发电厂电能质量在线监测技术

1、发电厂电能质量在线监测技术发电厂电能质量在线监测技术主要内容一、电能质量背景知识一、电能质量背景知识二、现行电能质量国家标准二、现行电能质量国家标准三、劣势电能质量影响与经济损失调查三、劣势电能质量影响与经济损失调查四、发电厂电能质量监测技术的应用四、发电厂电能质量监测技术的应用什么是电能质量？什么是电能质量？IECIEC（1000-2-2/41000-2-2/4）标准：）标准：供电装置正常工作情况供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性下不中断和干扰用户使用电力的物理特性导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差，造成用电设备

2、故障或者误动作的任何电力频率偏差，造成用电设备故障或者误动作的任何电力问题问题 电能质量背景知识 电能质量问题的由来电能质量问题的由来 随着国民经济的发展，用电负荷日趋复杂化和多样化，大量具有非随着国民经济的发展，用电负荷日趋复杂化和多样化，大量具有非线性、冲击性和不平衡特性的负荷造成电网电能质量的恶化；同时，现线性、冲击性和不平衡特性的负荷造成电网电能质量的恶化；同时，现代工商业大量使用的计算机系统、快速发展的高新技术产业对电能质量代工商业大量使用的计算机系统、快速发展的高新技术产业对电能质量的要求却越来越高，尤其是一些电能质量敏感企业一旦发生问题，会产的要求却越来越高，尤其是一些电能质量敏

3、感企业一旦发生问题，会产生很大的经济损失。生很大的经济损失。 电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质的电力可以电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质的电力可以提高用电设备效率，增加使用寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质提高用电设备效率，增加使用寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质量关系到电力可持续发展，也关系到国民经济总体效益，是实现节约型量关系到电力可持续发展，也关系到国民经济总体效益，是实现节约型社会的必要条件之一。社会的必要条件之一。电能质量背景知识 电能质量理解Power QualityPower Quality电能质量，是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品电

4、能质量，是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。围绕电能质量的含义，从不同角度理解通常包括：质。围绕电能质量的含义，从不同角度理解通常包括： （1 1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题。供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题。 （2 2）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供户除对交流电源

5、有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损。改善和降低线损。 （3 3）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。性、透明度等。 （4 4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互

6、作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。电能质量背景知识 电力系统常见电磁现象 一个良好的电能应该是连续的，电源的电压和频率总是保持在允许范围一个良好的电能应该是连续的，电源的电压和频率总是保持在允许范围内，且电压和电流具有纯正的正弦波曲线。以下是电力系统中常见的电磁现内，且电压和电流具有纯正的正弦波曲线。以下是电力系统中常见的电磁现象。象。电能质量背景知识电能质量背景知识 电能质量指标 电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波、电压波动和闪变、三相电电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波、电压波动和闪变

7、、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降 电能质量指标特点 空间上、时间上不断变化空间上、时间上不断变化 需要供、用电双方共同合作维护需要供、用电双方共同合作维护电能质量背景知识uGB/T 15945-2008 GB/T 15945-2008 电能质量电能质量 电力系统频率偏差电力系统频率偏差uGB/T 12325-2008 GB/T 12325-2008 电能质量电能质量 供电电压偏差供电电压偏差uGB/T 14549-93 GB/T 14549-93 电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波uGB/T 12326-2008 GB/T

8、 12326-2008 电能质量电能质量 电压波动和闪变电压波动和闪变uGB/T 15543-2008 GB/T 15543-2008 电能质量电能质量 三相电压不平衡三相电压不平衡uGB/T 24337-2009 GB/T 24337-2009 电能质量电能质量 公用电网间谐波公用电网间谐波uGB/T 18481-2001 GB/T 18481-2001 电能质量电能质量 暂时过电压和瞬态过电压暂时过电压和瞬态过电压uGB/T 19862-2005 GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求电能质量监测设备通用要求现行电能质量国家标准 电能质量 电力系统频率偏差术语和定义术语和

