电能质量分析范文

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1、电能质量分析仪 ，是对电网运行质量进行检测及分析的专用便携式产品。

2、可以提供电力运行中的谐波分析及功率品质分析，能够对电网运行进行长时间的数据采集监测。同时配备电能质量数据分析软件，对上传至计算机的测量数据进行各种分析。

3、电能质量分析仪主要由五部分组成，分别为测量变换模块、模数转换模块、数据处理模块、数据管理模块以及外围模块。

（来源：文章屋网 ）

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随着经济的快速发展，电网中非线性负荷用户的比例不断提高，由此而产生的供电电能质量严重下降，表现得越来越突出。电能质量严重超标正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行，严重的影响电力企业及广大用户的经济效益。

这种现象在山东荷泽110kV成武站表现十分严重，它不但使变电设备的安全运行无法保证，而且影响到当地的企业生产用电和居民生活用电。为此2002年在该站安装了电能质量监测系统，对10kV母线的电能质量进行连续的监测。

1110kV成武站电能质量在线监测系统介绍

为了加强对电能质量的管理和监控，2002年荷泽供电公司建立了变电站电能质量在线监测系统，并选择谐波问题严重的110kV成武变电站进行实时在线监测。此前，该站经常烧TV保险，曾多次发生过TV爆炸的事故，存在严重的谐振现象。

采用电能质量在线监测仪进行实时监测，该装置主要有以下几种监测和统计功能：

·三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率；

·三相电压、电流总谐波畸变率；

·三相有功、无功功率及其方向；

·总的有功、无功功率，功率因数及相位移功率因数；

·电网频率、线电压、电压偏差；

·电压不平衡度、负序电压、负序电流。

电能质量在线监测单元，安装在110kV成武变电站10kVII段母线，服务器安装在监控中心，是集通讯/数据库/Web于一体的服务器，与变电站监控单元间通过光纤进行通讯传输数据，同时监控数据通过Web服务器对MIS系统开放，支持Web浏览方式，做到数据共享，公司所有局域网内的微机，均可通过Web浏览进行访问，查看电能质量分析的各种报表和数据，了解监测点的电压、电流波形、各次电流电压的谐波分量等电能质量情况。

2变电站概况及监测结果

该变电站有主变压器2台，容量均为31.5MVA，110kV母线、35kV母线、10kV母线均分段并列运行，有并联补偿电容器一组，容量为2700kvar，正常运行方式为#2主变带全站负荷。负荷主要是周围一些工厂的工业用电、城市生活用电及周围农业负荷。工业用电主要集中棉厂、纱厂、变压器厂、化工厂和木材加工厂等，这些也是该站主要的谐波源。

经过3个月的连续监测，对数据进行了统计，该监测点监测数据的部分统计报表，见表1~6。

3对电能质量的分析

根据监测数据和结果分析：

①从谐波电压总畸变率报表4可看出，该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%，实际情况为三相总畸变依次为：6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置，10kV电容器应进行容量及参数计算，适当改变电容参数，避免产生谐振，防止谐波对电容器造成损坏。对该站以后新增负荷时，应严格控制谐波源，以免谐波分量进一步提高，给电网造成较大的安全隐患。

②从各次谐波电压畸变率水平报表1可见：3次谐波含有率较高，A相为6.7%，其次是5、7次谐波，这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择，有重要的参考价值。

③谐波电流均不超标，主要谐波频谱为：3、5、7、9次，这为谐波治理提供了基础数据。

④根据①②③可判断，该监测点存在严重的3次谐波谐振现象，应改变系统运行方式，分析并联补偿电容器对谐波的影响。

⑤根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断，该站10kV母线安装的并联无功补偿装置，其基波无功功率偏大（各种工况下功率因数基本保持1，某些工况下出现少量的无功倒送），因此，整体10kV母线电压偏高。

⑥根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断，检测中出现过大的电网冲击，10kV母线接有大的冲击性负荷，或出现B相经中间物接地现象（出现过很高的零序、负序电压）。

