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(gè)方面：

(1)自然現象的因素，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)電力設備及裝置的自動(dòng)保護及正常運行的因素，如大型電力設備的啟動(dòng)和停運、自動(dòng)開(kāi)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(shí)降低、產(chǎn)生波動(dòng)與閃變等。

(3)電力用戶(hù)的非線(xiàn)性負荷、沖擊性負荷等大量投運的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機車(chē)運行等對電能質(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(dòng)、產(chǎn)生電壓波動(dòng)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)鍵指標中，電源電壓質(zhì)量的標準是一項重要的內容，它主要以頻率質(zhì)量指標和電壓質(zhì)量指標來(lái)衡量。頻率質(zhì)量指標為頻率允許偏差的標準;電壓質(zhì)量指標包括電壓幅值質(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(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度、瞬時(shí)過(guò)電壓與暫態(tài)過(guò)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(xiàn)性負荷及沖擊性負荷的影響。凡是具有非線(xiàn)性阻抗特性的電氣設備都是電能質(zhì)量的污染源，包括各種電力電子設備的用電負荷、煉鋼電弧爐負荷、電力機車(chē)負荷等，使電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變、產(chǎn)生高次諧波電壓、造成系統電壓不平衡等，從而引起電壓正弦波形畸變。沖擊性負荷的影響，主要使電網(wǎng)中大功率用電設備的啟動(dòng)和切換。

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

引起電壓驟降的原因是什么?

電力系統電壓驟降是指供電電壓幅值(有效值)短暫降低，隨后恢復正常的特征。根據歐洲標準EN50160以及美國國際電氣電子工程師協(xié)會(huì )推薦標準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.)，然后又恢復至正常電壓，這一過(guò)程的持續時(shí)間為10ms~60s。供電可靠性反映的是供電中斷程度，一般只考慮持續時(shí)間5min以上的電壓中斷問(wèn)題，有些國家對1min以下的中斷不予統計。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，高科技設備得到了廣泛的應用。這些設備對電壓變化很敏感，短時(shí)的供電中斷或電壓有效值下降，往往會(huì )造成設備不能正常運行、發(fā)生停機等事故。電壓驟降就是針對這一問(wèn)題提出的。

引起電壓驟降的主要原因是電網(wǎng)或用電設備發(fā)生雷擊、外力短路故障，一些用電設備(如電動(dòng)機)啟動(dòng)或突然加荷也會(huì )造成電網(wǎng)電壓瞬時(shí)下降。與長(cháng)時(shí)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(jué)察的特點(diǎn)，處理起來(lái)也比較困難。

電壓驟降對一些設備有哪些影響?

(1) 對冷卻控制器。當電壓低于80%時(shí)，控制器動(dòng)作將制冷電機切除，導致生產(chǎn)損失。

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

(3)對可編程控制器。當電壓低于81%時(shí)，可編程控制器(PLC)停止工作;而一些I/O設備，當電壓低于90%、持續時(shí)間僅幾個(gè)周波，就有可能被切除。

(4)對機器人控制的精密加工器具。當電壓低于90%、持續時(shí)間達到40～60ms，就可能跳閘。

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

(6)對變頻調速器。當電壓低于70%、持續時(shí)間超過(guò)120ms時(shí)，可能被退出運行。而對于一些精密加工機械的電機，當電壓低于90%、持續時(shí)間超過(guò)60ms，也可能發(fā)生因跳閘而退出運行。