9、定义%1001%总运行统计时间频率超限时间）频率合格率（u标称标称频率频率 nominal frequency：系统设计选定的频率。u频率偏差频率偏差frequency deviation：系统频率的实际值和标称值之差。 频率偏差=实测频率-标称系统频率u频率合格率频率合格率 frequency qualification rate 实际运行频率偏差在限值范围内累计运行时间与对应的总运行统计时间的百分比。 1.电力系统正常运行条件下频率偏差限值为0.2Hz。当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到0.5Hz。 2.用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0.2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统

10、的条件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的安全、稳定运行以及正常供电。 频率偏差限值频率偏差限值 电能质量 电力系统频率偏差%100%系统标称电压系统标称电压电压测量值）电压偏差（12术语和定义术语和定义%1001%总运行统计时间电压超限时间）电压合格率（u电压偏差电压偏差 voltage deviation： 实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示。u电压合格率电压合格率 voltage qualification rate 实际运行电压偏差在限值范围内累计运行时间与对应的总运行统计时间的百分比。 电能质量 供电电压偏差供电电压偏差的限值供电电压偏差的限值u3

11、5kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%； 注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。u20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的7%u220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%； 注：对供电点短路容量较小、供电距离较长的以及对供电电压偏差有特殊要求的用户，由供、用电双方协议确定 电能质量 供电电压偏差术语和定义术语和定义u基波（分量）基波（分量） fundamental（component）：对周期性交流量进行傅里叶级数分级，得到的频率与工频相同的分量。u谐波（分量）谐波（分量） fundamental（component）：

12、对周期性交流量进行傅里叶级数分级，得到的频率为基波频率大于1整数倍的分量。u谐波含量（电压或电流）谐波含量（电压或电流） harmonic content （for voltage or current）：从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。u谐波含有率谐波含有率 harmonic ratio (HR)：周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根之比。第 h 次谐波电压含有率以HRUh 表示,第h 次谐波电流含有率以HRIh 表示u总谐波畸变率总谐波畸变率 total harmonic distortion (THD)：周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方

13、均根值之比。 电压总谐波畸变率以 THDu 表示,电流总谐波畸变率以THDi 表示 电能质量 公用电网谐波谐波电压限值谐波电压限值 公用电网谐波电压(相电压)限值见表1。 表1 公用电网谐波电压(相电压) 电能质量 公用电网谐波谐波电流允许值谐波电流允许值 公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超过下表中规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，下表中的谐波电流允许值可按照比例换算。 电能质量 公用电网谐波术语和定义术语和定义u基波分量基波分量 fundamental component：对周期性交流量进行傅里叶级数分级，得到的频率与工频相同的分量。

14、u间谐波分量间谐波分量 interharmonic component：对周期性交流量进行傅里叶级数分级，得到的频率不等于基波频率整数倍的分量。u间谐波次数间谐波次数 interharmonic order：ih 间谐波频率与基波的比值。u间谐波含有率间谐波含有率 interharmonic ratio ；IHR 周期性交流量中含有的第ih次间谐波分量的方均根值与基波分量的方均根之比。 第 ih 次谐波电压含有率以IHRUih 表示，第h 次谐波电流含有率以IHRIih 表示 电能质量 公用电网间谐波限值限值1. 220kV及以下电力系统公共连接点间谐波电压含有率不大于表1限值 表1 间谐波电

15、压含有率限值（%）2. 接于公共连接点的单个用户引起的各次间谐波电压含有率一般不得超过表2限值，根据连接点的负荷状况，此限值可以做适当变动，但必须满足1.规定 表2 单一用户间谐波电压含有率限值（%） 电能质量 公用电网间谐波%100NUUd术语和定义术语和定义u电压波动电压波动 voltage fluctuation：电压方均根值（有效值）一系列的变动或连续的改变。u电压变动电压变动 relative voltage change：电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差，以系统标称电压的百分数表示。 电压变动d的表达式为： 电能质量 电压波动和闪变u 闪变闪变 灯光照度不稳定造成的视感。电压

