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1、Friday,February 10,2023Friday,February 10,2023供电安全与电能质量概念与相关标准全有文档电能质量的定义电能质量的定义电能质量通常指公共电网供给用户受电端的电能质量通常指公共电网供给用户受电端的交流电能质量。交流电能质量。IEC标准定义：电能质量是指供电系统在正标准定义：电能质量是指供电系统在正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性。物理特性。IEEE给出的电能质量问题的一般解释：给出的电能质量问题的一般解释：在在供电过程中导致电气设备出现误动作或故障供电过程中导致电气设备出现误动作或故障损坏的任何异常现象
2、。损坏的任何异常现象。2/10/20232/10/20232 2电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准过电压过电压(overvoltage)(overvoltage)欠电压欠电压(undervoltageundervoltage)谐波谐波(harmonics)(harmonics)间谐波间谐波(interharmonicsinterharmonics)电压跌落电压跌落(sags)(sags)电压中断电压中断(interruptions)(interruptions)电压上升电压上升(swells)(swells)电压瞬变电压瞬变(transients)(transients)电压缺口电压缺口
3、(notches)(notches)电压波动和闪变（电压波动和闪变（fluctuations and flicks)fluctuations and flicks)描述电能质量干扰的术语：描述电能质量干扰的术语：IEEE2/10/20232/10/20233 3电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压跌落（电压跌落（sags）最常见的电能质量问题最常见的电能质量问题 定义：电压或电流有效值降至额定值的定义：电压或电流有效值降至额定值的10%-90%，持续时，持续时间为间为0.5个周期至一分钟。个周期至一分钟。系统中常见典型的电压跌落持续时间一个周波到一秒钟的系统中常见典型的电压跌落持续时间
4、一个周波到一秒钟的时间，通常持续几十毫秒至几百毫秒。时间，通常持续几十毫秒至几百毫秒。持续时间超过一分钟的电压降低称为持续时间超过一分钟的电压降低称为“欠电压欠电压”2/10/20232/10/20234 4电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准导致电压跌落的原因导致电压跌落的原因远端线路故障或设备中某处发生故障或者短路远端线路故障或设备中某处发生故障或者短路：故障切除故障切除/重合闸之前的一段时间内，电压会受重合闸之前的一段时间内，电压会受影响而下降影响而下降 大负荷设备启动大负荷设备启动：如电动机或者电阻加热器，：如电动机或者电阻加热器，电机在其加速至额定转速的过程中会产生电机在其加速至
5、额定转速的过程中会产生1.55倍于其额定电流的启动电流；而电阻加热器在倍于其额定电流的启动电流；而电阻加热器在达到额定温度的升温过程中的电流是其额定电达到额定温度的升温过程中的电流是其额定电流的流的1.5倍；电冰箱或空调压缩机启动时产生的倍；电冰箱或空调压缩机启动时产生的起始冲击电流在住宅线路中引起电压跌落起始冲击电流在住宅线路中引起电压跌落输电网络的潮流转换开关操作。输电网络的潮流转换开关操作。2/10/20232/10/20235 5电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压跌落对设备造成的影响电压跌落对设备造成的影响 电压不足电压不足电压幅值过低，电能不能满足负荷需求，负荷停运。典型敏
6、感负荷中，通过电压幅值过低，电能不能满足负荷需求，负荷停运。典型敏感负荷中，通过电力电子开关得到脉冲直流，并通过大电容使其成为平缓直流波形输出给负电力电子开关得到脉冲直流，并通过大电容使其成为平缓直流波形输出给负荷。电压跌落严重时，整流电容不能输出平缓的电压波形，甚至出现断流，荷。电压跌落严重时，整流电容不能输出平缓的电压波形，甚至出现断流，当电压跌落低于临界值时，负荷不能正常工作当电压跌落低于临界值时，负荷不能正常工作不平衡继电器误动作不平衡继电器误动作电压跌落通常是不对称的（仅影响单相或两相）。不对称电压持续时间很短，电压跌落通常是不对称的（仅影响单相或两相）。不对称电压持续时间很短，不会
7、使电动机和变压器过热而损坏。如果所安装的不平衡继电器的动作时间不会使电动机和变压器过热而损坏。如果所安装的不平衡继电器的动作时间过短，会因电压跌落产生的电压不平衡而动作，切除线路，使设备停运过短，会因电压跌落产生的电压不平衡而动作，切除线路，使设备停运快速响应继电器误动作快速响应继电器误动作紧急关断电路中由快速响应继电器控制紧急关断开关。快速响应继电器可能紧急关断电路中由快速响应继电器控制紧急关断开关。快速响应继电器可能会把电压跌落脉冲误认为是开关动作控制信号，切除电源使设备停运会把电压跌落脉冲误认为是开关动作控制信号，切除电源使设备停运复位电路误动作复位电路误动作 电压跌落造成的影响中最难被
