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解決電能質量現狀優化方案

一 、電能質量現狀

    隨著中國工業 、農業和人民生活水平的不斷提高 ，除了需要電能成倍增長 ，對供電質量及供電可靠性的要求也越來越多 ，電能質量（Power Quality）受到人們的日益重視 。例如 ，工業生產中的大型生產線 、通信係統 、機場 、大型金融商廈 、大型醫院等重要場合的計算機係統一旦失電 ，或因受電力網上瞬態電磁幹擾影響 ，致使計算機係統無法正常運行 ，將會帶來巨大的經濟損失 。電梯 、空調等變頻設備 、電視機 、計算機 、複印機 、電子式鎮流器熒光燈等已成為人們日常生活的一部分 ，如果這些裝置不能正常運行 ，必定擾亂人們的正常生活 。但是 ，電視機 、計算機 、複印機 、電子式照明設備 、變頻調速裝置 、開關電源 、電弧爐等用電負載大都是非線性負載 ，都是諧波源 ，如將這些諧波電流注入公用電網 ，必然汙染公用電網 ，使公用電網電源的波形畸變 ，增加諧波成份 。

    近幾年 ，傳感技術 、光纖 、微電子技術 、計算機技術及信息技術日臻成熟 。集成度愈來愈高的微電子技術使計算器的功能更加完美 ，體積愈來愈小 ，從而促使各種電器設備的控製向智能型控製器方向發展 。隨著微電子技術集成度的提高 ，微電子器件工作電壓變得更低 ，耐壓水平也相對更低 ，更易受外界電磁場幹擾而導致控製單元損壞或失靈 。例如 ，２０世紀７０年代計算機迅速普遍推廣，電磁幹擾及抑製問題更是十分突出 ，一些功能正常的計算機常出現誤動作 ，而無法找出原因 。NOBLE試驗使用“模擬脈衝的高頻噪音模擬器” ，將它產生的脈衝注入被試計算機的電源部分 ，結果發現計算機在注入１００～２００Ｖ脈衝時就誤動作 ，造成計算機在現場無法正常工作 ，其原因之一是計算機的電源受到了汙染。因此 ，受諧波電流汙染的公用電源 ，輕者幹擾設備正常運行 ，影響人們的正常生活 ，重者致使大型生產線 、通信係統運行癱瘓 ，造成嚴重經濟損失 。

    國際電工委員會（IEC）已於１９８８年開始對諧波限定提出了明確的要求 。美國“IEEE電子電氣工程師協會”於１９９２年製定了諧波限定標準IEEE—1000 。在IEEEｓｔｄ．５１９—１９９２標準中明確規定了計算機或類似設備的諧波電壓畸變因數（THD）應在５％以下 ，而對於醫院 、飛機場等關鍵場所則要求THD應低於３％ 。

二 、症狀分析

電源質量降低會導致的係統綜合用電效率下降 ，經分析認為 ，對用電係統會造成如下的影響 ：

1 、變壓器的損耗

    變壓器自身的鐵損和銅損由於電網中諧波 、瞬流和浪湧的存在 ，變得較為嚴重 。變壓器損耗源於鐵芯中的雜散磁場損耗以及繞組中的渦流和阻抗損耗 。在這幾個原因之中 ，當有諧波電流存在時 ，最應該受到關注的是渦流損耗 ，因為它們大約以頻率的平方倍數增加 。在工業係統中一個典型的生產環境裏 ，變壓器的渦流損耗是預期值的九倍左右 ，幾乎是整個負載損耗的兩倍 。

2 、集膚效應所引起的導線過熱

    所有的諧波都會引起相線的額外損耗 。集膚效應在功赫茲時可以忽略不計 ，從3 次赫茲及以上（7 次諧波）開始起作用 。例如 ，一根直徑為20 毫米的導線在3次赫茲時具有比其直流電阻高60 ％的視在電阻 。這些增加的電阻 ，甚至是增加的電抗（由於頻率升高）將會導致電壓降和電壓畸變的增加 ，最終導致電能質量的嚴重下降和電能的額外損失 。

3 、電動機損耗

    電壓諧波會導致直接連接的感應電動機的額外損耗 。5 次諧波生成一個反旋轉磁場 ，而7 次諧波在電動機的同步轉速之上又生成一個旋轉磁場 。因此而導致的扭矩脈動在聯軸器和軸承處產生磨損和裂紋 。由於速度是固定的 ，在諧波裏儲藏的能量就以額外的熱量形式散發了 ，從而導致過早老化 。諧波電流還有可能被引入到轉子之中 ，導致進一步的發熱現象 。這些額外的熱量使得轉子和定子之間的空氣間隙減少 ，從而進一步降低了效率 。變速裝置本身會產生一係列問題 。他們對電壓暫變更加敏感 ，往往會因此而導致整個同步生產線癱瘓。它們經常安裝在離電動機還有一定距離的地方 ，在電壓突升時會產生電壓尖峰 ；在係統設計時 ，為了適應最大負荷 ，電動機的額定功率選型標準為最大使用值的120％左右 。但在實際使用過程中 ，通常在額定功率的50％左右 ，這就是常說的“大馬拉小車” ，大量的電能被浪費 。

4 、功率因數補償設備所產生的問題

諧波頻率可能和雜散電感及功率因數補償（PFc ）設備組合的諧振頻率一致 ，生成額外的電壓或者電流 ，從而導致過早出現故障 。

5 、中性線過載

    在三相回路中有三根帶電相線和一根用來傳導三相之間不平衡電流的回流線 。然而 ，隨著3n次諧波的疊加 ，中性線裏會有很大的電流流過 。由於在過去很多中性線的截麵都是減半的 ，因此現在即使相線在遠低於滿負荷的條件下運行 ，這種形勢也可能十分嚴峻 。

6 、保護裝置的誤跳閘

   衝擊電流可能會使斷路器跳閘 ，由於斷路器不能正確合計含有基波和各次諧波的電流 ，因此誤跳閘或者在該跳閘的時候根本不跳 ；漏電電流可能會達到使漏電保護裝置動作的設定值 。針對誤跳閘的補救措施絕不能危害到現場人員的安全 。普遍采用的解決方法是多分幾個回路 ，使每個回路所帶負載減少 ，從而降低衝擊電流和漏電電流 。經過特殊設計的諧波處理設備應得到使用 ，過大的回路規模決不是正確的解決方案 。

    諸如此類 ，還有 IT設備及程控設備死機 、燈光頻閃 、PLC 死機 、數據網絡堵塞等等問題 ，都是現實環境中存在的普遍問題 ，需要說明的是 ，這些問題的存在與整個國家的發展過程與經濟現狀有著直接的關係 ，並不是某一個管理人員或者技術人員的技術水平和管理水平引起的 。

三 、解決方案

    在低壓配電係統中適當點采用CENE係統節電保護裝置進行綜合布控治理 ，有效吸收線路中的諧波和浪湧 ，消除公共供電點上供電波形的不穩定性 、非正弦性 、不對稱性 ，穩定頻率變化 ，達到優化線路電力品質 ，減少諧波危害 ，淨化環境 ，提高設備用電效率的作用 。在保護設備 、節約用電的同時 ，為其它層麵的電效治理提供電源質量優良的環境平台 。