16、波动会引起部分电气设备不能正常工作。一般来说，对电子计算机和控制设备不需要特别去关注，而在商用和民用建筑的照明设备中，白炽灯占有相当大的数量，电压的波动会造成白炽灯光明显闪烁，严重时使人眼难以忍受，为此，选白炽灯的工况作为判断电压波动值是否能被接受的依据。由电压波动造成灯光的闪烁，其专业术语称之为闪变（有时也称为电压闪变Voltage Flicker）。因此说，闪变是电压波动引起的有害结果，是指人对照度波动的主观视感，它不属于电磁现象。u 短时间闪变短时间闪变 short term severity：Pst 衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值，短时间闪变的基本记录周期为10min。

17、u 长时间闪变长时间闪变 short term severity：Plt 由短时间闪变值Pst推算出，反映长时间（若干小时）内闪变强弱的量长，长时间闪变的基本记录周期为2h。 电能质量 电压波动和闪变电压波动和闪变限值电压波动和闪变限值u电压波动限值u闪变限值 电力系统公共连接点，在系统正常运行的较小方式下，以一周（168h）为测量周期，所有长时间闪变值都应满足闪变限值表的要求。 电能质量 电压波动和闪变术语和定义术语和定义u电压不平衡电压不平衡 voltage unbalance：三相电压在幅值上不同或相位差不是120，或兼而有之。u不平衡度不平衡度 voltage factor：指三相电力

18、系统中三相不平衡的程度。用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示。u正序分量正序分量 positive-sequence component：将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后其正序对称系统中的分量。u负序分量负序分量 negative-sequence component ：将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后其负序对称系统中的分量。u零序分量零序分量 zero-sequence component：将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后其零序对称系统中的分量。 电能质量 三相电压不平衡电压不平衡度限值电压不平衡度限值u1.电力系统公共连接点

19、电压不平衡限值为： 电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%。短时不得超过4%；u2.接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。 根据连接点的负荷状况以及邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，该允许值可作适当变动，但必须满足1.的规定。 电能质量 三相电压不平衡术语和定义术语和定义3/22u过电压过电压 overvoltage 以Um表示三相系统最高电压，则峰值超过系统最高相对地电压峰值（ Um）或最高相间电压峰值（ Um）的任何波形的相对地或相间电压分别为相对地或相间过电压。u暂时过电压暂时过电压 temporaray overvolt

20、age 在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的（以工频或其一定的倍数、分数）振荡的过电压u瞬态过电压瞬态过电压 transient overvoltage 持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。它可以叠加于暂时过电压上。电能质量 暂时过电压和瞬态过电压电压暂降电压暂降( (Sags/DipsSags/Dips凹陷，骤降，跌落凹陷，骤降，跌落) )的定义的定义1）电压暂降不同于电压波动或欠电压，是指母线电压有）电压暂降不同于电压波动或欠电压，是指母线电压有效值大幅度快速下降且持续时间极短的突发事件。效值大幅度快速下降且持续时间极短的突发事件。2）国际电工委员会（国

21、际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定值的将其定义为下降到额定值的90%至至1%， 国际电气与电子工程师协会（国际电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降将其定义为下降到额定值的到额定值的90%至至10%，其典型持续时间为，其典型持续时间为0.51min。t (s)0.080.060.040.024002000-200-4000（a） 电压凹陷与补偿后波形u (V)12u (p.u.)t (s)50.0210.500.250.20(a)-0.5-1URMS (p.u.)t (s)500(b)0.6

22、0.4电压暂升、暂降、短时中断电压暂降的特征量在电压暂降的分析中，通常将暂降时在电压暂降的分析中，通常将暂降时的电压有效值与额定电压有效值的比的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为值定义为暂降幅值暂降幅值；将暂降从发生到；将暂降从发生到结束之间的时间定义为结束之间的时间定义为持续时间持续时间；将；将单位时间内（评估时通常一年）发生单位时间内（评估时通常一年）发生电压暂降的次数定义为电压暂降的次数定义为暂降频次暂降频次。0%20%40%60%80%100%电压RMS (%)暂降幅值=45%持续时间=5周波时间（周波或s） 暂降幅值暂降幅值、持续时间持续时间、暂降频次暂降频次是标称电压暂降严重度

