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電能質量對電網安全的影響及應對措施

文檔作者：占勇1 程浩忠2 文檔來源： 1.安徽省電力科學研究院 2.上海交通大學電氣工程系		點擊數：	更新時間： 2021年06月22日
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??????????????????A H I E EC IC E
第25 卷第3 期
2008 年9 月
電能作為現代工業(yè)發(fā)展的基石，其質量標準
是與工業(yè)發(fā)展的階段密切相關的??在電力工業(yè)發(fā)
展相當長的一段時間內，由于負荷的特性，電能質
量問題顯得并不尖銳，大多數用戶因其自身發(fā)展
的需要注重對電能"量"的要求，對"質"的要求相
對較低，電力系統(tǒng)中許多機電設備都能在電能參
量相對較大的變化范圍內正常地工作??但是隨著
科學技術的發(fā)展，特別是在近2 0 年，社會進入飛
速發(fā)展的電子時代：生產自動化??數字化和集成化
程度不斷加強；精密電子設備，如機器人??計算機
的廣泛應用和家用電器日益普及；基于計算機??微
處理器控制的用電設備和電力電子設備在系統(tǒng)中
大量投入使用??這類以電子控制為特點的負荷對
系統(tǒng)干擾比機電設備更加敏感，因此對供電質量
的要求也更高，即不論系統(tǒng)是處于正常穩(wěn)態(tài)還是
故障暫態(tài)，均需保證幅值偏差很小（如只允許在額
????定值的 10 或更小的范圍內波動）的基波正弦電
力的可使用性，哪怕幾個周波的供電中斷或電壓
跌落都將影響這些設備的正常工作，造成巨大的
損失??
電能質量的惡化對電網本身的安全性也會帶
來嚴重的危害??本文從電能質量定義??電能質量問
題的特點??電能質量對電網安全的危害和應對措
施四個方面闡述電能質量問題和對電網安全的影
響及應對措施??
1 電能質量定義
電能質量可用電網諧波??電壓波動和閃變??三
相不平衡度等指標來表示??在我國，電能質量問題
主要包括以下幾個方面：頻率??供電電壓允許偏
差??諧波??電壓波動和閃變??三相電壓不平衡??暫時
過電壓??和??瞬態(tài)過電壓，對此都有相應的國標1-6??
IEC 標準對電能質量的定義為，電能質量是指
供電裝置在正常工作情況下不中斷和干擾用戶使
用電力的物理特性??最嚴重的電能質量問題是電
壓跌落和電壓完全中斷??
????????????????????????IEEE協(xié)調委員會對電能質量（ ）
的技術定義為，合格的電能質量是指給敏感設備
提供的電力和設置的接地系統(tǒng)均是適合該設備正
常工作的??IEEE 第2 2 標準協(xié)調委員會和其它國
際委員會最新采用十一種指標來衡量電能質量，
可以分為下述三大類??
??????電壓幅值
1.1.1 斷電
在一定時間內，一相或多相完全失去電壓（低
電能質量對電網安全的影響及應對措施
Power Qualit y’s Effects on Power Grid and Countermeasur es to be Taken
占勇1 程浩忠2
（1.安徽省電力科學研究院安徽合肥230022；2.上海交通大學電氣工程系上海200240）
摘要：隨著電網電能質量污染問題的日益加劇，電能質量對電力用戶的影響已逐漸受到關注，但電能質量對電網本身安全
性的影響缺乏足夠的重視??文中概述了電能質量的定義和特點，概括了電能質量對電網安全的諸多影響，并提出了應對措
施??
關鍵詞：電能質量；電網；安全
Abstra ct: With the deterioration of power quality in power system，more and more attention has been paid to its
interferences for power consumers，but the power quality itself effected to power grid can not be noticed. The paper reviews
power quality’s definition and characteristics，summarizes its effects on the power grid and puts forward some
countermeasures for the problem.
Keywords: power quality；power gird；safety
??安全生產??