(7)對交流接觸器。當電壓低于50%、持續時(shí)間超過(guò)20ms，即可能發(fā)生脫扣斷電。

(8)對計算機。當電壓低于60%、持續時(shí)間超過(guò)240ms，計算機的數據將可能丟失等。

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)整數倍成分的諧波及工頻非整數倍成分的間諧波。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荷是主要諧波源以外，根據大量現場(chǎng)測試的分析結果證實(shí)，電力變壓器也是電力系統中三次諧波的一個(gè)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(chēng)，致使在變壓器三角Z繞組的線(xiàn)電壓和線(xiàn)電流中也仍然存在三次諧波分量，尤其在負荷低谷時(shí)，隨著(zhù)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(zhù)電網(wǎng)大量電容裝置的投運，通過(guò)對現場(chǎng)諧波實(shí)測發(fā)現，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)的正常運行帶來(lái)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致發(fā)生諧振的情況，已為大量的現場(chǎng)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(kāi)發(fā)應用的電力電子器件，煉鋼電弧爐及軋機容量的增大，電氣化鐵路交通的發(fā)展應用，包括UPS電源、電子調速裝備、節能型燈具及家用電器中的計算機、微波爐等電力電子設備和電器設備應用的大量增加，使各類(lèi)非線(xiàn)性負荷注入電網(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(lái)越大。在這些設備集中使用的地區，如工廠(chǎng)車(chē)間、公寓大廈、居民小區、寫(xiě)字樓、酒店商廈等，諧波污染已相當嚴重。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備?

1.電力電子設備

電力電子設備主要包括整流器、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、靜態(tài)換流器、晶閘管系統及其他SCR控制系統登。由于工業(yè)與民用電力設備常用到這類(lèi)電力電子設備和電路，如整流和變頻電路，其負載性質(zhì)一般分為感性和容性?xún)煞N，感性負載的單相整流電路為含奇次諧波的電流型諧波源。而容性負載的單相整流電路，由于電容電壓會(huì )通過(guò)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倍數的諧波，還含有非整數倍數的間諧波。

2.可飽和設備

可飽和設備主要包括變壓器、電動(dòng)機、發(fā)電機等?？娠柡驮O備是非線(xiàn)性設備，其鐵心材料具有非線(xiàn)性磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)，在正弦波電壓的作用下，勵磁電流為對稱(chēng)函數，并滿(mǎn)足。應用傅立葉級數分解時(shí)僅含有奇次項，對于三相對稱(chēng)的變壓器，3次諧波的奇數倍(3次，6次，9次……)諧波均為零序，可認為變壓器是只產(chǎn)生奇次諧波的電流源型諧波源。變壓器的諧波次數還受到一、二次側接線(xiàn)方式的影響，諧波的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程序越高，諧波電流就越大。與電力電子設備和電弧設備相比，可飽和設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.電弧爐設備及氣體電光源設備

(1)電弧爐在熔煉金屬過(guò)程中的非線(xiàn)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。根據這類(lèi)氣體放電光源的伏安特性，其非線(xiàn)性特性十分嚴重，同時(shí)含有負的伏安特性。而氣體燈具工作時(shí)要與電感性鎮流器相串聯(lián)，并使其綜合伏安特性不再為負才能正常工作。由于鎮流器的非線(xiàn)性相當嚴重，其中三次諧波含量再20%以上，其特性為對稱(chēng)函數，只含有奇次諧波，所以氣體電光源設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)的影響主要表現在：

(1)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、線(xiàn)路和設備過(guò)熱燈，特別是三次諧波會(huì )產(chǎn)生非常打的中性線(xiàn)電流，使得配電變壓器的零線(xiàn)電流甚至超過(guò)相線(xiàn)電流值，造成設備的不安全運行。諧波對電網(wǎng)的安全性、穩定性、可靠性的影響還表現在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴大、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備損壞;造成變電站系統中的設備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，引起電力變壓器、電力電纜、電動(dòng)機等設備發(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(shí)間的延長(cháng)，影響斷路器的開(kāi)斷容器;造成電子元器件的繼電保護或自動(dòng)裝置誤動(dòng)作;影響電子儀表和通信系統的正常工作，降低通信質(zhì)量;增大附加磁場(chǎng)的干擾等。

諧波對電力電容器有哪些影響?