⑦根据电压偏差可知各相电压合格率，A相2.69%，B相97.8%,C相94.6%，A相合格率较低，且绝大部分为正偏差。

由以上分析可看出，该变电站存在严重的谐波污染，3次谐波存在谐振，并且10kV并联补偿电容器对谐波有放大作用，应调整其运行参数。

4影响电能质量的因素及其对策

影响电能质量的主要因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器，它们可分为以下几类：①电力电子装置，这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频可程中产生大量的谐波；②电弧炉，如炼钢用的交流电弧炉；③家用电器，如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等；④高新技术应用的多种设备，如电子计算机，功率调节器、节能灯等。对110kV成武站来说，周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源，其次是大量城市生活用电设备等。

谐波不但影响用户设备的正常运行，而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响，应改进自动化装置的制作工艺和工作原理，加强装置的抗干扰能力，防止装置误动作。但这对改善电网的电能质量并无任何作用，只能是减少电网谐波对自动化装置影响，因此电能质量的治理，应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数，降低或消除谐波谐振。

①对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以装用谐波滤波器来降低谐波电流。

②对于特殊需要的用户，可装用隔离变压器：限制均衡的三次谐波，可以采用一台D，yn接法的隔离变压器。

③安装有源的谐波调节器：在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯的正弦波。这种滤波设备的工作，靠数字信号处理(DSP)技术，控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器日益推广应用。

④对于电网，应优化电网参数，改变运行方式，优化无功补偿的安装地点、方式和容量，消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。

为了改善110kV站的电能质量状况，对该站采取了一系列措施：

·在10kVTV、35kVTV的一次侧中性点加装非线性电阻；

·在10kV母线加装消谐装置；

·在#2主变35kV侧中性点加装消谐装置；

·改变10kV并联补偿电容器的参数，消除谐振，减少对谐波的放大作用。

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PS4000不仅能够测试电压、电流、功率、功率因数、频率、周期、谐波等电量值，而且能够测试电压或电流的浪涌、跌落、冲击、电压尖峰等瞬态量值，从而为用户快速判定供电质量的优劣，或者为展示产品电源质量提供一个依据。该仪器可以同时适用商用和工业用电源，是现代测试仪器中一款性能优越，携带方便的电能质量仪器。

1　PS4000的主要特点

新型PS4000电能分析仪具有以下优异的测试功能：

可测试并捕捉浪涌、跌落、冲击、尖峰信号；

可分析每一个通道从1次到63次谐波分量的电压／电流幅值和相位?

可同时分析所有通道的电压、电流、功率、功率因数、频率、能量、通断周期、能量高峰期、花费等参数值?

能够连续显示每秒测量值?

具有完全的按键操作和菜单式界面?

可连续工作8～10个小时，使用充电器后可以持续使用。

    PS4000可以对三相电路中的三个电压和四个电流同时进行浪涌、跌落、尖峰、谐波、电压、电流、功率、功率因数、频率、周期等参数的分析和监测，测试的数据可以上传到计算机以图形或表格的形式显示。该仪器配有专业的分析控制软件，可以对PS4000进行远端监控，特别适合于对电网质量，大型供电设备，家用电器等电源质量进行分析，是电力专家所钟爱的产品。SUMMIT公司的电能分析仪被世界很多国家的用户使用，美国前电网编辑曾这样描述：“我见过很多的分析仪，但是，这个产品给我留下了真正深刻的印象，PS3000已经是一个很坚固的小型器件，而新型的PS4000则提供了更专业的电能质量分析功能。”与它配套使用的电压、电流探头能够直接和1到15000V电压以及10mA到6000A的电流相接。通过输入调节比与PT和CT的结合，可提供更高、更大的电压电流测试。除了在室内监控外，PS4000还可以安装到Weather－resistant外挂箱上，以便能够在室外进行无人监控。另外，PS4000的“连接检查”特点更便于操作者正确连接电路，而且各种配套的附件不需要另外供电。

