電壓低于此值、持續時間超過23個周波（0.040.06s）時，保護性停機。n變頻調速當低于額定電壓70，持續時間超過6個周波(0.12s)時停

12、機。精細加工業中的電機，電壓波動10、持續時間超過3個周波時，停機。n電機當電壓波動超過（5030）、持續時間超過1個周波，控制開關就會跳閘。 電壓驟降驟升n電壓驟降電壓驟降電壓快速降到額定電壓的90%10%范圍內為電壓驟降，10ms持續時間1mn電壓驟升電壓驟升電壓快速升到額定電壓的110%以上為電壓驟升，10ms持續時間1m 電壓瞬變nPositive Transient（正向瞬變）：10毫秒或更短時的臨時過壓nNegative Transient（負向瞬變）：10毫秒或更短時的臨時電壓不足 電壓中斷n短時電壓中斷：電壓低于額定值的1%，而且，10ms持續時間1mn長時電壓中斷：電壓低于額

13、定值的1%，而且，1m持續時間電壓變動n 凡不保持電壓均方根值恒定不變的，或者說實際電壓偏離標稱電（額定電壓）的現象。 n通常以電壓整周期的均方根值來衡量電壓的大小，而工程上一般可取半個周期均方根值來計算電壓。電壓均方根值的離散計算公式為 ： n 計算公式為： 其中，N：一個周期內的采樣點數；Uk：第k點的電壓瞬時值。 n電壓瞬時值的改變可以用表達式： n描述，式中f（t）函數可能有各種各樣的變化，由此引起電壓瞬時值的多種改變。而對于短時脈沖函數時所造成的電壓幅值快速突變，一般不列入電壓均方根值變動范疇。均方根值電壓變動特性U（t），簡稱電壓特性，是指沿基波半個周期及其整數倍求取的電壓均方根值

14、隨時間變化的函數關系。典型電壓變動現象n根據電壓變動的快慢、變化大小、變動頻次以及持續時間的長短等特征作出進一步的細化分類，包括五個部分。 n1.電壓偏差n2.電壓波動n3.電壓暫降與暫升 n4.短時間電壓中斷n5.長時間電壓中斷電壓變動的危害（6）暫時過電壓和瞬態過電壓使設備絕緣破壞，引發事故。（7）電壓暫降（包括短時中斷）引起變速驅動裝置（ASD）跳閘、程序邏輯控制器（PLC）損壞、各種數字式自動控制裝置誤動、計算機系統失常，數據丟失；導致相關加工生產線（例如塑料、玻璃、石化、紡織、造紙、半導體以及橡膠等）停頓，大型場所照明失電（例如鏑燈，燈滅后需冷卻好幾分鐘后才能啟動）等等。誰會在意電能

15、質量n供電局供電局n制造業制造業 動力部門動力部門n過程工業（冶金，石化）過程工業（冶金，石化）n數據中心，運維部門數據中心，運維部門n軍隊工業軍隊工業& &政府事業政府事業n集成商集成商n電能治理公司電能治理公司案例n 某證券公司由于諧波使得網絡速度變慢、數據出錯，實時交易的動態信息顯示屏幕出現大片空白，數據刷新和交易的速度都極慢，且經常中斷，根本無法進行交易。n 某寬帶運營商由于突然斷電造成寬帶網絡客戶不能正常上網，客戶索賠幾百萬。n北京某化工廠2005年1月18日，外網波動引起斷電，聚氯乙烯裝置爆炸，停電5-6小時，直接損失30萬元。n某鋼鐵企業2004年一次停電導致所有

16、生產線上的產品作廢，損失上億元。n2004年3-8月吉林省農電局一條10kV配電線（約40km）末端49個臺區先后發生了500多次低壓電器設備（包括電視機、計算機、冰箱溫控器、交換機模塊、VCD、加油機電源板等等）燒損事故，經測試分析，是某鋼廠中頻爐諧波，因長線“諧波容升電壓”效應所致。n1993年2月河南省信陽和駐馬店地區220kV計駐線（雙回線，一回線停電檢修）因電氣化鐵路牽引站的諧波引發高頻保護誤動，引起大面積停電事故（兩個220kV2240MVA變電站停電）。n 河南省220kV柳林變電站原10kV8組6600kVar并聯電容器，因3次諧波影響及串聯電抗器選配不當等原因大量損壞，不得不

