科普长廊 文化篇 浅谈电网的电能质量 口江苏省计量科学研究院李博赵波 一、电能质量的定义 一个理想的电力系统应以恒定 的频率（５０Ｈｚ）和正弦的波形，按规 定的电压水平对用户供电．．在三相 交流电力系统中．各相电压的电流 都应该处于幅值大小相等、相位互 差２／３的对称状态 由于系统各元件 （发电机、变压器、线路等）参数并不 是理想线性对称．加之调控手段的 不完善、负荷性质各异且其变化的 随机性以及运行操作、各种故障等 原因．这种理想状态实际并不存在． 因此产生了电能质量的概念 电能质量可以定义为：导致用 电设备故障或不能正常工作的电 压、电流或频率偏差，其内容涉及频 率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电 可靠性、波形失真、三相不平衡以及 电压波动和闪变等 有关这些电磁 现象的种类如表１所示 人们对电能质量问题的重视并 非近几年的事情．而是伴随着电力 系统发展的全过程 早期的内容比 较简单．主要局限在频率偏差和电 压偏差两个方面 自２０世－￣ｅ，８０年代以 来．随着新型电力负荷的出现以及 它们对电能质量不断增加的要求． 电能质量才逐渐引起电力公司和电 力用户的普遍重视 其主要原因有 以下几个方面： １．为了提高劳动生产率和自动化 水平 投入的大量基于计算机系统的 控制设备和电子装置对电能质量非 表１ 电力系统电磁现象的种类 纳秒级 冲击 微秒级 毫秒级 电磁瞬态 低频 振荡 中频 高频 电压中断 即时 电压跌落 电压升高 电压中断 短期电压 变动 瞬间 电压跌落 电压升高 电压中断 暂时 电压跌落 电压升高 持续中断 长期电压 变动 欠电压 过电压 电压不平衡 ｌ直流偏移 ｌ－－－－－ － ｌ谐波 波形失真 ｊ 间谐波 Ｉ。 Ｊ 缺口 ｌ。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一 ｌ 噪声 电压波动 频率偏差 常敏感 一个计算中心失去电压２ｓ就 可能破坏几十个小时的数据处理结 果或者损失几十万美元的产值 当 今自动化生产设备的连续精密加工 生产。不论是变速拖动还是机器人． 工作母机还是自动化生产线．例如 柔 ｔ＃－制造系统（ＦＭＳ）或计算机综合 制造系统（ＣＩＭＳ），它们对配电系统 中的干扰和异常非常敏感．甚至几 分之一秒的不正常就可能在工厂内 部造成混乱 这些用户对不合格电 力的容许程度严格到只有持续工频 １－２个频率周期 ２．现代电力系统中用电负荷结构 发生了重大的变化 诸如半导体整流器、晶闸管调 压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电 气化铁路和家用电器等负荷的迅速 发展，由于其非线性、冲击性以及不 平衡的用电特性．使电网电压波形 发生畸变．或引起电压波动和闪变 以及三相不平衡．甚至引起系统频 率变动．这些对供电电能质量会造 成严重的干扰．并由此引起污染 ３．电能作为商品．在电力市场运 行机制下．不同的发电公司．包括独 立电能生产商．在发电侧实行竞争． 输配电系统ｆ即电力公司）与发电分 离．独立经营管理．为发电公司和用 户提供转送电能服务．用户侧也可 以作为独立实体参加价格控制 这 样一个开放和鼓励竞争的运行环 境．必然对电能质量提出越来越高 的要求。并促使电能质量标准化的 发展和不断完善 电能质量和一般产品质量不 同，它有如下特点：（１）不完全取决于 电力生产企业．甚至有的质量指标 （例如谐波、电压波动和闪变、三相 电压不平衡度、往往是由用户干扰 ２０１０ ９中ＩＮｉｔＮ＿Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ５７ 文化篇 科普长廊 所造成的；（２）对于不同的供（或用） 电点在不同的供（或用）电时刻，电 能质量的指标往往是不同的．