一、概 述

隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，社會(huì )對電力資源的需求日益增長(cháng)，用戶(hù)對電力系統的要求也越來(lái)越高。供電的可靠性和穩定性已經(jīng)成為保障經(jīng)濟增長(cháng)和滿(mǎn)足用戶(hù)需求的重要問(wèn)題。我國作為裝機容量和年發(fā)電量均居世界第二位的電力大國，由于國土遼闊、動(dòng)力資源與用電中心相距遙遠、城鄉家用電器設備的大量普及，對用戶(hù)端電力電壓的穩定性提出了更高的要求。保障供電的穩定性也是改善內外部投資環(huán)境、滿(mǎn)足人民日益增長(cháng)的生活水平以及提升綜合國力的重要體現。

在不同地區，110V和220V市電都有使用的經(jīng)歷。至解放前，我國還是多種電壓和頻率并存，主要是與發(fā)電設備的生產(chǎn)國制式有關(guān)。新中國成立后，統一了全國的電網(wǎng)電壓標準為220V 50Hz。一方面是由于我國沿襲前蘇聯(lián)的制式;另一方面，因為我國國土幅員遼闊，供電半徑要比美洲國家大，出于降低能耗，減少農村、山區用電成本的目的，我國采用的是比美洲發(fā)達國家更高的市電電壓制度。

    220V電壓與110V電壓相比的優(yōu)點(diǎn)：第一，傳輸耗電小，減少了能量損耗;第二，傳輸相同電量，在損耗相同的情況下，使用的導線(xiàn)橫截面積要小一倍，節約了大量的金屬資源;第三，相對減少了變壓器的工作負荷，使變電這一關(guān)鍵而又脆弱的節點(diǎn)有了更多的安全保障;第四，對偷盜電力設備的行為客觀(guān)上產(chǎn)生了遏制。

二、影響電源穩定的因素

    影響電源穩定的因素主要是兩點(diǎn)：不穩定電壓和諧波。本文著(zhù)重從這兩方面分析探討。

(一)電壓不穩定的危害

在現代工業(yè)用電中，一種電氣設備出現故障就會(huì )導致流水線(xiàn)、甚至整個(gè)工廠(chǎng)作業(yè)的中斷，造成難以想象的損失。對于普通用戶(hù)，家用電器長(cháng)時(shí)間在非額定電壓或頻率下工作，會(huì )嚴重影響電氣設備的使用壽命。例如：長(cháng)期在低于額定電壓下工作的計算機，容易出現重啟、程序紊亂、燒毀硬盤(pán)等情況。因此在比較重要的信息采集、數據檢測分析工作點(diǎn)，都要裝設在線(xiàn)式UPS以保證無(wú)間斷供電或者也可以加裝路之生動(dòng)態(tài)電壓調節器。

(二)電壓不穩定的類(lèi)型

    電壓不穩定主要表現在電壓偏差和電壓波動(dòng)兩個(gè)方面。電壓偏差是在某一時(shí)段內，實(shí)際電壓幅值“緩慢”變化而偏離了額定電壓，偏差是穩態(tài)的，就是我們常說(shuō)的電壓偏高或偏低。電壓偏差的大小，主要取決與電力系統的運行方式、線(xiàn)路阻抗及有功負荷和無(wú)功負荷的變化。電壓偏差主要是用電設備所處的位置及運行的時(shí)間，如線(xiàn)路末端電壓偏低，后夜電壓偏高等。

為改善電壓偏差，可采取以下措施：一是正確選擇變壓器的變壓比和電壓分接頭;二是合理減少線(xiàn)路阻抗；三是提高功率因數，進(jìn)行合理的無(wú)功補償，并根據電壓與負荷變化自動(dòng)接切無(wú)功補償設備容量；四是按照電力系統潮流分布，及時(shí)調整運行方式；五是采取用載調壓手段，如選用有載調壓變壓器等。

(三)引起電壓不穩定的原因及解決辦法

    按供電系統節點(diǎn)來(lái)看，電壓波動(dòng)可分為高壓側電壓波動(dòng)和低壓側電壓波動(dòng)。高壓側電壓波動(dòng)又可分為進(jìn)線(xiàn)電源處電壓不穩定和高壓母線(xiàn)上電壓不穩定。

1.進(jìn)線(xiàn)電源處電壓不穩定原因分析

    原因之一是上一級電源質(zhì)量不高。解決方法是更換電源或在上一級負荷處重新架設一條供電線(xiàn)路。原因之二是傳輸過(guò)程中(進(jìn)線(xiàn)電纜)存在問(wèn)題。解決方法是檢查是否存在電纜破損、電纜質(zhì)量、電纜選型不正確的情況，有針對性地加以改善。