17、全部更換（現為8 8000kVar）。改善電能質量的首要問題 電能質量分析與監測電能質量分析與監測n目的：通過在特定地點設置電能質量分析和監測裝置，評估其電力供應與負荷之間的兼容性，分析電能質量的各項指標，為評價電力供應和改善電能質量提供依據。nIEEE標準Std 1159-1995，專門對電能質量監測提供了一系列規范。 電能監測裝置的種類（1）n便攜式電能質量分析儀優點： 使用方便， 成本較低缺點： 信號通道數有限； 對一些長期性電能質量指標不便進行監測電能監測裝置的種類（2）n固定式電能質量監視裝置n優點：容量大，可長時間不間斷監視n缺點：成本高。n較好的解決方案采用集中式方案，可大大降低

18、系統的造價，具有較好的性價比。電能質量監測儀簡介n32位DSP數字信號處理器+ARM7內核n16位六通道高精度A/D轉換器n全中文大屏幕寬溫液晶顯示屏n2G大容量FLASH存儲器，可連續存儲兩年的歷史數據nRJ45、RS232/485等多種通訊方式，支持IEC-103規約n超低功耗小于10VAn采用自適應技術調整零漂n采用頻率跟蹤技術和數字補償算法，有效地消除頻率泄漏和柵欄效應電能質量監測儀功能與特點n穩態參數測量n可測量電網頻率、電壓偏差、電壓與電流真有效值、基波有效值、電壓、電流諧波（250次）、間諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變值、負序、視在功率、有功功率、無功功率、功率因數；n暫

19、態參數測量n可測量電壓驟升驟降，具有事件錄波功能。n錄波可設定為手動觸發或自動觸發。n具有諧波越限保護功能，提供報警、 跳閘繼電器接點；n儀器支持TCP/IP（包括FTP協議）、RS232/485等多種通訊方式，支持IEC-103規約，可方便地融入綜自系統，儀器配備工控級嵌入式10/100M自適應網卡，連接可靠，長期運行穩定性好。多臺QXPQ1和上位機聯網可以組成電能質量監測與管理系統（POWER QUALITY SUPER VISORY&MANAGEMENT SYSTEM，簡稱PQMS）。電能質量監測儀使用簡介 進入主菜單后，用進入主菜單后，用“上翻上翻”和和“下翻下翻”鍵，或鍵，或

20、“遞增遞增”和和“遞減遞減”鍵可選擇菜單項，鍵可選擇菜單項， 用用“確認確認”鍵可進入選擇的菜單項。鍵可進入選擇的菜單項。在主菜單界面，選擇“基本數據”，按“確認”鍵可進入菜單，可以查看實時基本數據，如圖3所示 圖3 基本數據界面n基本數據界面參數意義如下：nPHA A相 PHB B相 PHC C相 nU 電壓 I電流 Du 電壓變動 U 電壓偏差nPst短時閃變 Plt 長時閃變 P 有功功率 Cos功率因數nQ無功功率 Freq頻率 Un零線電壓 In零線電流 按“返回”鍵返回主菜單界面，選擇“波形數據”、 按“確認”鍵進入查看，見圖4。n圖4 電壓波形數據n進入波形數據界面后，第一行顯示

21、電壓、電流，可用“遞增”或“遞減”鍵在電壓與電流間切查看，電流波形顯示同電壓波形顯示。按“返回”鍵可返回主菜單界面。n實線表示A相，長虛線表示B相，短虛線表示C相。相角以A相電壓為參考，A相電壓定義為0.0，B相電壓和A相電壓差240，C 相電壓和A相電壓差120。電流相角以同相電壓相角為參考基準，A相電流相角表示A相電流與A相電壓相角相差多少度，B相電流相角表示B相電流與B相電壓相角相差多少度，C相電流相角表示C相電流與C相電壓相角相差多少度。在主菜單界面選擇“諧波數據”、按“確認”進入，見下圖n每頁顯示10次諧波數據，用“上翻”或“下翻”鍵進行翻頁，可顯示1020次、2130次、3140次

