1.7 电能质量与供电可靠性

1.7.1 电能质量的标准

电能质量指的是用电点的电压的幅值、频率等与规范标准的偏离程度。电能质量不合格将导致受电及用电设备不能正常工作并严重影响其寿命甚至危及运行的安全，照明设备还将对人体生理造成危害。信息技术的高速发展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中大量投入使用，它们对来自电力系统的干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。如不及时地、很好地加以解决电能质量问题，将会造成大量的经济损失。

通用的电能质量基本标准包括：①电压偏移 δU ;②电压变化摆幅 δU _t ;③电压摇摆剂量 Ψ ；④电压波形的非正弦系数 K ;⑤ n 次谐波分量系数 K _{U （n）} ;⑥负序电压系数 K ₂ U ;⑦零序电压系数 K ₀ U ;⑧频率偏移Δ f ;⑨电压塌陷时间Δ t ;⑩脉冲电压 U _IMP 。其分述如下：

（1）电压偏移 δU

电压偏移定义为：

式中 U ——电压有效值，kV;

U _e ——电压额定值，kV。

允许电压偏移列于表1.3。事故后状态允许电压负偏移较正常状态放宽5%。

（2）电压变化摆幅 δU _t

电压变化的摆幅定义为：

式中 U _i 、 U _{i +1} ——电压幅值包络线相邻两极值点电压，V。

当每分钟内出现的摆动次数越多时，电压变化摆幅允许值越小。当摆动次数在1次/min及以内时，对一般的室内照明白炽灯，其允许摆幅为4%。电压变化摆幅如图1.21所示。

（3）电压摇摆剂量

周期性的或近似于周期性的电压摇摆对人体生理危害的剂量定义为：

式中 δU _f ——电压变化曲线摇摆频率为 f 的傅里叶分量有效值；

g _f ——电压变化有效值摆幅的等效折算系数与摇摆频率的关系列于表1.4;

θ ——取平均值的时间区间长度，为10min;

n ——所考虑摇摆最高频率。

对于一般室内照明白炽灯，电压摇摆对人体生理危害的剂量标准为0.034。

（4）电压波形的非正弦系数

电压波形的非正弦系数定义为：

式中 U _（n） ——电压的 n 次谐波有效值，kV;

n ——电压谐波次数；

N ——所考虑的谐波最高次数。

确定电能质量指标时，可不计 n >40和所占比例小于0.3%的谐波分量，并按下式计算：

式中 U _（1） ——基波有效值，kV。

电压波形非正弦系数的允许值列于表1.5。

（5） n 次谐波分量系数 K _{U（ n ）}

n 次谐波分量系数定义为：

式中 U _（n） —— n 次谐波有效值。

允许按下式计算：

式中 U _（1） ——基波有效值。

通用的谐波分量系数标准列于表1.6。

（6）负序电压系数 K _{2 U}

负序电压系数定义为：

式中 U _2（1） ——三相电压系统中负序基波分量的有效值。

负序分量系数正常允许值为2%，最大限值为4%。

（7）零序电压系数 K _{0 U}

零序电压系数定义为：

式中 U _0（1） ——三相电压系统相电压基波零序分量有效值。

当电压波形非正弦系数不超过5%时，可按下式计算：

式中 U _1（1） ——基波线电压有效值。

零序分量系数正常允许值为2%，最大限值为4%。

（8）频率偏移Δ f

频率偏移定义为：

式中 f ——频率值，Hz;

f _N ——频率额定值。

频率偏移正常允许值为±0.2Hz，最大限值为±0.4Hz。

（9）电压塌陷时间Δ t _p

电压塌陷时间如图1.22所示，电压塌陷时间定义为：

式中 t _f 、 t _B ——电压塌陷的起始及终止时间，s。

（10）脉冲电压 δU _imp 及其持续时间 t _{imp .0.5}

脉冲电压如图1.23所示，脉冲电压定义为：

式中 U _imp ——脉冲电压值，kV。

脉冲电压的持续时间从脉冲电压前沿中点算起，电压越过顶点回复到该数值所经过的时间，一般为几微秒到10微秒。

1.7.2 对电力负荷供电的要求

对电力负荷供电的基本要求是“安全可靠，优质经济”。“安全可靠”指的是保证供电的连续性。保证“安全可靠”的必要手段之一，是对其提供足够的供电电源。优质指的是对用户提供的电压质量合乎国家标准。供电的经济性最终表现为售电的价格，它是由发电和输电的经济性来保证的：主要是降低发电的成本，例如提高发电的效率、降低电厂自身用电（厂用电）量、降低输电线及变压器的损耗等。

按供电可靠性要求将电力负荷分为3类：

Ⅰ类。供电中断可能导致威胁人身安全、贵重设备的损坏、国民经济的巨大损失，或社会秩序的严重破坏。例如，煤矿井下、医院手术室的供电中断，可能导致人身伤亡。冶炼厂中电炉停电可能导致设备破坏。股票市场等金融交易机构的供电中断将造成重大的经济损失。国家重要机关及航空、铁路等重要交通枢纽的供电中断会造成重大的政治影响和社会秩序的严重破坏。

Ⅱ类。供电中断将导致大量减产或影响大量居民的正常生活，例如大型的机械制造厂，城市供水系统等。

Ⅲ类。Ⅰ、Ⅱ类之外的其他负荷。

对于Ⅰ类负荷必须考虑有两个及以上的独立电源供电。所谓独立电源，指在发生事故时，在继电保护装置正确动作的情况下，两个电源不会同时丢失或在失去一个电源时，在允许的时间内第2电源自动投入。特别重要的Ⅰ类负荷还应考虑增设第3独立电源供电。

Ⅱ类负荷也要求有两个独立电源供电，当第1电源失去时，由运行人员操作投入第2电源。当只有一个独立电源时，也必须由两回线供电，并能保证故障线的修复不超过1昼夜。

Ⅲ类负荷可仅有1回供电线路，事故后应能在1昼夜内修复。 vpByHXSMzRQ8xaTRa4I93s073NNJh3jPG8X5RYAxgUCl169HwU/2rdhNR1PAtu3E