8、注意到的电压跌落造成的影响中最难被注意到的电子设备都设有复位电路，以保证在设备启动时正确初始化。复位电路控制电子设备都设有复位电路，以保证在设备启动时正确初始化。复位电路控制信号通常是很陡的尖峰脉冲电压。电压跌落后，电压水平恢复标准幅值时，信号通常是很陡的尖峰脉冲电压。电压跌落后，电压水平恢复标准幅值时，有电压幅值突然增加的过程，复位电路可能会把这个有电压幅值突然增加的过程，复位电路可能会把这个“电压脉冲电压脉冲”误认为复误认为复位信号，使设备重启复位，造成设备停运。位信号，使设备重启复位，造成设备停运。2/10/20232/10/20236 6电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压中断
9、（电压中断（interruptions）定义：在一相或多相线路中完全失去电压（低于定义：在一相或多相线路中完全失去电压（低于额定值的额定值的10%）一段时间。持续时间）一段时间。持续时间0.5个周期至个周期至3s为瞬时中断为瞬时中断;持续时间持续时间3s至至60s为暂时中断为暂时中断;持续持续时间大于时间大于60s为持续中断。为持续中断。2/10/20232/10/20237 7电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压上升（电压上升（swells）电压或电流有效值升至额定值的电压或电流有效值升至额定值的110%以上，典型值为额定以上，典型值为额定值的值的110%一一180%，持续时间为，持
10、续时间为0.5个周期至一分钟。个周期至一分钟。长时间的电压升高称之为长时间的电压升高称之为“过电压过电压（overvoltage，电压为，电压为额定值的额定值的110%一一120%，持续时间大于，持续时间大于1分钟）分钟）”。2/10/20232/10/20238 8电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压瞬变（电压瞬变（transients）指在一定时间间隔内两个稳态量之间的变化。电指在一定时间间隔内两个稳态量之间的变化。电压瞬变可以是任意极性的单方向脉冲或是第一个压瞬变可以是任意极性的单方向脉冲或是第一个峰值为任意极性的衰减振荡波峰值为任意极性的衰减振荡波 电容器操作过电压波形图2/1
11、0/20232/10/20239 9电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压缺口（电压缺口（notches）持续时间小于持续时间小于0.5个周期的周期性的电压扰动。电个周期的周期性的电压扰动。电压缺口主要是电力电子装置由一相换至另一相时压缺口主要是电力电子装置由一相换至另一相时参与换相的电路瞬时短路造成的。参与换相的电路瞬时短路造成的。与电压缺口有关的频率分量很高，采用谐波分析与电压缺口有关的频率分量很高，采用谐波分析仪测量可能是很困难的。仪测量可能是很困难的。2/10/20232/10/20231010电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压波动（闪变）（电压波动（闪变）（fluct
12、uations）电压波动（闪变）是指电压幅值在一定范围内有规律地或电压波动（闪变）是指电压幅值在一定范围内有规律地或随机地变化。其电压幅值的变化通常为额定值的随机地变化。其电压幅值的变化通常为额定值的90%-110%。这种电压波动常称为电压闪变。这种电压波动常称为电压闪变。闪变一词是从电压的波动引起电灯的闪动得来的。闪变一词是从电压的波动引起电灯的闪动得来的。2/10/20232/10/20231111电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压波动与闪变形成的原因电压波动与闪变形成的原因用电设备具有冲击负荷或波动负荷用电设备具有冲击负荷或波动负荷系统发生短路故障，引起电网电压波动和闪系统发生
13、短路故障，引起电网电压波动和闪变。变。系统设备自动投切时产生操作波的影响。如系统设备自动投切时产生操作波的影响。如备用电源自动投切、自动重合闸动作等。备用电源自动投切、自动重合闸动作等。系统遭受雷击引起的电网电压波动等。系统遭受雷击引起的电网电压波动等。2/10/20232/10/20231212电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准谐波（谐波（harmonics）频率为电源基波频率整数倍的正弦电压或电流。频率为电源基波频率整数倍的正弦电压或电流。由电力系统中的装置和负载的非线性特性引起的由电力系统中的装置和负载的非线性特性引起的波形畸变可分解为基波和谐波之和波形畸变可分解为基波和谐波之和变