23、的最重要的三个是标称电压暂降严重度的最重要的三个特征量特征量(有时还可能出现电压有时还可能出现电压相位跳变相位跳变)。t (s)0.080.060.040.024002000-200-4000（a） 电压凹陷与补偿后波形u (V)12电压暂升、暂降、短时中断短时间中断当电压有效值降低到接近于零时，则称为中断。 由于对电压暂降下降幅度定义不同，对“接近于零”的定义也有不同： IEC定义“接近于零”为“低于额定电压的1%”；IEEE定义为“低于10%”IEEE Std.1159-1995。由于故障自动恢复装置（线路重合闸和备用电源自动投入装置）在电力系统的应用，出现了短时间中

24、断现象。电压暂升、暂降、短时中断电压暂降现象的起因引起电压严重暂降的主要原因是引起电压严重暂降的主要原因是系统元件系统元件或线路的故障。或线路的故障。(雷电等恶劣天气影响雷电等恶劣天气影响) 特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续时间短（即故障在线时间）时间短（即故障在线时间）引起电压暂降的另一主要原因是引起电压暂降的另一主要原因是重型负荷重型负荷的启动的启动。 特征：暂降幅度小、非规则矩形、持续时特征：暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长间长图a：线路短路图b：大型电机启动 就现象而言,电压暂降并不是新问题。但是,由于其危害和影响十分突出,它成为近年来日益引起

25、电工界关注的最重要的电能质量问题.电压暂升、暂降、短时中断电压瞬时跌落与短时中断过程描述电压瞬时跌落与短时中断过程描述电 压BA短时间中断时间电压暂降重合闸时故障线路（实线）和非故障线路（虚线）电压均方根值A故障切除时间 B重合闸重合时间变电站重合闸主馈线1分支线路熔断器2带有熔断器和重合闸的架空线路配电系统F1F2电压暂升、暂降、短时中断电压暂降与短时中断过程描述暂态电能质量事件对比暂态电能质量事件对比u按信号的接入方式分按信号的接入方式分1.直接接入式 直接将待测电压、电流信号接入监测设备，不需要中间设备。2.间接接入式 待测电压、电流信号经传感器接入监测设备。u 按使用方式分按使用方式分

26、1. 便携式 根据需要，临时装设于现场。一般应便于携带、运输。2. 固定式 固定装设在监测现场，长期在线运行。一般无需进行操作，自动完成设定的监测、存取、传输等功能GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求监测功能监测功能注：注：具有表中单项或几项监测功能的监测设备也均按照本标准执行。 表 监测功能一览表GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求u系统频率偏差的危害u电压偏差的危害u三相不平衡的危害u谐波的危害u电压暂态事件的危害（暂降、暂升和短时中断）劣势电能质量影响与经济损失调查系统频率偏差过大对用电负荷的危害v 产品质量没有保证 工业企业v 降低劳动生产率 机

27、械工业v 使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。 现代工业系统频率偏差的危害系统频率偏差过大对电力系统的危害v降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃；v汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振；v处于低频率系统中的电动机和变压器会给系统电压调整带来困难；v频率下降，电容器无功出力成比例降低，不利于系统电压的调整； 频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。系统频率偏差的危害案例：保护误动造成频率下降大面积停电 2006年7月1日20：48 ，华中（河南）电网发生重大电网事故-“71”电网事故，这是建国以来中国最大一起电网事故。该事故事故导致华中（河南）电网多条500千伏线路和220千

28、伏线路跳闸、多台发电机组退出运行，电网损失部分负荷，造成河南5市停电，并影响到周边湖北、湖南、江西等各省电网。根据有关资料，河南500kV嵩郑双回线继电保护误动作跳闸，原线路178万千瓦的负荷完全转移到和它电磁环网的220kV系统，先过负荷继而全网稳定破坏，系统振荡不仅波及西到四川、南到湖南、东到江西的华中全网，而且波及北到华北电网。发电机组共26台跳闸、出力损失600多万千瓦。华中和华北的弱联系单回500kV联络线手动解列。华中电网频率下降到49.1Hz，负荷损失近380万千瓦。 电压偏差时对发电机的影响当发电机电压降低变化时，会使连接在发电机母线上的厂用电压降低，从而降低了感应电动机的转动

