EPRI—电能质量标准

供电安全与电能质量 概念与相关标准 电能质量的定义 2012年6月5日电能质量的概念与标准第2页  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。  IEC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物理特性。  IEEE给出的电能质量问题的一般解释：在供电过 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。 IEEE 2012年6月5日电能质量的概念与标准第3页 • 过电压(overvoltage) • 欠电压(undervoltage) • 谐波(harmonics) • 间谐波 (interharmonics) • 电压跌落(sags) • 电压中断(interruptions) • 电压上升(swells) • 电压瞬变(transients) • 电压缺口(notches) • 电压波动和闪变（fluctuations and flicks) 描述电能质量干扰的术语： 电压跌落（sags）－最常见的电能质量问题 2012年6月5日电能质量的概念与标准第4页  定义：电压或电流有效值降至额定值的10%-90%，持 续时间为0.5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“欠电压” 导致电压跌落的原因 2012年6月5日电能质量的概念与标准第5页 远端线路故障或设备中某处发生故障或者短路：故 障切除/重合闸之前的一段时间内，电压会受影响而 下降 大负荷设备启动：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1.5~5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流的1.5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 输电网络的潮流转换开关操作。 电压跌落对设备造成的影响 2012年6月5日电能质量的概念与标准第6页  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  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， 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  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－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“电压脉冲”误认为复位信号， 使设备重启复位，造成设备停运。 电压中断（interruptions） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第7页 定义：在一相或多相线路中完全失去电压（低 于额定值的10%）一段时间。持续时间0.5个 周期至3s为瞬时中断;持续时间3s至60s为暂时 中断;持续时间大于60s为持续中断。 电压上升（swells） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第8页  电压或电流有效值升至额定值的110%以上，典型值 为额定值的110%一180%，持续时间为0.5个周期至 一分钟。  长时间的电压升高称之为“过电压（overvoltage， 电压为额定值的110%一120%，持续时间大于1分 钟）”。 电压瞬变（transients） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第9页 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 一个峰值为任意极性的衰减振荡波 电容器操作过电压波形图 电压缺口（notches） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第10页 持续时间小于0.5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 析仪测量可能是很困难的。 电压波动（闪变）（fluctuations） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第11页  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 90%-110%。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。 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 1 48 95 142 189 236 283 330 377 424 471 电压波动与闪变形成的原因 2012年6月5日电能质量的概念与标准第12页  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变。  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。  系统遭受雷击引起的电网电压波动等。 谐波（harmonics） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第13页 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 的波形畸变可分解为基波和谐波之和 变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 间谐波（interharmonics） 2012年6月5日电能质量的概念与标准第14页  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。  IEC-1000-2-1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波整 数倍的电压和电流信号为间谐波。” 谐波源设备 2012年6月5日电能质量的概念与标准第15页  电力电子设备；包括整流器、变频器、开关电源、静 态换流器等  可饱和设备；包括变压器、电动机、发电机  电弧炉设备；  气体光源设备；包括荧光灯、卤化灯、霓虹灯等 谐波的影响 2012年6月5日电能质量的概念与标准第16页  造成电网功率损耗增加、保护失常。  引起变电站局部的并联或串联谐振。  造成电容器的损耗增加、发热异常、绝缘加速老 化。  增加变压器铜耗，引起局部过热，震动，绕组附 加发热等。  谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂移。 不同行业产生谐波量的分布情况 2012年6月5日电能质量的概念与标准第17页 其他电能质量问题 2012年6月5日电能质量的概念与标准第18页 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 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。  