當配電系統非線(xiàn)性用電負荷比重較大，并聯(lián)電容器組投入時(shí)，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(guò)負荷而嚴重影響其使用壽命，另一方面當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感相等而發(fā)生諧振時(shí)，引起電容器諧波電流嚴重放大使電容器過(guò)熱而導致?lián)p壞。因此，電壓諧波和電流諧波超標，都會(huì )使電容器的工作電流增大和出現異常，例如，對于常用自愈式并聯(lián)電容器，其允許過(guò)電流倍數是1.3倍額定電流，當電容器的電流超過(guò)這一限制時(shí)，將會(huì )造成電容器的損壞增加、發(fā)熱異常、絕緣加速老化而導致使用壽命降低，甚至造成損壞事故。同時(shí)，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(cháng)時(shí)間的局部放電也會(huì )加速絕緣介質(zhì)的老化、自愈性能下降，而容易導致電容器損壞。

按照電力系統諧波管理規定，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(guò)表2-5規定。

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(guò)熱，振動(dòng)，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，當系統運行電壓偏高或三相不對稱(chēng)時(shí)，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應力增大，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(guò)大，這種諧波電流在發(fā)生諧振時(shí)的條件下對變壓器的安全運行將造成威脅。

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(guò)程時(shí)間比較長(cháng)，能夠延續數秒或更長(cháng)的時(shí)間，有時(shí)還會(huì )引起諧振過(guò)電壓，并使相關(guān)避雷器的放電時(shí)間過(guò)長(cháng)而受到損壞。這一問(wèn)題對選擇保護高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數帶來(lái)較大的困難。

諧波對輸電線(xiàn)路有哪些影響?

(1)諧波污染增加了輸電線(xiàn)路的損耗。輸電線(xiàn)路中的諧波電流加上集膚效應的影響，將產(chǎn)生附加損耗，使得輸電線(xiàn)路損耗增加。特別是在電力系統三相不對稱(chēng)運行時(shí)，對中性點(diǎn)直接接地的供電系統線(xiàn)損的增加尤為顯著(zhù)。

(2)諧波污染增大了中性線(xiàn)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(huì )引起中性線(xiàn)電流大大增加，造成過(guò)負荷發(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(huì )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，在系統負荷低谷時(shí)，系統電壓上升，諧波電壓也相應升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質(zhì)不穩定的危險性越大，更容易發(fā)生故障。

諧波對電力系統其他運行設備有哪些影響?

(1)對同步發(fā)電機的影響。用戶(hù)的負序電流和諧波電流注入系統內的同步發(fā)動(dòng)機，將產(chǎn)生附加損耗，引起發(fā)電機局部發(fā)熱，降低絕緣強度。同時(shí)，由于輸出的電壓波形中產(chǎn)生附加諧波分量，使負載的同步發(fā)電機轉子發(fā)生扭振，降低其工作壽命。

(2)對斷路器的影響。諧波會(huì )使某些斷路器的磁吹線(xiàn)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(guò)一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時(shí)可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現象，導致斷路器觸頭燒損。

(3)對消弧線(xiàn)圈的影響。當電網(wǎng)諧波成分較大時(shí)，發(fā)生單相接地故障，消弧線(xiàn)圈對諧波電流將可能不起作用，在接地點(diǎn)得不到的補償，從而引發(fā)系統的故障擴大。

(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在語(yǔ)音通信過(guò)程中產(chǎn)生噪聲，數據傳輸失真，降低EMS、DAS實(shí)時(shí)數據的真實(shí)可靠性，造成集中抄表系統中數據出錯等故障。

諧波對繼電保護及自動(dòng)裝置有哪些影響?

