电能质量简介

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器、线路和用电设备的非线性或不对称，加之控制手段不完善及运行操作、外界干扰和各种故障等原因，产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。衡量电能质量的主要指标有频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压等。

1.频率偏差

我国电力系统的额定频率（工频）为50Hz，国家标准GB/T 15945—1995《电能质量　电力系统频率允许偏差》中规定：正常允许偏差为±0.2 Hz，当电网容量较小时，可放宽到±0.5 Hz。实际运行中，我国各跨省电力系统频率的允许偏差都保持在±0.1Hz的范围内。因此，频率目前在电能质量中最有保障。

2.电压偏差

电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，一般用占额定电压的百分数来表示，即

当加于用电设备端的实际电压与额定电压有偏差时，其运行特性将恶化。例如，对白炽灯，当加于灯泡的电压低于其额定电压时，其使用寿命将延长，但发光效率降低，照度下降，工人的视力健康将受到严重影响，也会降低工作效率；当电压高于其额定电压时，其发光效率将增加，但使用寿命将大大缩短。对感应电动机，其转矩与电压平方成正比，当电压降低时，转矩将急剧减小，在负载转矩不变的情况下，电动机电流必然增大，从而使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。

因此，在运行中，必须按规定的电压质量标准，将电压偏差限制在允许的范围内。国家标准GB/T 12325—2003《电能质量　供电电压允许偏差》中规定：35kV及以上供电电压的正、负偏差的绝对值之和为额定电压的10%；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

3.电压波动与闪变

电压波动是指电网电压幅值在一定范围内有规则变动时，电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比，即

电压波动是由负荷急剧变动引起的。例如，电焊机、电弧炉、轧钢机等冲击性负荷的工作，都会引起电网电压波动。急剧的电压波动可使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动，使某些电子设备无法正常工作，使照明灯发生明显的闪烁现象等。闪变就是人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为闪变电压。电压闪变对人眼有刺激作用，甚至使人无法正常工作和学习。

因此，国家标准GB/T 12326—2000《电能质量　电压允许波动和闪变》中规定了系统由冲击性负荷产生的电压允许值和闪变电压允许值。

4.谐波

谐波是指对周期性非工频的正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。

谐波产生的主要原因是由于电力系统中存在各种非线性元件，例如，气体放电灯、变压器、感应电动机、电焊机等，这些设备工作时都要产生谐波电流和谐波电压。特别是大型晶闸管整流设备和大型电弧炉的运行，是造成电力系统谐波干扰的主要谐波源。

波形畸变程度可以用下面几个特征量来描述。

1）第h次谐波电压含有率(www.xing528.com)

2）第h次谐波电流含有率

3）谐波电压总含量

4）谐波电流总含量

5）电压总谐波畸变率

6）电流总谐波畸变率

目前，谐波的干扰已成为电力系统中影响电能质量的一大“公害”。谐波的危害主要表现在：使变压器和电动机的铁心损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命；使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，从而在线路上产生过电压，击穿电气设备的绝缘；使电容器产生过负荷而影响其使用寿命；使继电保护及自动装置产生误动作；使计算电费用的感应式电能表的计量不准；对附近的通信线路产生信号干扰，从而使数据传输失真等。

因此，国家标准GB/T 14549—1993《电能质量　公用电网谐波》中规定了公用电网谐波电压限值和谐波电流允许值。

5.三相不平衡

在三相供电系统中，当电压或电流的三相量间幅值不等或相位差不为120°时，则三相电压或电流不平衡。供电系统的三相不平衡主要是三相负荷不对称引起的。

三相不平衡电压或电流，可按对称分量法将其分解为正序分量、负序分量和零序分量。由于负序分量的存在，对系统中电气设备的运行产生不良影响，例如使电动机产生一个反向转矩，从而降低了电动机的输出转矩，使电动机效率降低，同时使电动机的总电流增大，使绕组温升增高，加速绝缘老化，缩短使用寿命。对变压器，由于三相电流不平衡，当最大相电流达到变压器额定电流时，其他两相电流均低于额定值，从而使其容量得不到充分利用。对多相整流装置，三相电压不对称将严重影响多相触发脉冲的对称性，使整流设备产生更多的高次谐波，进一步影响电能质量。此外，负序电流分量偏大还有可能导致一些作用于负序电流的继电保护和自动装置的误动，威胁电力系统的安全运行。

三相电压（或电流）不平衡的程度用电压（或电流）负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来表示，即

因此，GB/T 15543—1995《电能质量　三相电压允许不平衡度》中规定：电力系统公共连接点，正常不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%；接于公共连接点的每个用户，电压不平衡度一般不得超过1.3%。

6.暂时过电压和瞬态过电压

电力系统中因运行操作、雷击和故障等原因，经常会出现过电压，这是供电特性之一。过电压是指峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压时的工况。减少或杜绝过电压引发的事故是电力工作者长期面临的任务。围绕过电压问题，已有不少国标或行标就有关设备绝缘、试验和过电压保护等方面进行了规定，但将过电压作为电能质量指标之一并予以标准化，是近年来随着电力工业的发展和电力工作者对电能问题的逐步深入认识而出现的。过电压是造成电力设备故障、影响电力安全运行的主要原因，且发生频繁，关系到供、用电和制造部门的权益。

国家标准GB/T 18481—2001《电能质量　暂时过电压和瞬态过电压》按照作用于设备和线路上的过电压幅值、波形和持续时间，将电力系统过电压分为暂时过电压和瞬态过电压。暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压，特征为在其持续时间范围内无衰减或弱衰减；瞬态过电压包括操作过电压和雷击过电压，特征为振荡或非振荡衰减，且衰减很快，持续时间只有几毫秒或几十微秒。