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 时间内就衰减掉。 国内电能质量损害事故案例 2012年6月5日电能质量的概念与标准第19页 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 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 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， 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-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、 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 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100多天，直到与成都签约后的第3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 成的损失相当惊人，1970年造成1000多万美元的损失，1980年造成上亿美元的损 失，90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。 谐波：  某220kV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， 仅一年半时间电容器全部损坏或烧毁。 其他：  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 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 查明原因是该线路上另带有冶金负荷。 国内标准 标 准 名 称 标 准 编 号 《供电电压允许偏差》 GB 12325—90 《公用电网谐波》 GB_T 14549—93 《三相电压允许不平衡度》 GB_T 15543 1995 《电力系统频率允许偏差》 GB_T_15945-1995 《电压允许波动和闪变》 GB_T_12326-2000 2012年6月5日电能质量的概念与标准 第20页 《供电电压允许偏差》 2012年6月5日电能质量的概念与标准第21页 用户受电端供电电压的允许偏差为：  35kV及以上正负偏差绝对值之和不超过10%  10kV及以下高压供电和低压电力用户＋7%～－7%  220V单相供电：＋7%～－10% 《公用电网谐波》 2012年6月5日电能质量的概念与标准第22页  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。 《三相电压允许不平衡度》 2012年6月5日电能质量的概念与标准第23页  该标准适用于交流额定频率为50Hz电力系统正 常运行方式下由于负序分量而引起的PCC点连 接点的电压不平衡  不平衡度用负序分量与正序分量的方均根值百 分比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示  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2%，短时间不得超过4% 《电力系统频率允许偏差》 2012年6月5日电能质量的概念与标准第24页  该标准规定： 电力系统频率偏差允许值为± 0.2Hz 系统容量较小时，偏差值可放宽到± 0.5Hz 用户冲击引起的频率变动不超过± 0.2Hz 《电压波动和闪变》 2012年6月5日电能质量的概念与标准第25页  电压波动（Fluctuation）即电压方均根值一系 列的变动或连续的改变，  闪变（Flick）即灯光照度不稳定造成的视感， 是由波动负荷 ，如电弧炉、轧机、电弧焊机等 引起的。 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 的场合，规定了各级电压下的闪变限值。 IEC 2012年6月5日电能质量的概念与标准第26页  International Electrotechnical Commission 国际电 工委员会（IEC）成立于1906年，至今已有90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情况下不中 断和干扰用户使用电力的物理特性。 IEC 2012年6月5日电能质量的概念与标准第27页 IEC有关电能质量的标准及标准草案主要有：  61000-1-X 总论  61000-2-X 环境 （例如，61000-2-2是电压闪变的兼容性标准）  61000-3-X 限值 （例如，61000-3-4是关于谐波限值）  61000-4-X 试验与测量 （例如，61000-4-30是关于电能质量测量）  61000-5-X 安装和抑制  61000-6-X 杂项 IEEE 2012年6月5日电能质量的概念与标准 第28页 IEEE制定了一系列标准，较为详细的规定了电力 系统谐波(Harmonics)、电压缺口(Notches)、闪 变(Flicks)等现象的定义、测量以及抑制措施。 其主要标准如下： • IEEE Std 519-1992 电力系统谐波控制标准 • IEEE Std 1100-1992 敏感电子设备的供电及 接地标准 • IEEE Std 1159-1995 电能质量监测标准 其他标准 2012年6月5日电能质量的概念与标准第29页 除上述IEC、IEEE以外，还有一些国际组织制定了电 能质量标准，如  欧洲电工技术标准委员会（CENELEC）  国际供电会议（CIRED）  国际大电网会议（CIGRE） 小结 2012年6月5日电能质量的概念与标准第30页 电力系统中稳态、暂态各种电能质量问题是不 可避免的，最常见稳态电能质量问题是谐波与 不平衡，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 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。行业相关标准的发展也滞后。 供电安全与电能质量 电能质量的定义 IEEE 电压跌落（sags）－最常见的电能质量问题 导致电压跌落的原因 电压跌落对设备造成的影响 电压中断（interruptions） 电压上升（swells） 电压瞬变（transients） 电压缺口（notches） 电压波动（闪变）（fluctuations） 电压波动与闪变形成的原因 谐波（harmonics） 间谐波（interharmonics） 谐波源设备 谐波的影响 不同行业产生谐波量的分布情况 其他电能质量问题 国内电能质量损害事故案例 国内标准 《供电电压允许偏差》 《公用电网谐波》 《三相电压允许不平衡度》 《电力系统频率允许偏差》 《电压波动和闪变》 IEC IEC IEEE 其他标准 小结