PS4000包含前一产品PS3000的全部测试功能，PS3000已经使用了8年，产品遍布7大洲。客户对Powersight分析仪具有很高的评价，特别是在使用简便、性能可靠、可提供及时有效的技术支持等方面。SUMMIT总载曾说：“从上一次我们为一块因跌落而损坏的仪表检修后，到现在已经六年了，它依然完好，据我所知，我的表甚至还在南极考察站使用”。

2　PS4000测试瞬态量

实际上，绝大多数的客户都特别关心PS4000的瞬态测试功能，而这也正是PS4000优于PS3000和PS250之处，因此，笔者希望通过本文使更多的人能够熟悉PS4000的功能，让PS4000给电能分析带来更多方便。

当分析瞬态参数时，PS4000能够随时监测每相浪涌、跌落、冲击和电压尖峰信号，并随时记录信号类型、发生时间、到达峰值、持续时间等，同时可捕捉并存储最坏的一个信号，以及为以后的故障分析和判断提供依据。

2．1 每相电压／电流的浪涌和跌落值测试

在进行电路的浪涌和跌落分析时，PS4000可提供以下三种记录方式：

记录浪涌／跌落事件；

记录浪涌／跌落图形；

记录浪涌／跌落波形。

（1）记录浪涌／跌落事件

    如果在信号监测时间段里，浪涌出现一次，PS4000就认为有一个浪涌事件发生，出现两次，PS4000就认为有两个浪涌事件，以此类推……，当有事件发生时，PS4000将记录这一事件的发生日期、发生于哪个相线、属于浪涌还是跌落信号、信号的幅度以及信号持续的时间等信息。

PS4000的显示方式主要有两种：第一种为列表显示，每一行显示一个事件，其显示方式如图1所示；第二种为图形显示，这种方式以时间为横轴，在纵轴上显示信号的幅度和持续时间，其显示方式如图2所示。

（2）记录浪涌／跌落图形

当有浪涌或跌落事件发生时，PS4000将大致地给出浪涌或跌落信号的图形。图形从发生浪涌／跌落的前2个周期开始，持续10个周期，直到检测到下一个1／2周期来临再没有浪涌／跌落发生且持续1秒的时间为止。图形中将显示浪涌／跌落发生的时间以及每半个周期的RMS值。参见图3。由图3可见，图形的上半部将显示关键的信息，如事件的发生时间、持续时间、信号属于三相中的哪一相、信号的幅度大小等。如果发生了电压浪涌，那么和它同相的电流信号也会显示在同一张图中。

（3）记录浪涌／跌落波形

浪涌／跌落波形是对浪涌／跌落事件的一个详细描述，它们开始于事件发生前的两个周期，持续10个周期，如果事件的持续时间超过10个周期，波形中将记录最近的10个周期。如果监测的时间段内不是只有一个事件发生，PS4000将存储最坏的浪涌／跌落波形。这种方式在显示时，在波形的上方将显示事件发生的时间、相线、信号幅度和信号持续时间等。如果发生的是电压浪涌 ／跌落，那么同相线的电流信号也会显示在同一张图中。

2．2 监测高速瞬态信号

高速电压／电流瞬态信号的产生一般与被测线路本身无关，大都是由闪电、突然短路，开关拨动等原因引起的，它们的幅值会在瞬间窜到很高，持续时间也相当短，一旦这样的信号超过了定义的触发门限，PS4000将捕捉到这个信号。触发门限分为 “绝对值门限”和“相对值门限”两种。

当设置为绝对值门限时（比如设到180V），那么，在监测开始以后的任何时候，只要信号的幅值超过了＋180V或－180V，这个信号就会被捕捉并被记录下来。如果设置为相对值门限，比如20V，PS4000将以正常情况下的波形作为参考，在这种情况下，当实际波形幅度高于或低于同一点的正常波形幅度20V以上时，PS4000将捕捉记录这个信号。