14、频器工作时含谐波的输入电流 简单的整流电路的电流波形 2/10/20232/10/20231313电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准间谐波（间谐波（interharmonics）电压和电流的频率不是基波频率的整数倍。电压和电流的频率不是基波频率的整数倍。间谐波主要由静止变频器、周波变频器、感间谐波主要由静止变频器、周波变频器、感应电机和电弧设备产生，电力载波信号也认应电机和电弧设备产生，电力载波信号也认为是一种间谐波。为是一种间谐波。IEC-1000-2-1对间谐波的定义如下：对间谐波的定义如下：“在谐波频率之间、能被观察到但频率不是基在谐波频率之间、能被观察到但频率不是基波整数倍的电压
15、和电流信号为间谐波。波整数倍的电压和电流信号为间谐波。”2/10/20232/10/20231414电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准谐波源设备谐波源设备电力电子设备；包括整流器、变频器、开关电力电子设备；包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器等电源、静态换流器等可饱和设备；包括变压器、电动机、发电机可饱和设备；包括变压器、电动机、发电机电弧炉设备；电弧炉设备；气体光源设备；包括荧光灯、卤化灯、霓虹气体光源设备；包括荧光灯、卤化灯、霓虹灯等灯等2/10/20232/10/20231515电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准谐波的影响谐波的影响造成电网功率损耗增加、保护失常。造成电网
16、功率损耗增加、保护失常。引起变电站局部的并联或串联谐振。引起变电站局部的并联或串联谐振。造成电容器的损耗增加、发热异常、绝缘加造成电容器的损耗增加、发热异常、绝缘加速老化。速老化。增加变压器铜耗，引起局部过热，震动，绕增加变压器铜耗，引起局部过热，震动，绕组附加发热等。组附加发热等。谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂移。移。2/10/20232/10/20231616电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准不同行业产生谐波量的分布情况不同行业产生谐波量的分布情况2/10/20232/10/20231717电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准其他电能
17、质量问题其他电能质量问题三相不平衡三相不平衡（Unbalance）理论上三相交流系统中，每一相的电压电流波形都应该理论上三相交流系统中，每一相的电压电流波形都应该与其它两相相同，但是实际系统中很难实现完全的三相与其它两相相同，但是实际系统中很难实现完全的三相平衡平衡频率变化频率变化（Frequency variations）在电网中是很罕见的现象，因为一旦出现强烈的频率变在电网中是很罕见的现象，因为一旦出现强烈的频率变化往往意味着整个电网的瘫痪。但是，在装设有备用柴化往往意味着整个电网的瘫痪。但是，在装设有备用柴油发电机的电网中，频率变化比较常见。油发电机的电网中，频率变化比较常见。超瞬态过电
18、压超瞬态过电压（EFT：Extremely Fast Transients overvoltages）往往由电弧放电产生，但是在很短的距离和极短的时间往往由电弧放电产生，但是在很短的距离和极短的时间内就衰减掉。内就衰减掉。2/10/20232/10/20231818电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准国内电能质量损害事故案例国内电能质量损害事故案例电压跌落：电压跌落：四川航天工业公司所属的长城机械厂，是生产战略火箭中的伺服系统的，其精密仪四川航天工业公司所属的长城机械厂，是生产战略火箭中的伺服系统的，其精密仪器的生产是在全封闭的加工车间进行，车间里采用了镝灯照明。曾发生电压跌落导器的生产是
19、在全封闭的加工车间进行，车间里采用了镝灯照明。曾发生电压跌落导致整个车间照明失电长达十几分钟的事故。致整个车间照明失电长达十几分钟的事故。2002年底该公司曾在某次停电事故后，年底该公司曾在某次停电事故后，给电力部门来涵，提出再发生停电事故，要追究刑事责任。给电力部门来涵，提出再发生停电事故，要追究刑事责任。2002年年-2003年，英特尔公司决定在中国建芯片封装测试中心，上海、苏州、深圳、年，英特尔公司决定在中国建芯片封装测试中心，上海、苏州、深圳、西安、成都五大城市参加角逐，其中电能质量指标是硬指标之一，由英特尔公司指西安、成都五大城市参加角逐，其中电能质量指标是硬指标之一，由英特尔公司指