1.對繼電保護及自動(dòng)裝置運行環(huán)境的影響

(1)在諧波嚴重超標的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網(wǎng)中會(huì )受到影響。

(2)頻繁出現變壓器嚴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)在系統因短路容量太小而可能出現較大諧波電壓影響的場(chǎng)所會(huì )受到影響。

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

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

2.繼電保護及自動(dòng)裝置利用的啟動(dòng)量小

利用負序電流或電壓、零序電流或電壓、差動(dòng)電流或電壓?jiǎn)?dòng)會(huì )受到諧波的影響。其中利用負序量啟動(dòng)的對諧波的敏感性最大。

3.繼電器或啟動(dòng)元件本身對諧波敏感

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

(2)利用信號過(guò)零取樣的控制系統及利用數據過(guò)零點(diǎn)的數字式繼電器或微機保護，都會(huì )受到諧波的影響和干擾。

諧波對繼電保護整定有哪些影響?

繼電保護正常運行中，當電源諧波分量較高時(shí)，可能會(huì )引起過(guò)電壓保護、過(guò)電流保護的誤動(dòng)作。當三相嚴重不對稱(chēng)時(shí)，在正序性諧波或負序性諧波含量較高的情況下，可能對以負序濾過(guò)器為啟動(dòng)元件的保護裝置產(chǎn)生干擾，而引起誤動(dòng)。如某地電氣化鐵路通車(chē)后，曾發(fā)生過(guò)由于牽引變電所注入系統大量的諧波和負序電流，引起供電系統電能質(zhì)量指標嚴重惡化，多次造成發(fā)電機的負序電流保護誤動(dòng)，主變壓器的過(guò)電流保護裝置誤動(dòng)，線(xiàn)路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動(dòng)，高頻保護收發(fā)訊機誤動(dòng)，母線(xiàn)差動(dòng)保護誤動(dòng)和故障錄波器誤動(dòng)的事故。

近年來(lái)，微機保護裝置的大規模使用，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，從而引起保護裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。如上海寶鋼就發(fā)生過(guò)因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響，造成諧波電流對數字型差動(dòng)保護產(chǎn)生干擾，使差動(dòng)保護動(dòng)作跳閘的事故。

諧波電流對數字型差動(dòng)保護有哪些影響?

數字型差動(dòng)保護裝置整定簡(jiǎn)單、動(dòng)作時(shí)間快、功能強，因此目前得到了普遍的推廣、應用，但在電能質(zhì)量較差的條件下，會(huì )發(fā)生由于電流波形畸變而出現誤動(dòng)作的可能。如某地在同步電動(dòng)機降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)連續發(fā)生過(guò)3次變壓器差動(dòng)保護誤動(dòng)作跳閘的事故。經(jīng)檢查，繼電器和二次回路均未出現任何異常。采用電能質(zhì)量分析儀對電源電流進(jìn)行錄波檢測，所得數據見(jiàn)表2-6。

表2-6 電源電流諧波分量含有率

根據上述數據分析可得以下幾個(gè)方面得結論：

(1)同步電動(dòng)機降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電源波形發(fā)生了很大的畸變。

(2)由于變壓器一次繞組時(shí)三角形接線(xiàn)，因此對二次繞組負荷電流中的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，二次側的諧波含量小于抑制值的15%，因此由于諧波電流過(guò)大的原因導致了差動(dòng)保護誤動(dòng)作。

采取的對策和措施包括以下幾個(gè)方面：

(1)數字型差動(dòng)保護繼電器出口動(dòng)作時(shí)間快，一般為20～40ms，同步電動(dòng)機降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程中前100ms波形畸變較為嚴重，因此可通過(guò)將整定值調整到150ms的范圍。

(2)目前，數字型差動(dòng)保護繼電器對Dy接線(xiàn)組別變壓器的電流互感器接線(xiàn)組別沒(méi)有明確的規定，整定時(shí)只要將電流互感器接線(xiàn)組別輸入保護裝置的參數就可以了。這是因為大多變壓器容量相對負荷容量的裕度較大，且大多負荷電流波形較好，畸變不大，因此影響較小。若變壓器負荷較大，且負荷電流中含有高次諧波分量，對數字型差動(dòng)保護的影響就比較大了。這時(shí)應對變壓器Y側的電流互感器接線(xiàn)組別采用Yd接線(xiàn)進(jìn)行補償，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(guò)對感應型電能表和電子型電能表計量準確度的頻率響應進(jìn)行測試和分析，諧波對電能計量的準確度存在著(zhù)一定的影響。1.對感應型電能表計量準確度的影響