在进行瞬态信号监测时，PS4000可提供瞬态事件和瞬态波形两种记录方式。

    （1）瞬态事件

在这种记录模式下，PS4000将记录瞬态事件的发生时间、发生相线、峰值大小和持续时间。与浪涌／跌落测试的显示方式一样，瞬态监测的显示也包括表格显示和图形显示两种方式。

（2）瞬态波形

瞬态监测时的瞬态波形可以详细地记录瞬态事件信息，它们将持续50ms，并在事件发生前的一个周期开始记录，同时可在整个监测时间里捕捉最坏的一个信号。

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关键词：电能质量；分析；改善；措施；研究

Key words： power quality；analysis；improvement；measures；research

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）34-0127-02

0 引言

与煤炭、石油相比，电能的应用程度越来越广，被用在动力、照明、通信、传媒等各大领域，几乎任何一个领域都离不开电能，电能的应用程度是一个国家科技和经济水平的重要标志。电能质量指的是电网中各点电压或电流的幅值、频率、波形等参量符合标准的程度，一般通过电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、电压暂降和上升五个指标反应出来。其中，前两项指标在一定程度上取决于电网结构、电网调度、调频方式、系统无功补偿设备和调压所决定。从电能质量的概念充分体现出电压波动的影响以及改善电能质量的意义。鉴于此，下文将重点解析如何改善配网的电能质量措施。

1 电能质量的概念

电能质量是衡量电力企业基于公用电网为电能用户端提供的交流电能的品质特性。从理论层面来讲，通过公用电网输送到用户端的电能，其频率、正弦波形必须是恒定的，并且必须是标准电压。但实际生活中，有谐波源、冲击负荷和不对称负荷接入电网，通过下列几个名词可以对电能质量的概念有更深入的理解：

①电压质量：实际电压和理想电压的偏差。通过电压质量可以衡量电力企业向电能客户输送的电能合格与否。

②电流质量：该指标反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，实际运行中对电流波形与供电电压相位有非常严格的限制条件，以确保高功率因素运行，提高电能质量，降低线损。

③供电质量。该指标反映电压质量和供电可靠性，供电企业从客户投诉的反映速度来侧面衡量供电质量。

2 电能质量主要问题及其影响

电能质量的主要问题体现在电压波动、电压跌落以及谐波的影响。

2.1 电压波动的影响

电压波动的影响体现在以下几方面：

①电压波动造成较高输出精度要求的仪器设备其精度达不到要求。

②电压波动会导致使用电能的计算机等设备工作状态异常。

③电压波动造成电热设备运转不正常，当电热设备的电压低于额定电压时，延长升温时间，造成供热量减少；当电热设备的电压低于额定电压时，缩短发热元件的寿命。

④电压波动会导致荧光灯亮度忽明忽暗，如果电压波动幅度较大，会使荧光灯有闪烁感。

⑤电压波动会严重影响异步电动机的转矩、转差率、负荷电流，导致转速时快时慢或负载运转。

2.2 电压跌落的影响

电压跌落的影响体现在以下几方面：

①电压跌落会造成敏感控制器的误动作，从而引起跳闸；造成计算机系统失灵；造成自动化装置停顿或误动作；造成由变频调速器停顿而引发的接触器脱扣或低压保护起动等现象；造成电动机、电梯等停顿，严重时造成人员伤亡、经济损失或设备毁坏。

②电压跌落对供电过程的影响比较严重，并且会造成不小的经济损失，几个周期的电压跌落会导致部分设备运转异常，造成产品质量下滑，严重时会直接导致整个生产线陷入混乱。此外，计划断电后供电秩序会按计划有序恢复，所造成的损失是可控的，但是电压跌落后是无序起动，所造成的损失有时是无法控制的。

2.3 谐波对电气设备的影响

谐波对电气设备的影响体现在以下几方面：

①旋转电机遭受谐波干扰时，通常会产生附加损耗，并伴随振动、噪声和谐波过电压等现象。

②当电容器遭受谐波干扰时，通常会出现电容器局部放电现象，并且电容器介质会加速老化，服务年限大大缩减。经由电容耦合、电磁感应和电气传导的谐波干扰，会使通信线路产生感应电流，在某些状况下会对通信设备以及人员安全造成重大威胁。