2.高壓母線(xiàn)上電壓不穩定原因分析

    原因之一是變壓器三相空載導致高壓側母線(xiàn)電壓不穩定。解決方法是重新計算變壓器的負載率，更換更大一級容量的變壓器。原因之二是在變壓器負載時(shí)，大功率設備沖擊電網(wǎng)造成高壓側母線(xiàn)電壓不穩定。解決方法如下 一是對大功率設備采用變頻啟動(dòng)或軟啟動(dòng)方式，來(lái)減少對電網(wǎng)的沖擊。二是大功率設備盡量采用高壓電機，以?xún)?yōu)化電能質(zhì)量。三是對個(gè)別大功率設備，采用單獨無(wú)功補償裝置穩定電壓，具體問(wèn)題可咨詢(xún)路之生科技技術(shù)部電話(huà)023-68068256。

3.低壓側電壓波動(dòng)可分為電纜出線(xiàn)端電壓不穩定、設備入線(xiàn)端電壓不穩定和低壓母線(xiàn)上電壓不穩定。

(1)電纜出線(xiàn)端和設備入線(xiàn)端電壓不穩定原因分析。原因之一是外接負載功率較大導致的啟動(dòng)電流沖擊。解決方法是優(yōu)化設備啟動(dòng)方式。一是對大功率設備采用變頻啟動(dòng)或軟啟動(dòng)方式，來(lái)減少對電網(wǎng)的沖擊。二是大功率設備盡量采用高壓電機，以?xún)?yōu)化電能質(zhì)量。

    三是對個(gè)別設備采用單獨無(wú)功補償裝置穩定電壓。原因之二是傳輸過(guò)程中存在問(wèn)題。解決方法一是檢查電纜是否存在電纜破損等質(zhì)量問(wèn)題，如有則更換電纜，如非質(zhì)量問(wèn)題則存在電纜選型問(wèn)題，應重新計算電纜壓降，從配電柜出線(xiàn)端到設備進(jìn)線(xiàn)口的電纜壓降，看是否超過(guò)了5%，如果超過(guò)了，要更換大一級的電纜來(lái)進(jìn)行電能的傳輸。

(2)低壓側母線(xiàn)電壓不穩定原因分析。 其原因是整個(gè)供電系統功率因數的問(wèn)題。解決方法是提高整個(gè)供電系統的功率因數，增大無(wú)功功率，使功率因數提高到90%以上。

(3)按交流和直流來(lái)分。按交流與直流來(lái)分，低壓側母線(xiàn)電壓不穩定可分為交流電壓波動(dòng)和直流電壓不穩定。交流電主要承擔煤礦除工藝集中控制外的所有負荷;直流電主要負責供給工藝集中控制信號的電源。直流電壓不穩定原因有三：一是電源；二是負載；三是接觸不良。解決方法一是更換電源或改善傳輸路徑；二是提高負載供電等級；三是檢查接觸裝置按設備負載。

(4)按負載來(lái)分。按設備負載來(lái)分，低壓側母線(xiàn)電壓不穩定可分為帶沖擊負載的電動(dòng)機引起電壓波動(dòng)、由反復短時(shí)工作負載引起電壓波動(dòng)、大型電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)引起電壓波動(dòng)和供電系統短路電流引起的電壓波動(dòng)。

(5)帶沖擊負載的電動(dòng)機引起的電壓波動(dòng)。由于生產(chǎn)工藝的需要，有些設備的電動(dòng)機負載是沖擊性的。如沖床、壓力機和軋鋼機等。其特點(diǎn)是在工作過(guò)程中負荷產(chǎn)生劇增和劇減變化，并周期性地交替。這些設備一般采用帶飛輪的電，力拖動(dòng)系統。由于飛輪的儲能和釋能作用，拉平了電動(dòng)機軸上的負載，從而降低了電動(dòng)機的能耗。但因其機械慣性較大沖擊電流依然存在，所以伴隨負荷產(chǎn)生周期性交替的電壓波動(dòng)不可避免。

(6)由反復短時(shí)工作負載引起電壓波動(dòng)。這類(lèi)負載的特點(diǎn)是呈現周期性交替的增減變化。但其交替的周期是不定值，且交替的幅值也是不定值，如吊運工件的吊車(chē)，手工交直流電焊機等。當前企業(yè)為節能降耗在交直流電焊機上都裝設了自動(dòng)斷電裝置，因此在節電的同時(shí)電動(dòng)機的啟動(dòng)電流和焊接變壓器的涌流卻加劇了所在電網(wǎng)的電壓波動(dòng)。

(7)大型電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)引起電壓波動(dòng)。目前，企業(yè)使用的電動(dòng)機功率越來(lái)越大，其啟動(dòng)電流(為額定電流的4~7倍)所引起的電壓波動(dòng)成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。啟動(dòng)電流不但數值很大，而且具有很低的滯后功率因數，故其電壓波動(dòng)將更大。

(8)供電系統短路電流引起的電壓波動(dòng)。由于各種原因，企業(yè)的許多高、低壓配電線(xiàn)路及電氣設備可能發(fā)生不同性質(zhì)的短路。在這種情況下，如繼電保護裝置或斷路器失靈就會(huì )使故障持續存在也會(huì )造成越級跳閘，輕則損壞配電裝置，重則造成大面積停電，延長(cháng)整個(gè)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)時(shí)間，并擴大波動(dòng)范圍。解決方法一是合理選擇變壓器的分接頭，保證用電設備的電壓水平。二是電容器進(jìn)行補償。三是配電變壓器并列運行。四是采用電抗值最小的高低壓配電線(xiàn)路方案。五是線(xiàn)路出口加裝限流電抗器。六是大型感應電動(dòng)機帶電容器補償。七是采用加裝動(dòng)態(tài)電壓調節器。