29、力矩，影响机械出力，汽机的给水泵给水压力降低，锅炉风机压力不足等等，必然影响锅炉、汽机、发电机本身的安全经济运行。同时电机电流增大，使厂用电动机因过负荷而发热。另外电压降低会使用户端电压降低，输电线路电流增大，线路损耗增加，这样恶性循环，破坏电网的稳定性。当发电机电压降低变化时，降低了发电机并列运行的稳定性，因为电压是由气体磁通感应产生的，电压减低说明了定子、转子磁极间的磁力线减少，它们的拉力变弱，发电机易失去同步，使电力系统并列运行的稳定性损坏，造成系统振荡。电压偏差的危害 电压偏差时对系统的影响电压的变化是系统中无功功率失去平衡的反映，也是电压失去平衡的结果，它对电气设备的危害性很大：发电

30、机在低于额定电压运行时，要维持同样的出力，定子电流必然增加，如果定子线圈电流在额定电压下已达额定值，电压减低后要维持有功出力不变，那么发电机的无功将随电压降低而减少，就是电压每降低1%，无功出力将减低3%。静电电容器的出力与电压的平方成反比，因此电压在一定范围内每减低1%，其出力就减少2%。线路损耗受电压的影响较大，它与电压的平方成反比，在一定范围内电压每减低1%，其出力就减少2%。电压偏差的危害（a）白炽灯；（b）荧光灯电压偏差的危害山西汾阳城区电能质量指标严重下降山西汾阳城区电能质量指标严重下降v 2009年7月底以来，汾阳城区电能质量显著下降，主要表现为电压过低。v 白炽灯以及其他照明灯

31、具一直处于忽明忽暗的状态。电扇不但转速下降，甚至突然可能停止转动，导致烧坏电动机。电视机时常 无法收看。电脑、调制解调器也不能正常使用，电压剧烈变化时经常停机，都必须重新启动。v 好在是电压过低，如果是过电压，我家还怕都四处烧高香了。山西电力汾阳支公司应该给个说法。 举例：电压偏差造成的投诉 感应电动机 负序电压产生制动转矩，使感应电动机的最大转矩和输出功率下降， 还可能引起电动机振动。 变压器 变压器处于不平衡负载下运行时，如果其中一相电流已先达到变压器额定电流，则其余两相电流只能低于额定电流，此时变压器容量得不到充分利用。三相不平衡的危害换流器三相电压不平衡使换流器的触发角不对称，换流器将

32、产生较大的非特征谐波。非特征谐波电流的出现对换流器的谐波治理提出更高要求，直接导致换流器总投资增大。继电保护和自动装置三相不平衡系统中的负序分量偏大，可能导致一些作用于负序电流的保护和自动装置误动作，威胁电力系统的安全运行。此外，系统三相不平衡还会使某些负序启动元件对系统故障的灵敏度下降。三相不平衡的危害线损在三相不平衡系统中，线路除正序电流产生的正序功率损耗外，还有负序电流及零序电流产生的附加功率损耗，因此加大了线路的总损耗，降低了电力系统运行的经济性。计算机低压三相四线制系统中，三相不平衡引起中性线上出现不平衡电流，中性点电位会产生漂移。严重的零电位漂移对计算机产生电噪声干扰，可能使计算机

33、无法正常工作。三相不平衡的危害v台州发电厂2004年电能质量不平衡度为0.7%，同比上升75%，即同比电量损失增加3270万千瓦，造成直接经济损失1100万元。2005年进行电能质量分析，采取措施，不平衡度下降至0.41%，电能损失明显减少，减少经济损失1000多万元举例:不平衡危害谐波对并联电容器组影响最为显著。据统计，大约有谐波对并联电容器组影响最为显著。据统计，大约有70%70%的谐波故障是发生在电容器组中。研究指出，对矿物的谐波故障是发生在电容器组中。研究指出，对矿物油浸绝缘的电容器，在电压总畸变率为油浸绝缘的电容器，在电压总畸变率为5%5%条件下运行二年，条件下运行二年，介损系数约提