16
??????????????????????????????????A
第25 卷第3 期
2008 年9 月
????于0.1 . .）??按持續(xù)時間長短分為：
????瞬時斷電 0.5 周期 3
??????暫時斷電 3 60
??持續(xù)斷電 60 以上
1 .1.2 電壓跌落
??????????????持續(xù)時間 0.5 周期 1 ，幅值 0.1 . . 0.9
????. .??系統(tǒng)頻率為標稱值??
電壓跌落是最常見的電壓質量問題??根據貝
爾實驗室的研究表明，雷擊引起的絕緣子閃絡或
線路對地放電是造成系統(tǒng)電壓跌落或供電中斷的
主要原因之一??由于電力系統(tǒng)暴露在大自然中，在
雷雨季節(jié)的多雷地區(qū)，極易受到雷擊干擾，因雷擊
而引起的電壓跌落次數有的約占總次數的60??，
并且持續(xù)時間一般超過5 個周波，所以在方圓幾
千平方公里內的任意處的雷擊都將會影響該區(qū)域
內的任一敏感負荷的正常??安全運行??系統(tǒng)故障是
引起電壓跌落和供電中斷的又一主要原因，目前
配電系統(tǒng)中的線路主保護是電流保護，該保護最
大的缺陷是線路中相當大部分區(qū)域上的故障不能
無時延地予以切除??此外，即使無時延保護，從監(jiān)
測到故障再到斷路器斷開，目前最快也需要3 至6
個周波，因此在故障期間，當在故障線路及其附近
線路上接有敏感負荷時，將會因電壓跌落而被跳
閘退出工作??另外，當保護動作后伴隨著重合閘
時，由此而引起的電壓跌落次數將成倍數增加??除
此以外很多電力設備（包括：電動機??壓縮機??升降
機??工作工具）啟動對電源的沖擊電流也是引起電
壓跌落的主要原因之一??在系統(tǒng)無功功率需求過
大的時候，遠方的用戶通常將面臨一種持續(xù)性的
電壓下降過程；一個典型的例子就是在炎熱的夏
季，當空調使用達最高峰時，經常會引起持續(xù)低
壓，使得空調不能正常運轉或者引起其它電器的
不正常工作甚至損壞??
電壓跌落作用在計算機系統(tǒng)上的后果會導致
鍵盤凍結和系統(tǒng)意外崩潰，最終結果是數據丟失??
電壓降低還會減少電氣設備尤其是電動機的效率
和使用壽命??
1 .1.3 電壓浪涌
????????電壓持續(xù)時間為0.5 周期 1 ，幅值為1.1
??????????. . 1.8 . .??
電壓浪涌主要是由于高電壓電動機停止運
行，在電力系統(tǒng)發(fā)生震蕩的時候也可能有電壓浪
涌發(fā)生??持續(xù)性的電壓過高主要發(fā)生在用電較少
的夜晚或大負荷沒有投入運行的休息日??和電壓
尖峰一樣，系統(tǒng)過電壓是對用電設備過電壓承受
能力的巨大考驗，當系統(tǒng)電壓超過用電設備設計
的最大電壓范圍時，通常會造成用電器的損壞，
即使沒有超過電壓允許范圍，電器設備長期承受
過高的電壓對于使用壽命和可靠性都會有不利
的影響??
1.1.4 瞬時脈沖
在兩個連續(xù)穩(wěn)態(tài)之間的一種在極短時間內發(fā)
生的電壓（電流）變化??可以是任一極性的單方向
脈沖，也可以是發(fā)生在任一極性的阻尼振蕩波的
第一個尖峰??
1.1.5 電壓波動與閃變
電壓波動是在包絡線內電壓的有規(guī)則變動，
??????????或是幅值不超出 0.9 . . 1.1 . 范圍的一系列隨
機變化??閃變則是指電壓波動對照明燈的視覺影
響??
1.1.6 電壓切痕
電壓切痕是一種持續(xù)時間小于0.5 個周期的
周期性電壓擾動??
1.1.7 過電壓
??????電壓或電流持續(xù)時間大于1 ，幅值為1.1
??????????. . 1.2 . .??