20、派一家中立的电能质量公司（马来西亚）对上述五大城市进行专项测试。英特尔公派一家中立的电能质量公司（马来西亚）对上述五大城市进行专项测试。英特尔公司在成都高新西区连续测试长达司在成都高新西区连续测试长达100多天，直到与成都签约后的第多天，直到与成都签约后的第3天仍要求电力部天仍要求电力部门回答测试期间发生的数次电压跌落的原因。英特尔公司称，由于电能质量原因造门回答测试期间发生的数次电压跌落的原因。英特尔公司称，由于电能质量原因造成的损失相当惊人，成的损失相当惊人，1970年造成年造成1000多万美元的损失，多万美元的损失，1980年造成上亿美元的损失，年造成上亿美元的损失，90年代损失则达到数
21、十亿美元，而进入年代损失则达到数十亿美元，而进入2000年则猛增至百亿美元以上。年则猛增至百亿美元以上。谐波：谐波：某某220kV变电站装设了变电站装设了40Mvar电容器装置，自从系统中有电气化铁路通车运行后，电容器装置，自从系统中有电气化铁路通车运行后，仅一年半时间电容器全部损坏或烧毁。仅一年半时间电容器全部损坏或烧毁。其他：其他：民航西南空中管制局所属的牧马山导航雷达站，民航西南空中管制局所属的牧马山导航雷达站，2002年由于受电压跌落等供电质量年由于受电压跌落等供电质量的影响，导致北京的影响，导致北京-成都某航班偏离航向，险些造成重大事故。四川电网谐波监测站成都某航班偏离航向，险些造成
22、重大事故。四川电网谐波监测站查明原因是该线路上另带有冶金负荷。查明原因是该线路上另带有冶金负荷。2/10/20232/10/20231919电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准标标 准准 名名 称称 标标 准准 编编 号号 供电电压允许偏差供电电压允许偏差 GB 12325GB 1232590 90 公用电网谐波公用电网谐波 GB_T 14549GB_T 1454993 93 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度 GB_T 15543 1995GB_T 15543 1995电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差 GB_T_15945-1995 GB_T_15945-1995 电压允许
23、波动和闪变电压允许波动和闪变 GB_T_12326-2000GB_T_12326-2000国内标准国内标准2/10/20232/10/20232020电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准供电电压允许偏差供电电压允许偏差用户受电端供电电压的允许偏差为：用户受电端供电电压的允许偏差为：35kV35kV及以上正负偏差绝对值之和不超过及以上正负偏差绝对值之和不超过10%10%10kV10kV及以下高压供电和低压电力用户及以下高压供电和低压电力用户7%7%7%7%220V220V单相供电：单相供电：7%7%10%10%2/10/20232/10/20232121电能质量的概念与标准电能质量的概念与标
24、准公用电网谐波公用电网谐波规定了各电压等级的总谐波畸变率，各单次奇次规定了各电压等级的总谐波畸变率，各单次奇次电压含有率和各单次偶次电压含有率的限制值。电压含有率和各单次偶次电压含有率的限制值。2/10/20232/10/20232222电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度该标准适用于交流额定频率为该标准适用于交流额定频率为50Hz50Hz电力系统正常电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的运行方式下由于负序分量而引起的PCCPCC点连接点的点连接点的电压不平衡电压不平衡不平衡度用负序分量与正序分量的方均根值百分不平衡度用负序分量与正序分量的方均根
25、值百分比表示比表示该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为下不平衡度允许值为2%2%，短时间不得超过，短时间不得超过4%4%2/10/20232/10/20232323电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准该标准规定：该标准规定：电力系统频率偏差允许值为电力系统频率偏差允许值为 0.2Hz 0.2Hz系统容量较小时，偏差值可放宽到系统容量较小时，偏差值可放宽到 0.5Hz 0.5Hz用户冲击引起的频率变动不超过用户冲击引起的频率变动不超过 0.2Hz 0.2Hz 电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差2/10/20232/10/