感應型電能表對2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性，達到9次時(shí)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，電能表反應諧波功率的轉速隨諧波次數的增大而減小。主要原因時(shí)感應式電能表的圓盤(pán)渦流路徑的等效圓盤(pán)阻抗角隨頻率的增高而增大，如當基波功率P1和諧波功率Pn通過(guò)感應型電能表時(shí)，電能表的轉速為：

wn=K1P1+KnPn

式中 wn——電能表轉速;

P1——基波功率;

Pn——諧波功率;

K1——基波系數;

Kn——諧波系數。

當諧波電壓和電流達到基波量的20%時(shí)，K1基本不變，Kn的實(shí)測結果見(jiàn)表2-7。

表2-7 諧波系數Kn在不同諧波次數下的實(shí)測值

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

2.對電子型電能表呈寬帶響應的特性，電子表帶寬主要受其互感器頻帶和乘法器時(shí)鐘頻率的限制。電子式電能表的誤差主要源自其輸入模塊。在結構設計上，由于電能表輸入模塊的信號變送僅考慮基波，當電壓、電流波形發(fā)生畸變時(shí)，磁通不能相應地發(fā)生線(xiàn)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(hù)接在此供電系統上，其負載電流如下式所示：

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

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

從電能計量的角度來(lái)看，正弦波電源供非線(xiàn)性負荷，負荷污染電網(wǎng)、向系統注入諧波功率，少交電費，電力系統不公平;諧波電源供線(xiàn)性負荷，用戶(hù)設備性能變壞，吸收諧波功率，多交電費、對電力用戶(hù)不公平。而對于諧波電源供非線(xiàn)性負荷，則應根據諧波電壓電流的相位差具體分析，以判斷用戶(hù)是吸收諧波功率還是污染電網(wǎng)而向系統注入諧波功率。

負荷側的諧波污染對電網(wǎng)有哪些影響?

近年來(lái)，用戶(hù)端大量非線(xiàn)性負荷的應用正成為電能質(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(kāi)關(guān)方式工作的，會(huì )引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變。大型電弧設備，如電弧熔爐，弧焊設備等，也成為重要的沖擊源和諧波源。一個(gè)值得注意的問(wèn)題是，為了減少重要設備對電能質(zhì)量問(wèn)題的敏感度，設備制造商努力進(jìn)行設備的升級和改進(jìn)，用戶(hù)則采用各種保護性裝置，而這些改進(jìn)措施和保護裝置常常顧此失彼，對公用供電的電能質(zhì)量造成更大的危害。一些信息設備和公用設備的諧波含量見(jiàn)表2-9。

表2-9 一些信息設備和公用設備的電流諧波含量(%)

諧波對電力用戶(hù)有哪些影響?

用電設備對系統電源的污染會(huì )影響用電設備自身的可靠性。使用電能質(zhì)量污染的電源，用電設備又可能成為新的污染源，而危害電力系統和其他用戶(hù)設備?？赡墚a(chǎn)生的影響包括：對用戶(hù)電動(dòng)機產(chǎn)生影響;對用戶(hù)補償電容器產(chǎn)生影響;對用戶(hù)自動(dòng)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(lèi)干擾和影響有些表現在差模干擾和共模干擾，差模干擾是工頻及長(cháng)線(xiàn)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，是造成微機控制單元工作不正常的主要原因。

諧波對用戶(hù)電動(dòng)機運行有哪些影響?

