电能质量监测与分析系统研究

电能质量监测与分析系统研究

摘 要

电能质量指标是由多个指标共同构成，这些指标相互交错，对电气设备构成严重威胁，特别是当电能质量有多个指标共同作用时，对设备的影响是十分复杂的问题，目前尚无一个准确的定量计算公式，只有一些粗略的公式和结果可以供工程估计之用。本文重点对电压质量中电压的偏离问题对电气设备产生的影响进行阐述，在充分认识到其危害的前提下，提出利用先进的网络计算机技术建立电压管理系统，并应用现有的电能采集系统和负荷控制系统，对影响电压质量的指标进行在线监测，提高分析质量，达到改善电压质量的目标。

关键词：电能质量；电压质量；监测；分析系统 1绪论

作为当前电力工业中一个热点问题，电能质量问题受到国内外的关注。特别是当前不对称负荷、冲击性负荷在容量上、数量上日益增大，使干扰成分不断增加，电能质量日前恶化。电能质量，不仅取决于发电、输电和供电系统本身，伴随着现代工业化的迅速发展，接入公用电网的半导体换流器和非线性负荷，也明显干扰或降低配电网中的电能质量。电能质量的恶化给电力系统安全稳定性和用电设备都带来严重的危害。目前在电力系统的运行管理中存在一个较大的电能质量运行监督和“盲区”，即负责电网运行监督的调度人员并不实时掌握电网中电能质量的状况，从而在运行方式安排上，不能顾及电能质量问题可能对用户供电质量及电网安全带来的影响。为消除电能质量运行监督的“盲区”，保证电网安全和供电质量，进行电能质量全面在线的监测和分析有着非常重要意义。

电能质量（Power Quality），从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

在以上电能质量指标中，电压偏差指标是电压质量的一个重要指标，已经被被广泛了解和关注的，由于它对电力生产、传输和应用有着重要的影响，是开展监监测和研究的重要内容，是电力行业优质服务的重要指标。

2电压质量管理的主要目的

2.1电压质量是供电电压标准及容许偏差

我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定为：

①低电压220V/380V，用于照明用户时允许偏差+5%-10%；用于其他为±7%。 ②高电压10kV,10kV及以下允许偏差为±7%；对特殊用户有35kV、110kV供电的，允许偏差为±5%。

2.2改善电压质量的意义

2.2.1电压偏离额定值的原因

1、电压偏低的原因

? 供电网络或配电网络结构不合理，特别是一些农电线路送电距离太长，供电半径过大，导线截面太小，使线路电压损失太大。

? 电网无功功率电源不足或无功补偿设备管理不善，长期失修、经常停用等，使无功平衡破坏，这是电网电压水平普遍下降的根本原因。

? 变压器分接头位置放置不合理。

? 电网接线不合理，负荷过重，负荷功率因数低，电力设备检修及线路故障等，均可能使电网电压下降。

2、电网电压偏高的原因

随着现代化电网的发展，20—30万kW大容量机组直接接入超高压电网，以及500kV超高压线路的投入运行，其线路充电功率较大，每百公里充电功率（电容性无功功率）约10万kvar，使220kV—500kV超高压电网内无功过剩，使主网电压过高。这是电网发展的新课题。

其次是峰谷差较大地区，在用电低谷时期，变压器和线路处于空载状态，无功过剩，造成电压升高。 2.2.2电压偏离额定值的危害

1、对于电力用户

各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的，这些设备在额定电压下运行能取得最佳效果，电压过大地偏离额定值，将对用户产生不良影响。

例如照明灯，其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。当电压升高，白炽灯和日光灯的光通量将要增加，但使用寿命将缩短；反之，电压降低，则使光通量降低，灯发光不足，影响人的视力和工作效率。异步电动机的电磁转矩是与其端电压的平方成正比的，当电压降低10%时，电动机转速下降，转矩大约要降低19%。如果电动机拖动的机械负载不变，电压降低时，电动机转速下降，转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，绕组温度增加，加速绝缘老化，使用寿命缩短；当端电压太低时，电动机可能停转，甚至在重载下不能启动。电炉等

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电热设备的出力大致与电压的平方成正比，电压降低就会延长电炉的冶炼时间，降低生产率。

