浅析10KV配电网电能质量及改善措施

浅析10KV配电网电能质量及改善措施

摘要：本文概括性的介绍了日益引起人们关注的电能质量问题及电能质量的主要指标，分析了电能质量下降的影响及危害。总结了常用的电能质量的分析监测方法及国内外研究现状。最后提出改善10KV配电网电能质量的主要策略与措施。

关键词：配电网；电能质量；电网；谐波；影响

1、电能质量问题的由来

由于电力系统电源的不断发展，电力生产由计划经济逐渐转变为向市场经济，众多用户对电能质量的要求也越来越高。同时，对群众生活的供电是一种公益事业，保证良好的供电质量促进社会文明、安定的重要因素。电能质量已经逐渐成为全中国乃至全世界共同关注的重要问题，电能质量的问题已经成为电工领域的研究重点。实际上电能质量就是供电电压特性，即关系到用电设备工作（或运行）的供电电压各种指标偏离理想值（额定值或标称值）的程度。

2、电能质量主要指标

①电压偏差；②谐波含量；③频率偏差；④三相电压不平衡；⑤电压波动和闪变；⑥暂时过电压和瞬态过电压；⑦电压暂降；⑧波形缺口。电网的结构、系统无功补偿设备和调压、调频手段以及电网调度的合理性决定了电压偏差和频率偏差。

3、电能质量的主要影响及危害

（1） 供电电压偏差

电压偏差将产生以下影响：照明设备的发光和寿命；电动机的力矩、转速、发热、工效以及产品质量；变压器的发热、温升、损耗；并联电容器无功出力、寿命；家用电器如电视机的视感、寿命；电子计算机和控制设备不正常等。

（2） 电力系统频率偏差

电动机转速变化，影响纺织、造纸等产品质量；传动机械出力变化，影响生产效率；对测量、控制和计时等电子设备精度和性能影响；使感应式电能表计量误差加大；影响发电机和电力系统安全；冲击负荷对近区电网的危害。

（3） 谐波

谐波降低电力设备的利用率，使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器）以及导线（如低压中性线、电缆、母排等）过载运行（发热、振动、异常声响等），

缩短使用寿命、增加线损；降低断路器遮断容量；干扰继电保护、自动装置和计算机系统；使电子设备工作不正常；使测量和计量仪器（感应式电度表）、仪表误差加大；降低信号传输质量，干扰通信系统；增加电力网中谐振可能性，诱发过电压或过电流的危害；减少白炽灯使用寿命。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；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

（4） 三相电压不平衡

引起电机附加发热，并引起二倍频的附加振动力矩使电机负载能力降低引起以负序分量为启动元件的多种保护误动作；换流设备产生附加的谐波电流（非特征谐波）；变压器负载能力下降；在低压配电线路中，引起照明灯的寿命缩短或烧损、电视机损坏、中性线过负荷等；引起线损及线路电压损失增大等。

（5）暂时过电压和瞬态过电压

使设备绝缘破坏，引发事故。

（6）电压波动和闪变

引起照明灯光闪烁，引起人的视觉疲劳；电视机屏幕图像失真、摆动翻滚和亮度变化；电动机转速不均匀、振动、异响，影响产品质量；电子计算机、监测和控制设备等工作不正常。

（7）电压暂降（包括短时中断）

引起变速驱动装置（ASD）跳闸、程序逻辑控制器（PLC）损坏、各种数字式自动控制装置误动、计算机系统失常，数据丢失；导致相关加工生产线（例如塑料、玻璃、石化、纺织、造纸、半导体以及橡胶等）停顿，大型场所照明失电（例如镝灯，灯灭后需冷却好几分钟后才能启动）等等。

近几年由于继电保护误动、电气设备损坏以及通讯干扰事故发生了许多电能质量的纠纷，逐渐下降的电能质量严重影响了人们的正常生产和生活。假如不想办法及时解决电能质量问题，将会造成严重的经济损失。例如：

1～2周波供电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。电能质量关系着电网的安全经济运行，是工业产品质量的保障，是人们日常生活所必须的支撑，更是关系着国民经济的总体效益。是实现节约型社会的必要条件之一。

4、电能质量的监测方法、标准

4.1电能质量的监测方法

电能质量的指标检测有专项检测和连续检测这两种方法，专项检测主要适用于不需要连续检测或者干扰源设备接入电网前后的检测；而连续检测主要适用于频率偏差和供电电压偏差指标。