1.1.8 欠電壓
??????電壓或電流持續(xù)時間大于1 ，幅值為0.8
??????????. . 0.9 . .??
??????電壓波形
1.2.1 諧波
含有基波整數倍頻率的正弦電壓??
1.2.2 間諧波
含有基波非整數倍頻率的正弦電壓，也包括
小于基波頻率的分數次諧波??
電壓諧波由很多因素及現象引起，包括雷擊??
開關負載??發(fā)電機??無線電發(fā)射機及工業(yè)設備的使
用??可以是間歇的，也可以是長期的電壓諧波的危
害很大，各種頻率成分的諧波會干擾電器設備的
正常運行，擾亂程序的正常執(zhí)行??高頻電場干擾還
可能轉化為高頻的電磁場干擾而影響其它用電設
備，對于工業(yè)控制??計算機??通信等設備的危害都
非常明顯??
??????頻率偏差
17
??????????????????????????????A C C
第25 卷第3 期
2008 年9 月
2 電能質量問題的特點
電能質量問題，不僅僅是對數學模型的精確
描述，由于電能的特殊性，它有以下幾個特點：
（1） 動態(tài)性??電能從發(fā)電生產到用戶消耗是
一個整體，其流動始終處于動態(tài)平衡中，并且隨著
電網結構和負荷的改變而不斷變換??在整個電力
系統(tǒng)中，不同時刻??不同地點，電能質量指標往往
是不同的，電能質量始終處在動態(tài)變換中??
（2） 相關性??電能不易大量存儲，其生產??輸
送??分配和轉換過程直至消耗幾乎是同時進行的??
當系統(tǒng)處在各種運行狀態(tài)時，電能質量一旦超標，
相關的設備定會受到不同程度的影響??
（3） 傳播性??電力系統(tǒng)是一個復雜的網絡，為
電能的傳播提供了最好的傳輸途徑??電能傳播速
度快，電氣污染波及面大，會大大降低相連系統(tǒng)的
電能質量??
（4） 潛在性??電能質量的擾動復雜多變，事故
的誘發(fā)條件復雜，其質量的下降造成對系統(tǒng)用電
設備的損害有時并不立即顯現，為安全運行留下
隱患??
（5） 復雜性??電能質量的多指標性作用于同
一個系統(tǒng)時，如何綜合給出電能質量的評判標準
是非常困難的；目前尚沒有一個準確和普遍認可
的定量評估計算方法??
（6） 整體性??保證電能質量要靠多方的努力，
因此要求電力供應方??電力使用方??設備制造商等
共同協(xié)作，制訂統(tǒng)一和可操作的適度質量標準或
單獨的供電質量協(xié)議，或者按照電力用戶對電能
質量的不同要求實行分級控制和管理??
3 電能質量對電網安全的影響
電能質量問題對電力系統(tǒng)安全的影響可以從
一次和二次系統(tǒng)分別加以分析??對于一次系統(tǒng)，電
能質量問題會惡化系統(tǒng)設備的運行工況，直接威
脅系統(tǒng)的安全運行；譬如，諧波可能引起諧振，諧
振高電壓加在電容器兩端，因為高次諧波對電容
器的阻抗很小，所以電容器容易因過負荷而擊穿??
高次諧波電流流過變壓器，使變壓器的鐵心損耗
增加；高次諧波電流流入電動機，不僅鐵心損耗增
加，而且使轉子發(fā)生振動，嚴重影響機械加工質
量??高次諧波使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，在線路上
引起過電壓，會擊穿設備絕緣??負序和諧波對發(fā)電
機不僅有熱效應，產生局部發(fā)熱，而且會使發(fā)電機
組產生振動，并伴有噪音，嚴重威脅機組的安全穩(wěn)
定運行??對于二次系統(tǒng)，當電能質量問題威脅到系
統(tǒng)設備的安全運行時，二次系統(tǒng)的保護部分會自
動使系統(tǒng)設備退出運行，從而會引發(fā)一些不可預
料的結果；另一方面，電能質量問題可能會使保護
裝置發(fā)生誤動??拒動等問題，從而對電力系統(tǒng)的安
全穩(wěn)定運行造成嚴重的后果??