34、高一倍。介损系数约提高一倍。在谐波作用下，电力电缆的损坏也显著增多。前苏联在谐波作用下，电力电缆的损坏也显著增多。前苏联曾经对比了两条同时敷设在相似环境温度下的电缆，其中曾经对比了两条同时敷设在相似环境温度下的电缆，其中一条在基本正弦电压下运行，另一条电压总畸变率为一条在基本正弦电压下运行，另一条电压总畸变率为6 68.5%8.5%。经。经2.52.5年运行，后者的泄漏电流平均增加年运行，后者的泄漏电流平均增加36%36%，比前，比前者经者经3.53.5年运行还大年运行还大43%43%。谐波的危害由于高次谐波旋转磁场产生的涡流，使旋转电机的铁由于高次谐波旋转磁场产生的涡流，使旋转电机的铁损增加

35、、使同步电机的阻尼线圈过热，或使感应电机定子损增加、使同步电机的阻尼线圈过热，或使感应电机定子和转子产生附加损耗。另外，高次谐波电流还会引起振动和转子产生附加损耗。另外，高次谐波电流还会引起振动力矩，使电机转速发生周期性的变化。在畸变电压作用下，力矩，使电机转速发生周期性的变化。在畸变电压作用下，电机和变压器的绝缘寿命将缩短。国内外经验表明，当谐电机和变压器的绝缘寿命将缩短。国内外经验表明，当谐波电压总畸变达波电压总畸变达101020%20%，可以导致电动机在短期内损坏。，可以导致电动机在短期内损坏。在谐波和负序的共同作用下，电力系统中以负序滤过在谐波和负序的共同作用下，电力系统中以负序滤过器

36、为启动元件的多种保护和自动装置会产生误动。器为启动元件的多种保护和自动装置会产生误动。对于采用感应系机构的电度表，谐波会引起电度计量对于采用感应系机构的电度表，谐波会引起电度计量的误差，其结果将导致：产生大量谐波的用户少付电费，的误差，其结果将导致：产生大量谐波的用户少付电费，而线性用户反而多付电费而线性用户反而多付电费谐波的危害电压暂降电压暂降的危害IBM：电能质量问题是造成数据丢失的最大原因！：电能质量问题是造成数据丢失的最大原因！电压暂降电压暂降的危害。汽车制造业灵活的自动控制和链式供应生产线管理v由于无序断电和上电,暂降导致损坏部件或加工设备以及数字控制设备需重新设置控制流程；v暂降影

37、响机器人电焊工的焊接质量，甚至需要重新回炉或电焊程序的重启；v暂降使得喷漆线突然停止，在火炉控制重启前，需要30min净化空气控制系统。v暂降导致停产的更多时间是花费在整个生产线再启动上（有报道讲，由于4个周波的电压暂降，需要72min才能恢复生产线工作，造成损失可达700，000$）电压暂降电压暂降的危害-行业举例塑制品聚合加工业、造纸业、玻璃制造业电力消耗大户 暂降导致现代化生产线突然停止意味着重启前需要数小时清除设备内的垃圾。 某玻璃制品厂工频5个周期的电压间断，造成损失约200,000$；IT、通讯业高价值端客户需要超高可靠性 某计算机中心2秒的供电中断引起约600,000$的损失。杭

38、州东信通讯移动电话公司一次暂降造成损失达3，000，000￥。 医疗器械暂降引起设备不正常工作影响诊断、治疗、手术进行，甚至危及到病人的生命。电压暂降电压暂降的危害-行业举例现象分类0.8p.u.0.5s电压暂降1-2s短时间中断受影响的用户百分比约50%约65%10%的高价值端用户的损失23600$/次41530$/次用户平均经济损失7694$/次11027$/次（夏季） 美国电力公司调查统计：美国电力公司调查统计：电压暂降电压暂降的危害-损失统计调查 电压暂降电压暂降的危害-损失统计调查 电能质量-损失统计调查 电压暂降电压暂降的危害-损失统计调查 v故障率与供电可靠性差 根据203个供电