(一)諧波的形成

    在我國，電力系統的發(fā)電機發(fā)出的電壓，一般可認為是50Hz的正弦波。但是由于系統中各種非線(xiàn)性元件存在，因而在系統和用戶(hù)處的線(xiàn)路都會(huì )出現諧波，導致電流或電壓波形出現畸變，從而影響交流電的質(zhì)量。當電網(wǎng)中的電壓和電流波形非理想的正弦波時(shí)，即說(shuō)明其中含有高于50Hz的電壓和電流成分，我們將頻率高于50Hz的電流或電壓成分稱(chēng)之為諧波。

    系統中產(chǎn)生諧波的非線(xiàn)性元件很多，例如熒光燈、各種氣體放電燈及交流電動(dòng)機、電焊機、變壓器、變頻器等，會(huì )產(chǎn)生高次諧波電流。

    諧波在電網(wǎng)誕生的同時(shí)就是存在的，因為發(fā)電機和變壓器都會(huì )產(chǎn)生少量的諧波?，F在由于產(chǎn)生大量諧波的用電設備不斷增加，并且電網(wǎng)中大量使用的并聯(lián)電容器對諧波非常敏感甚至會(huì )放大諧波，使得諧波的影響越來(lái)越嚴重，從而引起人們的重視。

(二)諧波造成的危害

1.加大電力運行成本。由于諧波的頻率較高，且無(wú)法自然消除，因此當大量諧波電壓、電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加會(huì )導致?lián)p耗增加、電力設備過(guò)熱，從而加大了電力運行成本，增加了電費的支出。

2.降低了供電的可靠性。諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導致變壓器、電容器等電氣設備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產(chǎn)生局部過(guò)熱，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動(dòng)機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過(guò)程中造成斷電的嚴重后果。

3.引發(fā)停電事故。繼電保護自動(dòng)裝置對于保證電網(wǎng)的安全運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網(wǎng)的各類(lèi)保護及自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，特別在廣泛應用的微機保護、綜合自動(dòng)化裝置中表現突出，引起區域電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電惡性事故。

4.對弱點(diǎn)系統設備產(chǎn)生干擾。對于計算機網(wǎng)絡(luò )、通信、有線(xiàn)電視、報警與樓宇自動(dòng)化等弱點(diǎn)設備，電力系統中的諧波通過(guò)電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中，產(chǎn)生干擾。其中電感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比，傳導通過(guò)公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱點(diǎn)系統。

5.對電力電纜的危害。由于諧波次數高頻率上升，再加上電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過(guò)電流減少。另外，電纜的電阻、系統母線(xiàn)側及線(xiàn)路感抗與系統串聯(lián)，提高功率因數用的電容器及線(xiàn)路的容抗與系統并聯(lián)，在一定數值的電感與電容下肯能發(fā)生諧振。

(三)消除諧波的措施

    1.改善供電系統和環(huán)境。諧波的產(chǎn)生不可避免，但通過(guò)加大供電系統短路容量、提高供電系統的電壓等級、加大供電設備的容量、盡可能保證三相負載平衡等措施都可以提高電網(wǎng)抗諧波的能力。選擇合理的供電電壓并盡可能的保持三相平衡，可以有效的減少諧波對電網(wǎng)的危害。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力會(huì )增大。對諧波源負荷由專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)路供電，減少諧波對其他負荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。

    2.三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結。這種聯(lián)結可以消除3的整數倍的高次諧波。由于電力系統中的非正弦交流對橫軸對稱(chēng)，不含直流分量和偶次諧波分量，因此系統中只有影響較小5、7、11……等次諧波分量，這是抑制整流變壓器產(chǎn)生高次諧波干擾的最基本方法。

3.加裝無(wú)功補償裝置。在諧波源處并聯(lián)裝設靜止無(wú)功補償裝置，可有效較少波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數。

三、總 結

具體不同行業(yè)不同負載，還需根據實(shí)際情況進(jìn)行方案調整，我司向客戶(hù)提供改善電能質(zhì)量綜合解決方案（含電能質(zhì)量監測、無(wú)功補償、諧波治理、電壓暫降等完善體系）。

產(chǎn)品圍繞降低電能損耗、提升用電效能、延長(cháng)設備壽命、避免系統諧波過(guò)載或諧振、消除對自動(dòng)控制、通信的干擾、對關(guān)鍵設備暫降保護等方面設計。

讓用戶(hù)避免建設過(guò)大規模的電力系統，節省可觀(guān)的建設投資，降低運行后因產(chǎn)品殘次品率、設備故障、停產(chǎn)而產(chǎn)生的運行成本。

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