電能質量引起的安全穩(wěn)定性事故在國內外屢
見不鮮??1989 年3 月，由于加拿大魁北克系統(tǒng)中地
磁感應電流導致系統(tǒng)主變壓器飽和并產生大量諧
????????波，造成 C電容器組過載， C 保護動作，系統(tǒng)
電壓失穩(wěn)，進而導致整個魁北克系統(tǒng)崩潰；19 91
年，在意大利阿爾卑斯山地區(qū)，發(fā)生兩次類似電力
????事故，一次是一個2 直流驅動的雙纜滑雪纜
道工程的驗收測試時，引起電網癱瘓，原因是當地
????20 電網容量相對較小，諧波電流引起 18% 的電
壓畸變；在美國，中西部電網也曾有過負載為諧波
含量較高的調速系統(tǒng)，雖沒有超過額定容量，仍引
起主變壓器投切失敗的報道??
在國內，除神朔電氣化鐵道引起附近發(fā)電廠
停機外，上個世紀八十年代湖北黃石的大冶鋼廠
在生產過程中引起附近發(fā)電廠機組劇烈震動；甘
????肅白銀供電局所屬110 變電站供電的電氣化
????鐵道運行中，由于產生11 次諧振，引起110 母
線電壓畸變4% 左右，1 1 次諧波電壓含量達2.2% ??
上個世紀九十年代，河南省信陽及駐馬店地
????區(qū)由于 220 計駐Ⅱ線高頻相差保護跳閘，引起
????了一次大面積停電事故??由于220 計駐線供電
的李家寨??明港和遂平3 個電鐵牽引站諧波電流
????嚴重超標，致使計駐Ⅱ線上的 C 21A 高頻相差
繼電保護的啟動部件受到諧波電流的"等價基波
負序電流效應"影響而啟動；同時，上述3 個牽引
站的諧波電流又使該保護相差部件的復合濾波器
受到"方波形狀失常效應"的影響而將負荷電流誤
判斷為"保護區(qū)內短路電流"，從而使保護跳閘，此
次事故無疑是電鐵諧波和負序超標起主要作用??
但應看到，事故是發(fā)生在重大檢修運行方式下3
個電鐵站諧波綜合疊加的結果；對于這種方式下
電鐵諧波可能引起保護裝置的誤動，調度員并不
曾預計到，這是由于調度員未對諧波和負序等指
標進行實時監(jiān)測，同時對諧波??負序干擾和運行方
18
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第25 卷第3 期
2008 年9 月
式關系這類指標對電網中保護裝置的安全威脅缺
乏認識??國標規(guī)定的諧波指標（對用戶的限值）是
針對"正常最小方式"來確定的，這種方式并不和
電網某些重大檢修方式相一致??因此，要杜絕類似
事故的發(fā)生，不僅要控制干擾源的諧波和負序發(fā)
生量（使之在國標允許值之內），還應使運行人員
實時掌握這些指標，了解這些指標和電網安全運
行的關系，并在運行方式安排中予以周密的考慮
（例如，在嚴重的檢修方式下，要適當限制干擾源
的用電負荷或相應調整保護和自動裝置定值）??
4 應對措施
為應對電能質量惡化引發(fā)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定
性問題，應對電能質量進行全面的運行監(jiān)督和管理??
電網中電能質量的運行監(jiān)督，目前主要由各
級電力調度部門進行日常的電壓和頻率偏差監(jiān)測
和調整??隨著電網的發(fā)展和負荷結構的變化，對電
能質量的干擾越來越嚴重，與此相應，對電能質量
的要求卻越來越高，電能質量的標準也在不斷完
善??為了適應這種形勢，全國各網???。ㄊ校┚?