39、局/电业局统计，平均供电可靠率仅为99.075%；v电压波动大。我国部分城网电压合格率仅为82%86%； v供电网谐波污染严重。变流电源、家用电器、冶金、化工企业大型冲击电源、电气化牵引设备等都是主要的谐波源，造成电压波形畸变、电压波动、闪变和三相不平衡。 我国电网电能质量问题更大发电厂电能质量监测技术的应用发电厂电能质量监测技术的应用对电力系统运行三点基本要求的考核指标v保证可靠地连续供电保证可靠地连续供电-供电可靠性指标供电可靠性指标 ：1) 定性分类：按对可靠性的要求将负荷分为三级；定性分类：按对可靠性的要求将负荷分为三级；2) 定量考核：开展可靠性概率统计计算考核。定量考核：开展可靠性

40、概率统计计算考核。v 保证系统的经济运行保证系统的经济运行-发输两个重要环节的考核指标：发输两个重要环节的考核指标：1) 煤耗率煤耗率 (g/kWh)2) 线损率（网损率）线损率（网损率）(电力网络电能损耗电力网络供应电能量电力网络电能损耗电力网络供应电能量) v保证良好的电能质量保证良好的电能质量-国家电能质量标准和行业规定国家电能质量标准和行业规定1) 电网规划设计电网规划设计(有功和无功电源的设置，电压等级选择有功和无功电源的设置，电压等级选择)和和 运行方式运行方式 (结线方式和接地方式等结线方式和接地方式等)调配中的综合保证调配中的综合保证2) 电能质量的六项指标电能质量的六项指标可

41、靠经济优质改善电能质量效益举例一汽轿车年可节省成本估计举例： v 2011年产值252.74亿元, 按改善电能质量单位产值可节省成本4.94元/万元计算可得，年节省成本约为12484368元。 v 2011年用电量为17822.5万千瓦时，按改善电能质量单位用电量可节省成本378.1元/万度计算可得，年节省成本约为6738687元。 数据来源： v一汽轿车年产值与用电量 （2011） v国家发改委上海电能质量经济性调查报告（2010） 电能质量分析与监测！电能质量分析与监测！v目的：通过在特定地点设置电能质量分析和监测装置，评估其电力供应与负荷之间的兼容性，分析电能质量的各项指标，为评价电力供

42、应和改善电能质量提供依据。改善电能质量首要问题 现场监测及其数据收集与分析是实际了解监测点在现场监测及其数据收集与分析是实际了解监测点在一段时间内一段时间内的的电压暂降特征、严重程度及电力公司供电服务质量的必要手段。电压暂降特征、严重程度及电力公司供电服务质量的必要手段。但如果监测记录时间短，则但如果监测记录时间短，则不能克服不能克服其事件发生的其事件发生的偶然性偶然性, ,缺少规缺少规律性律性。 应用统计理论的评估是在系统仿真和概率分布的基础上，应用统计理论的评估是在系统仿真和概率分布的基础上，全面全面了了解电网各公共连接点电压暂降特征、严重程度及电力公司供电服解电网各公共连接点电压暂降特征

43、、严重程度及电力公司供电服务质量的必要手段；可通过增加仿真次数来确保随机预估的收敛务质量的必要手段；可通过增加仿真次数来确保随机预估的收敛度，因此度，因此可克服可克服事件发生的事件发生的偶然性偶然性。但随机事件的概率模型对理。但随机事件的概率模型对理论评估的结果有影响。论评估的结果有影响。 理论评估与现场监测相结合，互相取长补短，以提高事件评估的理论评估与现场监测相结合，互相取长补短，以提高事件评估的准确度。为进一步采取缓解和治理措施奠定坚实的理论基础准确度。为进一步采取缓解和治理措施奠定坚实的理论基础. .现场监测与理论评估的意义发电厂电能质量监测对象v华能集团发电厂电能质量技术监督要求：电