26、20232424电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准电压波动和闪变电压波动和闪变电压波动（电压波动（FluctuationFluctuation）即电压方均根值一系）即电压方均根值一系列的变动或连续的改变，列的变动或连续的改变，闪变（闪变（FlickFlick）即灯光照度不稳定造成的视感，）即灯光照度不稳定造成的视感，是由波动负荷是由波动负荷 ，如电弧炉、轧机、电弧焊机等，如电弧炉、轧机、电弧焊机等引起的。引起的。该标准适用于由波动负荷引起的公共连接点电该标准适用于由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及可能引起人对灯闪有明显感觉压的快速变动及可能引起人对灯闪有明显感觉的场合，规定了各级
27、电压下的闪变限值。的场合，规定了各级电压下的闪变限值。2/10/20232/10/20232525电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准 IECInternational Electrotechnical Commission 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）成立于成立于1906年，至年，至今已有今已有90多年的历史。它是世界上成立最早多年的历史。它是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。程和电子工程领域中的国际标准化工作。IEC定义电能质量是指供电装置在正常工作定义电能质量是指供电装置在正常工作
28、情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性。性。2/10/20232/10/20232626电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准 IECIEC有关电能质量的标准及标准草案主要有：有关电能质量的标准及标准草案主要有：61000-1-X 61000-1-X 总论总论61000-2-X 61000-2-X 环境环境 （例如，（例如，61000-2-261000-2-2是是电压闪变电压闪变的兼容性的兼容性标标准准）61000-3-X 61000-3-X 限值限值 （例如，（例如，61000-3-461000-3-4是关于谐波限值）是关于谐波限值）61000-4-
29、X 61000-4-X 试验与测量试验与测量 （例如，（例如，61000-4-3061000-4-30是关于电能质量测量）是关于电能质量测量）61000-5-X 61000-5-X 安装和抑制安装和抑制61000-6-X 61000-6-X 杂项杂项 IEC2/10/20232/10/20232727电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准 IEEEIEEE制定了一系列标准，较为详细的规定了电力制定了一系列标准，较为详细的规定了电力系统谐波系统谐波(Harmonics)(Harmonics)、电压缺口、电压缺口(Notches)(Notches)、闪、闪变变(Flicks)(Flicks)等现
30、象的定义、测量以及抑制措施。等现象的定义、测量以及抑制措施。其主要标准如下：其主要标准如下：IEEE Std 519-1992 IEEE Std 519-1992 电力系统谐波控制标准电力系统谐波控制标准IEEE Std 1100-1992 IEEE Std 1100-1992 敏感电子设备的供电及敏感电子设备的供电及 接地标准接地标准IEEE Std 1159-1995 IEEE Std 1159-1995 电能质量监测标准电能质量监测标准 IEEE2/10/20232/10/20232828电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准其他标准其他标准除上述除上述IEC、IEEE以外，还有一些国
31、际组织以外，还有一些国际组织制定了电能质量标准，如制定了电能质量标准，如欧洲电工技术标准委员会（欧洲电工技术标准委员会（CENELEC）国际供电会议（国际供电会议（CIRED）国际大电网会议（国际大电网会议（CIGRE）2/10/20232/10/20232929电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准小结小结电力系统中稳态、暂态各种电能质量问题是不可电力系统中稳态、暂态各种电能质量问题是不可避免的，避免的，最常见稳态电能质量问题是谐波与不平最常见稳态电能质量问题是谐波与不平衡衡，暂态电能质量问题是电压跌落暂态电能质量问题是电压跌落现代科学技术的发展，尤其是信息产业、先进制现代科学技术的发展，尤其是信息产业、先进制造业的发展，对电能质量提出了更高的要求造业的发展，对电能质量提出了更高的要求电能质量问题在欧美发达国家已普遍重视电能质量问题在欧美发达国家已普遍重视我国电能质量问题在局部开始受到重视。但基层我国电能质量问题在局部开始受到重视。但基层供电部门及电力用户对电能质量问题的认识不足。供电部门及电力用户对电能质量问题的认识不足。行业相关标准的发展也滞后。行业相关标准的发展也滞后。2/10/20232/10/20233030电能质量的概念与标准电能质量的概念与标准