了電能質量檢測中心（站），根據??電網電能質量技
????術監(jiān)督管理規(guī)定??電綜（1998）211 號文 ，對電網中
諧波??電壓波動和閃變??三相電壓不平衡度等質量
指標一般由檢測中心（站） 采取不定時或專門檢
測，發(fā)現問題再和相關用戶協(xié)商，按??電力法??規(guī)定
的原則，采取措施解決??這里存在一個較大的電能
質量運行監(jiān)督的"盲區(qū)"，即負責電網運行監(jiān)督的
調度人員并不實時掌握電網中這些指標的狀況，
從而在運行方式安排上，不能顧及這些指標的變
化可能對用戶供電質量及電網安全帶來的影響??
消除電能質量運行監(jiān)督的"盲區(qū)"對電網安全
和保證供電質量都有重要意義，為此需要進行下
列工作??
（1） 加強對干擾源用戶的接入和運行管理??
對于電網中大的干擾源用戶，在供電方案論證時
應進行電能質量評估??對于干擾（諧波??負序??電壓
波動和閃變等）評估不合格的用戶，應協(xié)助制定治
理方案，并與供電工程同步實施??大干擾源用戶接
入系統(tǒng)后，應對系統(tǒng)接入點的電能質量進行實時
監(jiān)測，一旦發(fā)現超標，應協(xié)助查找原因和制定治理
方案，并限期實施，使之達標??
（2） 充分利用網絡資源，開發(fā)電能質量監(jiān)測
系統(tǒng)，使運行人員及時掌握電網中電能質量全面
狀況，消除安全隱患??
（3） 擴展電力調度業(yè)務范圍??調度運行日志
上應反映較全面的電能質量指標；運行方式安排
上，應考慮對干擾源負荷供電帶來的一些特殊問
題（如諧波??電壓波動和閃變指標變化，以及繼電
保護和自動裝置定值的調整等）??
（4） 健全電能質量監(jiān)督管理體系，進一步修
訂??完善??電網電能質量技術監(jiān)督管理規(guī)定??，在電
力調度運行規(guī)程中，補充相關電能質量監(jiān)測??調整
的內容??
（5） 盡快落實??電力法??中關于上網電價實行
"同網同質同價"規(guī)定，制定具體辦法和實施步驟??
實施此條款，實際上是對長期以來電能的"以量計
價"的否定??實行同質同價，就意味著"優(yōu)質優(yōu)價"??
"劣質低價"??"污染罰款"，這是促使電能質量提高
的經濟杠桿，具有十分重要的意義??
（6） 普及電能質量專業(yè)知識，特別是對電網
運行監(jiān)督崗位上的技術人員，應全面了解電能質
量的檢測??超標的危害??電能質量指標和運行方式
的關系??降低電能質量危害的措施以及電能質量
標準等方面的知識??
（收稿日期：2008- 07- 23）
參考文獻
??????1 中華人民共和國國家標準，B12325-90，電能質量-供
??????電電壓允許偏差 . 北京，國家技術監(jiān)督局，1990
????????2 中華人民共和國國家標準，B / 14 529??93，電能質量-
??????公用電網諧波 .北京，國家技術監(jiān)督局，1993
??????3 中華人民共和國國家標準，B 12326??2000，電能質量-
??????電壓波動和閃變 . 北京，國家技術監(jiān)督局，2000
????????4 中華人民共和國國家標準，B/ 1554 3??1995，電能質
??????量-三相電壓允許不平衡度 . 北京，國家技術監(jiān)督
局，1995
????????5 中華人民共和國國家標準，B/ 1594 5-1995，電能質
??????量-電力系統(tǒng)頻率允許偏差 . 北京，國家技術監(jiān)督
局，1995
????????6 中華人民共和國國家標準，B / 184 81-2001，電能質
??????量-暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓 . 北京，國家技術監(jiān)督
局，2001
作者簡介：
占勇（197 5-），男，博士，工程師，主要從事電網規(guī)劃??電能質
量等方面的工作??
程浩忠（1962-），男，博士生導師，主要從事電網規(guī)劃??負荷
預測??電壓穩(wěn)定??電能質量??電力市場等方面的教學科研工
作??
19

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