2、对电网而言

电压降低会使电网的电能损耗增大。电压过低时还可能危及电网运行的稳定性，发生电压崩溃事故。而电压过高要影响设备的绝缘。

从危害程度来看，某些危害是破坏性的。例如，雷电疲冲击、电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压往往造成电气设备的绝缘和机械损坏，从而影响电力系统的正常运行；短时的供电中断或电压跌落可能导致生产混乱或工业冶炼产品的大量报废甚至危害人身安全。另一方面，某些电能质量问题主要影响电气设备的性能指标。例如，不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织、造纸等产品的质量受到影响。

由此可见，改善电压质量对于电网的安全、经济运行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义。电能质量直接关系到国民经济的总体效益。

2.3一般提高电压质量的措施

? 采取无功补偿措施，做到无功分级即各个电压等级、分区平衡，即每个电压等级发出的无功与消耗的无功平衡，每个地区发出的无功与消耗的无功平衡，尽可能减少无功远距离输送。

? 做到在负荷点装设无功补偿设备，无功补偿设备可以是电容器、静止无功补偿器等。

? 由用户装设适当的电容器，提高用户的功率因数在0.9以上。集中装有电容光焕发器的大用电户应注意：在小负荷时切除部分电容器，以避免电压升高和向电网送无功，引起网损增加。用户最好装设跟踪无功负荷的自动投切电容器或静止补偿器。

? 在负荷密集的地区变电站采用带负荷调压的变压器。

3电压的监测与调整

3.1电压监测

目前，电压质量主要通过电压监测仪来实现，电压检测仪对供电电压质量监测分为A、B、C、D四类监测点。各类监测点每年随供电网络和负荷性质的变化进行动态调整。

A类：带地区供电负荷的变电站和发电厂的10（6）kV母线电压。 B类：35（66）kV专线供电和110kV及以上供电的用户端电压。

C类：35（66）kV非专线供电的和10（6）kV供电的用户端电压。每10MW

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负荷至少应设一个电压质量监测点。

D类：380/220V低压网络和用户端的电压。每百台配电变压器至少设2个电压质量监测点。监测点应设在有代表性的低压配电网首末两端和部分重要用户。

监测点供电电压合格率的计算方法：电压合格率是实际运行电压在允许电压偏差范围内累计运行时间与对应的总运行统计时间的百分比。

监测点电压合格率统计电压合格率的时间单位为“分”钟。 综合供电电压合格率：

V供(%)＝0.5VA＋0.5(VB＋VC＋VD)3

注：公式中VA、VB、VC、VD分别A、B、C、D类的电压合格率。

3.2电压的调整方式

目前，对电压的调整主要从系统侧开展，主要手段由以下几种： （1）发电厂电压的调整。当母线电压偏低时，通过增发无功，来提高母线的电压；当母线电压偏高时，通过机组进相运行，吸收无功，发出无功，来降低母线电压；或启动调相机进行调压。

（2）变电站电压的调整。主要通过改变有功功率和无功功率的分布进行调压，如调压变压器运行方式、改变变压器分接头调压、并联电容器、并联电抗器调压。投停空载或轻载高压线路调压。特殊情况下有时采用调整用电负荷或限电的方法调整电压。

（3）线路、配电变压器电压调整。主要是改变网络参数进行调压，投入、退出线路无功补偿装置，调整线路负荷、调整配电变压器分接开关。

电压调整的目标主要有以下4个方面。①使枢纽点的电压保持在规定水平，以提高电力系统运行的稳定性。②保持供电电压在正常范围内，以提高对用户的供电质量（中国规定用户供电电压允许变化范围为：35千伏及以上为额定电压的±5％，10千伏以下为±7％）。③有效地利用系统的无功电源和调压措施，经济分配无功潮流，以减少网络损耗。④在系统发生故障时，采用快速恢复电压的措施，防止电力系统解列。

4电压管理分析系统

目前，电力系统广泛应用的调度自动化系统、负荷控制系统、集抄系统等应用系统，已经能够实现大量运行数据的采集，但各系统不在同一平台上，且相互独立不能完全实现数据共享，更谈不上对数据进行综合有效的分析，无法指导我们开展有针对的改进，电压管理无法实现有的放矢，降低了管理效率。建立一个统一信息应用平台，充分发挥已有数据的作用，开展综合分析，提高分析能力和质量，是电压管理分析系统的基本原则。

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