| 动态电能质量监测仪的设计与实现（二） 2.2.3三相电压不平衡度 在理想的三相交流电力系统中，三相电压应该具有相同的数值，且按A、B、c三相顺序互成120”角度，这样的系统叫做三相平衡(或对称)系统【9]l。然而由于存在种种不平衡因素，实际的电力系统并不是完全平衡的。不平衡度允许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产(运行)周期中的实测值，例如炼钢电弧炉应在熔化期测量等。在确定三相电压允许不平衡指标时，国标GB汀15543.1995规定用95%概率值作为衡量值。即正常运行方式下不平衡度允许值，对于波动性较小的场合，应和实际测量的五次接近数值的算术平均值对比;对于波动性较大的场合，应和实际测量的95%概率值对比;来判断是否合格。其短时允许值是指任何时刻均不能超过的限制值，以保证保护和自动装置的正确动作。不平衡因素可归结为事故性的和正常性的两大类。事故性的不平衡是由于三相系统中一相(或两相)出现故障所致，这种不平衡工况是系统运行所不允许的，一般由继电保护、自动装置动作切除故障元件后在短期内使系统恢复正常。正常的不平衡则是负荷不平衡、系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不确调谐所致。作为电能质量指标之一的电压不平衡是针对正常不平衡运行工况制定的。 三相电压不平衡会对电力系统和用户造成一系列的危害，其中主要有:
1.引起旋转电机的附加发热和振荡，危及其安全运行和正常出力;
2.引起以负序分量为起动元件的多种保护误动作;
3.使半导体变流设备产生附加的谐波电流;
4.使发电机的利用率下降;
5.将引起电网损耗增加;
6.会增大对通信的干扰，影响正常通信质量。 2.2.4电网谐波 谐波是指具有电源系统指定运行频率(基频)整数倍频率的正弦电压或电流[l刀。谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压与产生的电流不成线性关系而造成的波形畸变[32】。一个非正弦的周期波(如电压、电流、磁通等)，可以分解为一个同频率和很多整数倍频率的正弦波之和。其中频率与原非正弦波频率相同的正弦波称为基波，频率为基波整数倍的正弦波称为高次谐波或谐波。谐波是一个周期性电量的正弦分量，其频率为基波频率的整数倍。利用傅立叶级数及傅立叶变换把周期性的非正弦波形(畸变波形)分解为基波及各次谐波的方法称为谐波分析方法。一般来讲，电力系统的畸变波形，都满足傅立叶变换的存在条件，都能分解到基波和无限个高次谐波之和。一切非线性的设备和负荷都是谐波源。谐波源产生的谐波与其非线性特性有关。当前，电力系统的谐波源，其非线性特性主要有三大类: 1.铁磁饱和型:各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性是非线性。
2.电子开关型:主要为各种交直流换流装置(整流器、逆变器)、双相晶闸管、可控开关设备等。在系统内部，则如直流输电中的整流阀和逆变阀等。其非线性呈现交流波形的开关切合和换相特性。 3.电弧型:各种炼钢电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。谐波对电力网的污染日益严重，其产生的主要危害有: 1.大大增加了电力网中发生谐振的可能，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性;
2.增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率;
3.使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器等)运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命;
4.使继电保护、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常或者不能正常动作或操作;
5.使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量;
7.干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。 2.2.5电源频率变化 电力系统正常运行工况下，应在标称频率下运行，但是电力系统负荷在不断的变动其大小，电源出力及其调节系统追随负荷变化又有一定的惯性，致使系统频率总是在一定的变化中，这种电力系统的频率偏离其标称值的现象叫电源频率变化[l91。频率变化的大小及持续时间依赖于负荷的特性以及发电控制系统对负荷的反应能力。运行频率偏差对电力系统及其设备的危害程度取决于偏差的大小和持续时间，频率偏差超过士0.2HZ可能危及系统的安全稳定及设备的安全，甚至引起系统崩溃。 2.2.6过电压 以呱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(拒万呱)或最高相间电压峰值(拒沙茄)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126]。