也就 是说电能质量在时间和空间上都 处于动态的变化之中 特点（１）说 明：全面保障电能质量．既是电力 企业的责任．也是用户应尽的义 务；特点（２）说明：电能质量指标宜 用概率统计结果来衡量．并且需指 明监测点 二、电网谐波的危害 电网中的谐波对电能质量的影 响是巨大的 现代电器及电气设备 产生的各次谐波均会对供电电网 造成污染．特别是在大面积集中使 用同一种负载时（如电子节能灯）， 这种污染将十分严重 经实际测 量．目前市场上销售的自镇流荧光 灯（节能灯）的负载电流失真度接 近甚至超过１００％（即谐波电流量接 近和超过基波电流）．试想推广使 用１．５亿只这类节能灯．它将向电 网排放超过１０００万安培的谐波电 流．这将在电网中产生多大的附加 损耗．给电网运行带来多大的安全 隐患 三、电能质量国家标准简介 电能质量标准制定的任务．就 是从当前（或近期发展）的技术水平 出发．确定适当的电能质量指标偏 差的允许值 标准合理与否的判断 准则有三点：（１）基本上能保证电力 中国计量Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ２０１ ０ ９ 系统的安全、连续供电和经济运行： （２）总体上能够保证用户电气设备 的正常用电；（３）电力部门（包括干扰 性用户）在当前技术水平基础上．作 一定的努力应能达标 ＆２０世纪８０年代初开始．国家质 量技术监督局（现国家质检总局）将 制定国家电能质量系列标准列为重 点项目．至２０００年年底已颁布系列标 准５个．即ＧＢ１２３２５－１９９０《供电电压 允许偏差》、ＧＢ１２３２３—２０００《电压波 动和闪变》、ＧＢ／Ｔ１４５４９—１９９３《公用 电网谐波》、ＧＢ／Ｔ１５５４３—１９９５《三相 电压允许不平衡度》、ＧＢ／Ｔ１５４９５— １９９５｛￣力系统频率允许偏差》。上 述５个标准虽然对供电特性作了一 些基本的规定，但尚不全面。进一步 完善电能质量标准体系的工作国内 外都在进行之中 由于不同国家和 地区电力设备装机容量的丰裕程 度、输配电距离的长短、国民经济的 发展速度、无功补偿与调压设备的 满足程度和用户生产的性质等均不 尽相同．所以对电能质量的要求也 不完全一致 目前．国家对电压的监测作出 了规定．其中电压有效值的监测已 经成为强制性规定．电压谐波的监 测也日益受到相关部门的重视．在 此给出国家关于电压标准的概述 １９９０年１２月１日开始实施的国家 标准ＧＢ１２３２５—１９９０．规定了我国电 力系统在正常运行条件下的供电电 压允许偏差范围： １．用户受电端的电压允许偏差 范围 在电力系统正常运行的情况 下．供电企业到用户端的供电电压 允许偏差： （１）３５ｋＶＮ－以上供电的，电压正 负偏差的绝对值之和不超过额定电 压的±１０％ （２）１０ｋＶ及以下三相供电电压（含 ３８ｏｖ）允许偏差为额定电压的±７％。 （３）２２０Ｖ单相供电电压允许偏 差范围为额定电压的一１０％、，＋７％ （４）在电力系统非正常运行的情 况下．用户受电端电压最大允许偏 差不应该超过额定值的±１０％。 （５）用户用电功率因数达不到规 定要求的．其受电端的电压偏差不 受上述限制 （６）对电压有特殊要求的用户，其 供电电压允许偏差由供电协议确定 ２．发电厂、变电所母线电压允许 偏差范围 （１）５００（３３０）ｋＶ母线 正常运行方式下．最高运行电 压不得超过系统额定电压的±１Ｏ％： 最低运行电压不应影响电力系统 同步稳定、电压稳定、工厂的正常 用电以及下一级电压的调节 向空 载线路充电．在暂态过程衰减后， 线路末端电压不应超过系统额定 电压的１．１５倍．持续时间不应超过 ２０ｍｉｎ。 （２）发电厂和５００ｋＶ变电所的２２０ｋＶ 母线 正常运行方式下．电压允许偏差 为系统额定电压的Ｏ％～１０％：事故运 行方式时．为系统额定电压的一５％～ ＋１Ｏ％。 （３）发电厂和２２０（３３０）ｋＶ变电 所的１１０～３５０ｋＶ母线 正常运行方式下．