諧波電流通過(guò)交流電動(dòng)機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動(dòng)機過(guò)熱，機械振動(dòng)和噪聲增大。當三相電壓不對稱(chēng)時(shí)，定子繞組上產(chǎn)生負序電流，并勵磁產(chǎn)生負序旋轉磁場(chǎng)，該制動(dòng)磁場(chǎng)降低了電機的最大轉矩和過(guò)載能力，增加銅損，并且負序過(guò)電流可以將電機定子繞組燒毀。負序性的諧波分量(5此、11此等)對電機的影響與負序電壓的效果一樣。當產(chǎn)生電壓波動(dòng)的主要低頻分量與電機機械振動(dòng)的固有頻率一致時(shí)，誘發(fā)諧振，會(huì )使電動(dòng)機造成損壞。

諧波對用戶(hù)補償電容器有哪些影響?

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

諧波對用戶(hù)自動(dòng)控制裝置有哪些影響?

隨著(zhù)數字控制技術(shù)的大規模使用，很多精密負載對受電電能質(zhì)量指標提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類(lèi)設備的危害主要有三個(gè)方面，即在設備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導致錯誤的輸出結果。另外還會(huì )對設備的硬件，如精密電機、開(kāi)關(guān)電源等造成不可逆轉的損壞。干擾負載的保護回路，造成誤動(dòng)作等。

諧波對居民生活用電有哪些影響?

諧波引起電壓波動(dòng)和閃變產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，使用電設備受到高能量沖擊。

(1)最直觀(guān)的感覺(jué)就是引起照明燈光和電視畫(huà)面忽明忽暗的閃爍，造成視覺(jué)疲勞。

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

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

(4)引起電能計量誤差，造成不必要的電費損失等。

諧波對用電安全有哪些影響和干擾?

1.火災影響

一些建筑物突發(fā)性火災已被證明與電力諧波有關(guān)。目前，節能燈、調光器和電器設備中開(kāi)關(guān)電源應用得很普遍，本意是節能，但這些終端設備作為諧波源，對電網(wǎng)得危害很大。經(jīng)有關(guān)部門(mén)測定，應用電器設備較多得酒店、商廈、網(wǎng)吧、計算機房、居民小區等，在沒(méi)有采取濾波等措施前，中性線(xiàn)電流都很大，有些甚至超過(guò)相電流，導致過(guò)熱成為形成火災事故得重大隱患。

2.設備影響

電能質(zhì)量得污染對繼電保護、計算機系統和精密制造業(yè)的精密機械或儀器等，都可能影響正常的運行、操作，降低設備使用壽命，甚至引起繼電保護誤動(dòng)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(guò)靜電感應(電容耦合，電壓作用)和電磁感應(電流作用)，在通信線(xiàn)路上產(chǎn)生聲頻干擾。諧波頻率高時(shí)，會(huì )發(fā)生雜音，在通信線(xiàn)路上引起音頻干擾，嚴重時(shí)還可能觸發(fā)電話(huà)鈴響。采用屏蔽電纜通信，雖可消除靜電感應的影響，但不能消除電磁感應的干擾。同時(shí)，對于存在多個(gè)中性點(diǎn)接地的配電網(wǎng)絡(luò )，當三相負載不對稱(chēng)時(shí)，零序電流將對利用大地作參考電位的通信系統，造成參考電位漂移而產(chǎn)生干擾。

電能質(zhì)量對計算機系統有哪些影響?

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

(1)電壓波動(dòng)的影響。大容量設備啟動(dòng)或停止會(huì )引起母線(xiàn)電源電壓的波動(dòng)，產(chǎn)生瞬態(tài)的低電壓或高電壓。

(2)非線(xiàn)性負荷的影響。非線(xiàn)性的大功率晶閘管整流裝置，調壓、調速裝置，各種氣體放電光源，電子鎮流器等都會(huì )產(chǎn)生諧波，使計算機系統的電源電壓波形產(chǎn)生畸變，影響計算機系統的正常工作。