44、压监测v发电厂电压监测点设置原则为：va）发电厂所在区域的电网调度中心列为考核点及监测点的电厂高压母线；vb）与主网（220kV及以上电压电网）直接连接的发电厂高压母线；vc）小型火力发电厂与地区电网连接的35kV110kV电压等级高压母线。 系统频率监测谐波监测v电力设备如发电机、变压器、变频设备等调试投运时宜进行谐波测量，了解和掌握投运后的谐波水平，检验谐波对主设备、继电保护、电能计量的影响，确保投运后系统和设备的安全、经济运行。v发电厂的谐波监测点可选取发电机出口、升压站母线、6kV厂用电母线。三相不平衡度监测输出季度电能质量报表电能质量/电压监测仪对比电压监测仪电压监测仪电能质量分析仪

45、电能质量分析仪接入能力1回路电压多回路（包含电压、电流）指标运算能力64点/周波，电压有效值、THD计算多种电能质量指标，包括频率、电压、电流、高次谐波、间谐波、不平衡度、波动闪变、电压事件等等告警能力无多种电能质量超标越限告警、定值可整定，形成告警波形，且通过空接点输出显示界面低分辨率液晶显示，显示内容较少高分辨率高清液晶显示屏，显示各种实时数据、波形数据、事件数据、统计数据等通信接口GPRS上传少量的监测信息、装置信息以太网/光纤，上传各类电能质量指标数据，供后台主站统计分析ZH-8103B电能质量监测装置1研制目研制目 的的2 技术指标技术指标主主 要要 功功 能能3546装置特色与创新

46、点装置特色与创新点系统结构系统结构目目 的的研制目的 装置全貌硬件系统FPGA6.56.5液晶液晶显示屏显示屏VxWorks +高性能高性能PowerPC模拟量模拟量开入量开入量开出量开出量 B码码PPM隔隔离离隔隔离离隔隔离离隔隔离离隔隔离离16 bitsADC网网口口x2USBx4串串口口x1MicroSD 按键板按键板FPGA16 bitsADCFPGA16 bitsADC软软 件件 系系 统统图形界面图形界面软件系统软件系统动态记录动态记录软件系统软件系统电能质量监电能质量监测软件系统测软件系统数据采集数据采集软件系统软件系统软件系统可做到屏柜内无可做到屏柜内无WindowsWindo

47、ws系统，增强计算机病毒抵抗能力系统，增强计算机病毒抵抗能力通讯通讯软件系统软件系统电能质电能质 量监测量监测频率监测频率监测 线路、线路、母线不平衡母线不平衡 各序值监测各序值监测电压波动、电压波动、闪变监测闪变监测 电压事件电压事件 电流突变电流突变等监测等监测 线路有功线路有功、无功、无功 监测监测电压、电电压、电流基波谐流基波谐 波、相角监测波、相角监测电能质量监测功能动态记录功能动态记录动态记录电能质量电能质量越限录波越限录波波形记录波形记录稳态电能质稳态电能质量数据记录量数据记录历史事件、日历史事件、日志记录志记录图形界面软件功能装置界面装置界面实时实时波形波形显示显示稳态稳态电能电能质量质量数据数据显示显示电能电能质量质量趋势趋势图等图等显示显示历史历史事件、事件、波形波形显示显示配线、配线、定值定值等显等显示与示与设置设置分析界面软件功能分析软件界面分析软件界面实时实时波形波形稳态稳态数据数据显示显示事件事件记录、记录、事件事件波形波形显示显示统计统计分析分析报表报表输出输出指标指标历史历史趋势趋势显示显示配线、配线、定值定值等显等显示与示与设置设置通讯软件系统支持支持61850-8、FTP、WEB服务服务等传输电能质量等传输电能质量PQDIF数据、录数据、录波数据、实时数据、波数据、实时数据、事件数据等事件数据等与主子站通讯与主