注:系统最高电压是指当系统正常运行时，在任何时间、系统上任何一点所出现地电压最高值(不包括系统的暂态和异常电压)。电力系统中过电压是经常发生的14刀。作用于设备的过电压传统的分类是按其来源分为内过电压和外过电压。内过电压是由于操作(如切、合闸)、事故(如接地、断线)或其它原因，引起电力系统的状态突然从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程中出现的过电压。这种过电压是由于系统内部原因而造成并且能量又来自电网本身，所以叫内过电压。内过电压又可以分为工频过电压、操作过电压和谐振过电压等;外过电压又叫大气过电压或雷电过电压，它又分为直击雷过电压和感应雷过电压两种类型。下面根据国标GB厅18481一2001(电能质量暂时过电压和瞬态过电压)，简单介绍五种类型的过电压。 2.2.6.1暂时过电压(tmepor田叹ovevrofgate) 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。
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2.2.6.2瞬态过电压(仕ansineto~latge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。 2.2.6.3缓波前过电压(sol-wrfontovevorlgat)e及操作过电压(ovevorlatge)一种瞬态过电压，通常是单极性的并且峰值时间在20us和500Ous之间，半峰值时间小于20ms。
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2.2.6.4振荡过电压(erasonnaeeo~lgate某些通断操作或故障通断后形成电感、电容元件参数的不利组合而产生谐振时出现的暂时过电压，其持续时间较长，且波形有周期性。 2.2.6.5快波前过电压(asft一orfntovevorlatge)及雷电过电压(ligh而ngovevrolatge)一种瞬态过电压，通常是单极性的，其波前时间在0.lus和20us之间，半峰值时间小于300us。 2.2.7电压凹陷或电压跌落(sags、dips) 电压凹陷是指电压幅值的暂时下降1211。电压凹陷在电力系统的频繁出现将引起许多电能质量问题。最近十几年来，由于敏感负荷的增加，由电压凹陷造成的经济损失也迅速增加。电压凹陷由电压跌落的幅值和持续的时间界定。大体上，电压凹陷事件中电压均方根值的跌落在10%一90%，持续时间在0.5个周期一1分钟【11。典型的电压凹陷事件持续时间在.05一30个周期，凹陷深度取决于距离故障点的位置和电网结构。电压凹陷分析是非常复杂的课题，涉及到大量随机因素，如:
(l)短路类型，三相故障比单相线一地故障造成更大的电压凹陷。
(2)故障位置，输电系统故障比配电系统更严重，并造成更大面积影响。
(3)保护装置性能，电压凹陷时间直接与保护装置性能一故障清除时间有关。
(4)大气层放电，观察显示大多数电压凹陷发生与大气层放电有关。
(5)冲击性负荷启动的不确定性。如电弧炉起弧、大型感应电机启动等。电压凹陷没有国际(或国家)标准，系统和电力用户都接受电压凹陷是不可避免的事故，问题是应采取什么措施减缓其影响。事实上，电压凹陷造成的最大损失在使用敏感设备的用户一方。电压凹陷使
(l)程序逻辑控制器PLC’s(Porgra皿nbaelofgicocnrtoller)s误动，造成工业生产过程局部或全部停顿。
(2)调速装置^sD’s(Adjus助les拌eddrives)失灵，导致产品报费。
(3)接触器与辅助继电器跳开。
(4)不可预计的低电压跳闸。
(5)计算机系统丢失数据。电压凹陷己成了现代化供电与用电不可回避的问题[42l。 2.3电能质量的管理 提高电能质量有巨大的技术经济效益。事实上，电能质量的好坏也是电力工业水平的重要标志，而管理工作是不可忽视的环节，为此必须做好以下工作: 1.建立质量管理体系 将电能质量的监督管理正式纳入电力生产轨道，同时建立国家、网省、地市3级电能质量管理体系。作为电能质量指标的电压和频率偏差，基本上由各级电力调度部门进行日常监管。谐波、电压波动和闪变以及三相不平衡一般由实验部门定期组织测量。根据实际工作的需要，有必要在国家质量监督部门领导下建立国家级电能质量检测中心，作为电能质量监管的归口单位。各省、地、市可以建立相应的电能质量监测站。 2.制定与国家标准配套的行业标准或规程、导则电能质量标准工作不能停留在定出几个国家标准，国标贯彻执行中还会出现许多需要进一步明确的问题。 3.电气产品的电能质量管理对大量干扰源电气产品，应制定产生干扰的限制指标;对于电气产品耐受干扰的能力，也应根据EIC电磁兼容标准制定相应的标准。
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