③变压器遭受谐波干扰时，会产生较大的噪声，在谐振条件下谐波电流会对变压器造成一定的破坏作用，引起变压器绕组附加损耗、外壳、外层硅钢片以及个别紧固件发热，严重的会造成局部过热。

④遭受谐波干扰时会出现拒动或误动现象。在衰减时间较长的暂态过程中（如变压器合闸涌流中的谐波分量），继电保护和自动控制装置的谐波分量和谐波含量都会有一定幅度的增大，极易引起继电保护误动作。

3 改善电能质量的意义

电能质量影响电力系统的稳定性和可靠性，改善电能质量势在必行。改善电能质量的意义可总结为：

①改善电能质量有助于提高输电系统的安全性和稳定性，以确保其可靠运行。从这点来看，改善电能质量无疑是衡量电网安全性以及供电管理水平的重要参考指标。

②改善电能质量能够为国民经济总体效益的提升、用电效益节能、线路损耗的控制、供电管理环境的优化以及工业生产提供可靠的技术保障。

③改善电能质量是在电力改革大环境下，电力企业为适应市场发展形势和电力竞争而采取的有效手段。

④改善电能质量有助于维持产业生产秩序，同时能够为电力用户提供安全可靠的电能。

4 改善配电网电能质量的措施

本文从以下三个方面提出改善配网电能质量的措施：

4.1 提高电压合格率的措施

①严格按照电力规划安排变电站位置，缩小供电半径，调整配电网的接线结构，使供电范围更加合理。

②通过改造配电网，加大配电网导线型号。

③对110kV及以下电压等级的变电站至少采用一级有载调压，加强无功补偿工作的管理力度，做好配电网无功平衡、电压质量的监测，开展无功电压问题的分析研究，使电网结构、无功潮流分布、有载调压装置和无功补偿设备、就地自动调压和无功就地自动投切装备符合无功电压质量管理的有关要求。

4.2 抑制电压波动与闪变的措施

在现代电网结构中，必须借助现代化无功电压补偿装置抑制电压闪变。目前最具代表性的无功电压补偿装置主要是静止无功补偿装置以及新型无功发生器。

静止无功补偿装置能够对电压闪变进行快速、动态的无功补偿。它可以对动态无功负荷的功率因数进行矫正；对电压波动进行优化调整，以确保电力系统的静态/动态的稳定性。它还可以降低过电压，降低闪烁频率，使电压和电流平衡运行。

新型无功发生器，通过与系统进行双向无功功率交换，以维持电压恒定，可实现从感性到容性全范围内的连续调节，使得其无功输出相当于同容量静止无功补偿装置的1.4-2.0倍。同时，大幅度减少变压器分接头的切换次数，进而减少由此引起的分接头故障次数，减了事故的隐患和故障损失。

4.3 抑制谐波的措施

改善配电网的电能质量，在抑制谐波上，我们可以考虑通过两种方法来达到目的：一种方法我们可以考虑根据谐波检测结果对谐波超标的负荷进行综合治理；另一种方法在实际工作中，应该在变电站的母线上加装谐波补偿装置达到抑制谐波的效果。常见的谐波补偿装置分为三类：无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器。根据工作需要，选择适合的谐波补偿装置抑制谐波，达到改善配电网电能质量的目的。

5 结束语

电能质量对人们的生产、生活及经济和社会的影响越来越大，电力负荷容量与数量的增加、客户对电网的电能质量提出的要求越来越高和客户对停电容忍度的降低，从各个方面体现了电能质量影响到人们的生产、生活和社会的经济发展。文中从提高电压合格率、抑制电压波动与闪变和抑制谐波这三个方面，提出了改善配电网电能质量的措施，从而为电力客户提供更优质的电能。

参考文献：

[1]王辉华.配电网电能质量提升研究[D].浙江：浙江大学，2012.