此外，电能质量指标连续检测点的设置应该覆盖主网以及所有供电电压等级，并且在电网内均匀地分布。4. 2电能质量监测标准

世界上各个国家所制定的谐波标准大部分都比较相似，我国的国家监测标准发展为：

（1）GB 12325-1990 《供电电压允许偏差》。

（2）GB/T 149-1993 《公用电网谐波》。

（3）GT/T 153-1995 《三相电压允许不平衡度》。

（4）GB/T 15945-1995 《电力系统频率允许偏差》。

（5）GB 12326-2000 《电压允许波动和闪变》。（此标准是在GB 12326-1990 《电冶允许波动和闪变》的基础上，参考了国际电工委员会IEC电磁兼容IEC6100-3-7等文件和标准修订后重新颁布实施的）。

（6）GB/T 18481-2001 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》。

在分析谐波时，常用到（HRU）和（（HRI）这两个指标。

5、电能质量分析方法

电能质量问题的主要分析方法包括时域﹑频域和基于数学变换的分析方法三种。在这其中包括了经典的傅里叶变换，新兴起的小波变换，神经网络法等，近年来，许多数学分析方法以及在电能质量领域中有了广泛的应用，比如自动识别复杂系统中的电能质量扰动类型，分析谐波在网络中的传播等。6、改善策略与措施

10kV配电网络主要存在着供电质量差、功率因数低以及线损大等弊端。主要从以下两方面来改善：

6.1 抑制谐波

抑制或减缓谐波通常可以分为预防性和补偿性两种。一方面预防性措施包括：①通过增加整流器的脉动数或者采用可控的整流来整流器的谐波；②对于供电设备，如电容器﹑发电机﹑变压器等，采取在设计﹑制造﹑配置等方面减少谐波。另一方面补偿性措施包括：①改变馈线参数；②采用滤波器、比如在变电站l0kV的母线上加装谐波补偿装置。通常的谐波补偿装置有无源滤波器、有

源滤波器以及混合滤波器。

6.2无功功率平衡及优化补偿

为了提高配电网的功率因数，降低线损，改善电压质量，最有效的手段是在受电端加装并联电容器补偿装置，再按照电压和功率因数的情况，自动的投切电容器组，控制无功潮流就地平衡。采取配电变压器随器补偿以及配电线路分散补偿相结合的方式，以此取得降损节能效果，并获得综合经济效益。

7、国内外研究现状

二十一世纪以来，电能质量分析与补偿技术作为电力技术的一个重要部分，其研究取得了很大的进步，有众多种分析谐波的方法都基于数字技术并在下面的领域中得到了广泛应用：

⑴分析谐波在网络中的传播；

⑵分析各种扰动源引起的波形畸变；

⑶分析开发的各种电能质量控制装置在提高电能质量方面的作用[2]。

近年来，由于电子技术又尤其是数字电子技术的迅猛发展，已经有很多的仪器能够针对谐波进行连续的测量，从而提供有用的信息，给谐波的分析工作带来了很多的便利。目前的研究上，谐波抑制的趋势是采用有源滤波器。在国际上受到广泛的重视，已经在日本等国获得广泛应用。

近来，国外又提出利用电力电子控制器来提高配电网的电能质量，这掀起了研究“用户特定电力”的高潮。时域仿真、频域分析等各种数字技术以计算机的发展为基础，在开发新型电力电子控制器上得到了广泛应用。

参考文献

[1] 杨廷强，翁利民. 电能质量及其改善措施的研究[J]. 电气工程应用. 2006（1）： 11-14.

[2] 肖湘宁，徐永海. 电能质量问题剖析[J]. 电网技术. 2001， 25（3）：66-69.

[3] 党存禄，吴青峰. 分布式电源对配电网电能质量的影响及其改善[J]. 电力电子技术. 2013， 47（11）： 58-60.

[4]Dugan R C，McDermott T E，Ball G J. Planning for distributed generation[J].Industry Applications Magazine IEEE，2001，7（2）：80-88

[5] 马晓春. 公用电网电能质量及其改善. 华北电力技术，1998，12：49-52.

[6] 林海雪，孙树勤. 电力网中的谐波. 北京：中国电力出版社，1998，3-78.

[7] 林海雪. 现代电能质量的基本问题. 电网技术，2001，25（10）：5-12.