电能质量频率、电压以及电压的不对称性和非正弦性标准

电能的质量标准有频率、电压以及电压的不对称性和非正弦性标准。

1、频率质量

频率标准和容许偏差。频率是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只有一个频率。我国和世界上大多数国家电力系统的额定频率为50HZ。大多数国家规定频率偏差在±0.1～0.3HZ之间。在我国，300万KW以上的电力系统的频率偏差规定不得超过±0.2HZ；而300万KW以下的小容电能质量电力系统的频率偏差规定不得超过±0.5HZ。

由于大机组的运行对电力系统频率偏差要求比较严格，因此有些国家对电力系统故障运行方式的频率偏差也作了规定，一般规定在±0.5～±1HZ之间。超过允许的频率偏差，大机组将跳闸，这不利于系统的**稳定运行。

频率变化的原因。在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功能不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出力的变化同样也将引起系统频率变化。在系统有旋转备用容量的情况下，发电厂出力能通过频率调节器较快地适应负荷的变化，因此负荷变化引起的频率偏差值较小。若没有旋转备用容量，负荷增大引起的频率下降较大。电力系统的负荷始终随时间在不断地变化，要随时保持发电厂的有功功率与用户有功功率的平衡，维持系统频率恒定，因此，电力系统应具有一定的旋转备用容量，一般运行备用容量要求达到1％～3％。

低频率运行的危害。电力系统低频率运行对发电厂和用户都会产生不利影响。系统低频率运行时将产生以下不利的影响：汽轮机低压级叶片将由于振动加大而产生裂纹，甚至发生断落事故；电厂中所有的交流电动机的转速相应降低，使给水泵、风机、磨煤机等辅助机械的出力相应降低，严重影响火力发电厂的出力，促使频率进一步下降，引起恶性循环，甚至可能造成全厂停电的严重事故；同时，所有用户的交流电动机的转速也要降低，工农业的产量和质量将不同程度地降低，例如频率降到49HZ以下时，纺织品、纸张将发生毛疵和厚薄不匀的质量问题。

高频率运行对系统本身和用户也将产生不利影响，如使系统电压升高对绝缘不利，增加用户和系统的损耗等。

防止系统低（高）频率运行的对策，主要是提高日负荷曲线预测精度，使计划开机的发电出力与实际的负荷偏差较少；充分发挥AGC的功能，严格要求在正常运行方式下系统频率偏差不大于规定值。在故障情况，系统频率下降时，动用系统旋转备用容量，进行低频率减负荷，自动切除部分次要负荷；当频率升高时，快速减少发电机出力，甚至进行高频率切机，使系统频率尽快恢复在额定值附近。目前，多数电力系统高峰容量不足，可能出现低频率运行。在这种情况下，可用适当的峰谷电价差，鼓励用户避开高峰用电或少用电；用电大户在实行计划用电的电网中不超指标用电。要保证系统频率质量。只有电力部门和用户共同努力才能实现。

2、电压质量

供电电压标准及容许偏差。我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定为：①低电压220V／380V，用于照明用户时允许偏差＋5％～－10％；用于其他为±7％。②高电压10KV，10KV及以下允许偏差为±7％；对特殊用户有35KV、110KV供电的，允许偏差为±5％。

电压偏离额定值的原因。电力通过变压器和线路输送将产生电压降，使受电端电压较送电端电压低一定数值。一般情况下，离电源越近，负荷越小的用户，电压降越小；反之，电压降越大。用户消耗的功率包括有功和无功，如果用户所需无功经变压器和线路送来，则会产生较大的电压降，使用户电压偏低，用户吸收的无功越大，则用户端的电压越低。用户的用电功率因素将直接影响用户本身的电压质量。

用电设备低电压运行的危害：①将使电动机的电流过大，线圈温度过高，甚至使电动机拖不动或无法起动，进而烧坏电动机；②电灯发暗，日光灯起动困难；③线路损耗增加；④在电网枢纽变电所和受电地区的电压降低到额定电压的70％左右时，将可能发生电压崩溃事故，即用户消耗的无功稍有增加，线路电压降加大，使受电动区电压下降，这样又进一步造成线路电压降增加，如此循环下去，将导致甩掉大量负荷，造成大面积停电。

用电设备高电压运行可使用户设备（如灯泡）寿命降低，电动机发热，损耗增加。

提高电压质量的措施：①采取无功补偿措施，做到无功分级即各个电压等级、分区平衡，即每个电压等级发出的无功与消耗的无功平衡，每个地区发出的无功与消耗的无功平衡，尽可能减少无功远距离输送。做到在负荷点装设无功补偿设备。无功补偿设备可以是电容器、静止无功补偿器等。②由用户装设适当的电容器，提高用户的功率因数在0.9以上。集中装有电容器的大用电户应注意：在小负荷时切除部分电容器，以避免电压升高和向电网送无功，引起网损增加。用户*好装设跟踪无功负荷的自动投切电容器或静止无功补偿器。③在负荷密集的地区变电站采用带负荷调压的变压器。

3、电压的不对称性和非正弦性

在现代的用电设备中，出现了换流一整设备、变频一调速设备、电弧炉、电气机车、电视机等非线性负荷。它们不但引起电压波动而且造成电压的不对称性和非正弦性。

电压的不对称性系指三相电压间的不对称。根据对称分量法，不对称的三相电压可分解为对称的正序、负序和零序分量。

电压的非正弦性是指电压波形的畸变。根据傅立叶变换。非正弦的电压可分解为基波（50HZ）电压和一系列高次谐波电压。总谐波电压是所有高次谐波电压的均方根值之和。我国对供电的谐波电压和电流允许值作了规定。以10KV的电网为例，总的电压谐波畸变率（GHD）应小于4％，奇次谐波应小于3.2％，偶次谐波应小于1.6％；而各次谐波总的电流允许值见表8－1。

表8－1各次谐波电流允许值

谐波次数234567

电流允许值（A）262013208.515

注：短路容量以100MVAR为基准。

用户和供电部门共同努力才能保证电网谐波在允许范围。电网谐波如果不治理，将导致电气设备寿命缩短、网损增加、仪表指示不准、干扰通信线路，甚至引起继电保护和自动装置误动。