电压允许偏差 为相应系统额定电压的一３％￣＋７％：事 故后为系统额定电压的±１Ｏ％ （４）发电厂和变电所的１０ｋＶ－Ｎ线 应使所带线路的全部高压用户 和经配电变压器供电的低压用户的 电压．均符合上述用户受电端的电 压允许偏差范围 ３．电压合格率 电压合格率是指实际运行电压 在允许电压偏差及电压变动幅度范 围内的累计运行时间与对应的运行 科普长廊 文化篇 统计时间的比值 到国民经济的总体效益 力系统的正常运行：继电保护装置因 １９９４年３月１日开始实施的国家 良好的电能质量无疑对电气设 谐波和负序干扰引起误动造成电网 标准ＧＢ／Ｔ１４５４９—１９９３规定了对公用 备的运行是有利的．但是恶劣的电 大面积停电会造成巨大的经济损失： 电网谐波的要求．公用电网电压谐 能质量对电力系统运行的不利影响 短时间的供电中断或电压跌落可能 波限制值如表２所示 并没有引起人们的足够重视 导致生产混乱和工业冶金产品的大 四、改善电能质量的意义 从危害程度讲．某些电能质量问 量报废甚至危害人身安全 改善电能质量对于电网的安全 题的危害是破坏性的 例如．雷电波 另一方面．某些电能质量问题主 经济运行、保障工业产品质量和科 冲击、电容器和电缆线路投切时因谐 要影响电气设备的性能指标．例如不 学试验的正常进行以及降低能耗等 波谐振引起的过电压往往造成电气 正常的电压和频率偏差会引起异步电 均有重要意义．电能质量直接关系 设备的绝缘和机械损坏．从而影 向电 机负荷的转速和功率变化．导致传动 表２公用电网电压谐波限值 机械的效率降低．使纺织、造纸等产品 的质量受到影响：谐波电流在旋转电 电网标称电压 电压总谐波畸变率 各次谐波电压含有率（％） （ｋＶ） （％） 奇次 偶次 机、输电线路、变压器等输配电设备中 流通使得这些设备因产生附加损耗而 ０．３８ ５．０ ４．０ ２．０ 过热．从而降低设备的寿命或容量 因 ６．１Ｏ ４．Ｏ ３．２ １．６ 此。提高电能质量。保证持续、可靠供 ３５．６６ ３．Ｏ ２．４ １．２ 电已成为发电部门、供电部门和电力 １１０ ２．０ １．６ ０．８ 用户共同关注的问题。田 正确理解压力表零位栅念 口东风汽车有限公司质量保证部计测中心 马万良 关于一般压力表的零位．有很 的压力表（一般为压力表或真空 允许误差的绝对值．“缩格”的大小 多从事压力检定的人员（包括新接 袁）的零位范围。因有止销，所以无 和压力表的准确度等级有关．对应 触．甚至一些从事压力检定多年的 “一’’值．因此．它的范围是不得超过 关系如表１所示。 老师傅）存在着不甚理解或模糊的 允许误差的绝对值 表１ 概念，因此，笔者认为有必要对这 “零位标志”——是指没有止 一问题作一解释说明 销的压力表（一般为压力真空表） 准确度 等级 １．０级 １．６级 ２．５级 计量器具的零位通常都是一 的零位范围。因没有止销，所以有 缩格角度 ２．７ｏ ４０ ６。 个点，是唯一的数值，即“０”值 但 “±”值，因此．它的范围是不得超过 是．一般压力表的零位不是一个 允许误差的绝对值的２倍 这就是我们通常所看到的带 点而是一个范围值．即ＢＧ５２— 由此我们可知．只要指针指在 有止销的压力表．在零位通常比其 １９９９｛弹簧管式一般压力表、压力 这些范围内。就均视为“０”值。这便 他处多“一格”的原因 真空表和真空表》检定规程中所 是一般压力表、压力真空表和真空 “零位标志”标注的原则是应 指的“缩格”及“零位标志” 因此． 表零住的完整概念 等于允许误差的绝对值的２倍 我们可对“缩格”及“零位标志”作 实际上．“缩格”及“零位标志” 通常情况下．没有止销的压力表 如下定义： 一般均已在表盘上标注好了 “缩 的零位上下用着重黑线区域表 “缩格”——是特指带有止销 格”标注的原则是应等于（或小于） 示。田 ２０１ ０．９中国计量Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ５９