(3)操作過(guò)電壓和暫態(tài)過(guò)電壓的影響。同一配電網(wǎng)絡(luò )中的感性負荷，補償電容的投入和切除，斷路器的分合等會(huì )產(chǎn)生操作過(guò)電壓;雷擊時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓，會(huì )引起瞬變脈沖。這些都可能損害計算機設備，影響計算機系統安全運行。據統計，內部過(guò)電壓約占80%，雷擊過(guò)電壓約占15%左右。

(4)瞬時(shí)失電的影響。低壓電網(wǎng)瞬間失電，將直接影響計算機的正常運行。對于大多數計算機來(lái)說(shuō)，中斷供電超過(guò)10ms就有可能引起計算機內部5VP-G信號消失，從而可能導致正在運行的程序遭到破壞和數據丟失。

電源線(xiàn)干擾電路有哪兩種型式?

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

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

(2)共模干擾。這是在相線(xiàn)、零線(xiàn)與地線(xiàn)和大地的回路中產(chǎn)生的干擾。通常頻率在1MHz以上時(shí)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)際電路結構的差異，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)指標中有差模插入損耗和共模插入損耗的區別，這些都是應該在現場(chǎng)實(shí)際應用中充分注意和考慮的問(wèn)題。

電力系統中三相電壓不對稱(chēng)有哪些影響?

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

(1)三相電壓不對稱(chēng)會(huì )影響變換器及其控制系統的正常工作并改變其設計性能，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(chēng)會(huì )造成旋轉電機的轉子受到反方向的負序旋轉磁場(chǎng)的作用，該磁場(chǎng)切割轉子產(chǎn)生雙倍頻率附加電流，引起電機發(fā)熱甚至燒毀。同時(shí)，雙倍頻率附加交變電磁力矩作用在轉子和定子上還會(huì )產(chǎn)生雙倍頻率的附加振動(dòng)，造成電機的機械損傷。

(3)三相電壓不對稱(chēng)產(chǎn)生的負序電流和負序電壓會(huì )引起繼電保護裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)，如國內大同某發(fā)電廠(chǎng)曾發(fā)生過(guò)發(fā)電機負序電流過(guò)負荷保護受到電氣化鐵路所產(chǎn)生的負序電流和諧波電流的影響，發(fā)生保護誤動(dòng)，造成大面積停電的事故。陜西省安康地區110kV電網(wǎng)由于受到電氣化鐵路供電后產(chǎn)生負序電流的影響，使電網(wǎng)中多種保護和自動(dòng)裝置出現頻繁誤動(dòng)的情況，等等。

電壓暫降、中斷對供電恢復時(shí)間有哪些影響?

1.電壓暫降對供電恢復時(shí)間的影響

當系統中發(fā)生故障時(shí)，不論兩相還是三相短路，用戶(hù)端的一相或多相電壓都可能會(huì )短時(shí)降低到允許范圍以下，在系統實(shí)際運行中，出現因故障導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(huì )持續100ms到數秒甚至更長(cháng)時(shí)間，直至故障切除、線(xiàn)路重合或電力線(xiàn)路檢修后恢復正常。在這期間，如果涌機械調壓的方法完全不起作用，只有涌被稱(chēng)為電壓恢復器的電力電子裝置，才能使電壓下降限制在一個(gè)允許的限度。允許的最長(cháng)供電中斷時(shí)間一般取決于系統網(wǎng)絡(luò )結構及保護配合方案。對供電可靠性的要求越高，電源中斷時(shí)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時(shí)間的影響

對于供電中斷的電源恢復，如果涌普通開(kāi)關(guān)，在故障被切除后，配電系統備用電源的投入需要0.2~0.5s的時(shí)間。若用靜態(tài)的電子開(kāi)關(guān)，切換時(shí)間只需要5～10ms。這樣快的切換時(shí)間，使用電設備的電磁開(kāi)關(guān)來(lái)不及動(dòng)作，從而不致影響用電負荷的連續允許。國外有些發(fā)達地區及我國一些外資電子企業(yè)對重合閘的時(shí)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。