22、、4150次諧波數據。nTHDU為電壓諧波總畸變率，THDI為電流諧波總畸變率，HR*為各次諧波。從左向右依次為A相、B相、C相、N相。n其中電壓各次諧波為百分含量，電流各次諧波為有效值。n按“遞增”或“遞減”鍵鍵可在電壓電流間切換。n按“返回”鍵即可退出至主菜單界面。在主菜單界面選擇“間諧波數據”、按“確認”進入，見下圖n同“諧波數據”每頁顯示10次諧波數據，用“上翻”或“下翻”鍵進行翻頁查看，按“遞增”或“遞減”鍵鍵可在電壓電流間切換，按“返回”鍵即可退出至主菜單界面。在主菜單界面選擇“向量圖”按“確認”鍵可以查看。按“返回”鍵即可退出至主菜單界面。n 以向量圖的方式顯示三相電壓、電流的幅

23、值和相位，基波和各次諧波電壓、電流的幅值、相位及正、負、零序分量的幅值和相位等。通訊參數設置內容如下：n項目意義范圍（報警、跳閘）默認值nFreqL頻率下限40.0050.000.00nFreqH頻率上限50.0060.000.00nUL（%）電壓偏差下限0.0010.00 0.00nUH（%）電壓偏差上限0.0010.00 0.00nCOS功率因數0.001.000.00ndU(%)電壓變動0.0020.00 0.00npst短時間閃變0.0010.00 0.00nplt長時間閃變0.0010.00 0.00nU2/U1（%）三相電壓不平衡度0.0099.99 0.00nU0零序電壓0.00

24、99.99 0.00nU1正序電壓0.0099.99 0.00nU2負序電壓0.0099.99 0.00nI2/I1（%）三相電流不平衡度0.0099.99 0.00nI0零序電流0.0099.99 0.00nI1正序電流0.0099.99 0.00nI2負序電流0.0099.99 0.00nTHDu（%）諧波電壓總畸變率0.0010.00 0.00nTHRD-E（%）偶次諧波電壓含有率0.0010.00 0.00nTHRU-0（%）奇次諧波電壓含有量0.0010.00 0.00nHRI02（A）2次諧波電流含量0.0050.00 0.00nHRI03（A）3次諧波電流含量0.0050.00

25、0.00nnHRI25（A）25次諧波電流含量0.0050.00 0.00n名稱 定義 名稱定義 名稱定義nL電源輸入N電源輸入G電源接地nK1+報警1輸入K2+報警2輸入K3+報警3輸入nK1- 報警1輸出K2-報警2輸出K3-報警3輸出nK4+跳閘輸入K5+故障輸入K6+失電輸入nK4- 跳閘輸出K5-故障輸出K6-失電輸出項項 目目參參 數數通通 道道 數數A A、B B、C C、N N四相電壓四相電壓 A A、B B、C C、N N四相電流四相電流測量范圍測量范圍 電壓電壓 0 0100V 100V 電流電流 0 06A6A測頻誤差測頻誤差0.01 Hz0.01 Hz諧波誤差諧波誤差精

26、度滿足國標精度滿足國標A A級要求級要求間諧波誤差間諧波誤差同諧波同諧波電壓偏差誤差電壓偏差誤差0.5%0.5%三相不平衡度誤差三相不平衡度誤差0.2%0.2%電流不對稱因數電流不對稱因數1%1%閃變誤差閃變誤差Pst5% Plt5%Pst5% Plt5%波動誤差波動誤差0.2%0.2%相角誤差相角誤差0.50.5功率誤差功率誤差0.5%0.5%事件錄波事件錄波事件發生前事件發生前5 5個周波，事件發生后個周波，事件發生后5 5個周波個周波顯顯 示示 屏屏320320240240中文寬溫液晶屏中文寬溫液晶屏工作電源工作電源AC 220VAC 220V20% 20% 頻率頻率 45Hz45Hz55Hz DC 55Hz DC 220V220V20%20%功功 耗耗10VA10VA環境溫度環境溫度-5-55555相對濕度相對濕度0 090% 90% 無冷凝無冷凝外觀尺寸外觀尺寸252252182182290(290(寬寬高高深深) )重重 量量2.5Kg2.5Kg電能質量監測儀技術參數 先進的電能質量分析軟件 電能質量分析軟件是一套以C+語言編寫的專業的電