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一、電能質(zhì)量現(xiàn)狀

    隨著中國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長(zhǎng)，對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越多，電能質(zhì)量（Power Quality）受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、通信系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場(chǎng)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人們?nèi)粘Ｉ�活的一部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、開關(guān)電源、電弧爐等用電負(fù)載大都是非線性負(fù)載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)電源的波形畸變，增加諧波成份。

    近幾年，傳感技術(shù)、光纖、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)日臻成熟。集成度愈來愈高的微電子技術(shù)使計(jì)算器的功能更加完美，體積愈來愈小，從而促使各種電器設(shè)備的控制向智能型控制器方向發(fā)展。隨著微電子技術(shù)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(duì)更低，更易受外界電磁場(chǎng)干擾而導(dǎo)致控制單元損壞或失靈。例如，２０世紀(jì)７０年代計(jì)算機(jī)迅速普遍推廣，電磁干擾及抑制問題更是十分突出，一些功能正常的計(jì)算機(jī)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，而無法找出原因。NOBLE試驗(yàn)使用“模擬脈沖的高頻噪音模擬器”，將它產(chǎn)生的脈沖注入被試計(jì)算機(jī)的電源部分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在注入１００～２００Ｖ脈沖時(shí)就誤動(dòng)作，造成計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)無法正常工作，其原因之一是計(jì)算機(jī)的電源受到了污染。因此，受諧波電流污染的公用電源，輕者干擾設(shè)備正常運(yùn)行，影響人們的正常生活，重者致使大型生產(chǎn)線、通信系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

    國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）已于１９８８年開始對(duì)諧波限定提出了明確的要求。美國(guó)“IEEE電子電氣工程師協(xié)會(huì)”于１９９２年制定了諧波限定標(biāo)準(zhǔn)IEEE—1000。在IEEEｓｔｄ．５１９—１９９２標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備的諧波電壓畸變因數(shù)（THD）應(yīng)在５％以下，而對(duì)于醫(yī)院、飛機(jī)場(chǎng)等關(guān)鍵場(chǎng)所則要求THD應(yīng)低于３％。

二、癥狀分析

電源質(zhì)量降低會(huì)導(dǎo)致的系統(tǒng)綜合用電效率下降，經(jīng)分析認(rèn)為，對(duì)用電系統(tǒng)會(huì)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于電網(wǎng)中諧波、瞬流和浪涌的存在，變得較為嚴(yán)重。變壓器損耗源于鐵芯中的雜散磁場(chǎng)損耗以及繞組中的渦流和阻抗損耗。在這幾個(gè)原因之中，當(dāng)有諧波電流存在時(shí)，最應(yīng)該受到關(guān)注的是渦流損耗，因?yàn)樗鼈兇蠹s以頻率的平方倍數(shù)增加。在工業(yè)系統(tǒng)中一個(gè)典型的生產(chǎn)環(huán)境里，變壓器的渦流損耗是預(yù)期值的九倍左右，幾乎是整個(gè)負(fù)載損耗的兩倍。

2、集膚效應(yīng)所引起的導(dǎo)線過熱

    所有的諧波都會(huì)引起相線的額外損耗。集膚效應(yīng)在功赫茲時(shí)可以忽略不計(jì)，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(dǎo)線在3次赫茲時(shí)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（由于頻率升高）將會(huì)導(dǎo)致電壓降和電壓畸變的增加，最終導(dǎo)致電能質(zhì)量的嚴(yán)重下降和電能的額外損失。

3、電動(dòng)機(jī)損耗

    電壓諧波會(huì)導(dǎo)致直接連接的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額外損耗。5 次諧波生成一個(gè)反旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而7 次諧波在電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速之上又生成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此而導(dǎo)致的扭矩脈動(dòng)在聯(lián)軸器和軸承處產(chǎn)生磨損和裂紋。由于速度是固定的，在諧波里儲(chǔ)藏的能量就以額外的熱量形式散發(fā)了，從而導(dǎo)致過早老化。諧波電流還有可能被引入到轉(zhuǎn)子之中，導(dǎo)致進(jìn)一步的發(fā)熱現(xiàn)象。這些額外的熱量使得轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣間隙減少，從而進(jìn)一步降低了效率。變速裝置本身會(huì)產(chǎn)生一系列問題。他們對(duì)電壓暫變更加敏感，往往會(huì)因此而導(dǎo)致整個(gè)同步生產(chǎn)線癱瘓。它們經(jīng)常安裝在離電動(dòng)機(jī)還有一定距離的地方，在電壓突升時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了適應(yīng)最大負(fù)荷，電動(dòng)機(jī)的額定功率選型標(biāo)準(zhǔn)為最大使用值的120％左右。但在實(shí)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(fèi)。

4、功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備所產(chǎn)生的問題

諧波頻率可能和雜散電感及功率因數(shù)補(bǔ)償（PFc ）設(shè)備組合的諧振頻率一致，生成額外的電壓或者電流，從而導(dǎo)致過早出現(xiàn)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(dǎo)三相之間不平衡電流的回流線。然而，隨著3n次諧波的疊加，中性線里會(huì)有很大的電流流過。由于在過去很多中性線的截面都是減半的，因此現(xiàn)在即使相線在遠(yuǎn)低于滿負(fù)荷的條件下運(yùn)行，這種形勢(shì)也可能十分嚴(yán)峻。

6、保護(hù)裝置的誤跳閘

   沖擊電流可能會(huì)使斷路器跳閘，由于斷路器不能正確合計(jì)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(shí)候根本不跳；漏電電流可能會(huì)達(dá)到使漏電保護(hù)裝置動(dòng)作的設(shè)定值。針對(duì)誤跳閘的補(bǔ)救措施絕不能危害到現(xiàn)場(chǎng)人員的安全。普遍采用的解決方法是多分幾個(gè)回路，使每個(gè)回路所帶負(fù)載減少，從而降低沖擊電流和漏電電流。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的諧波處理設(shè)備應(yīng)得到使用，過大的回路規(guī)模決不是正確的解決方案。

    諸如此類，還有 IT設(shè)備及程控設(shè)備死機(jī)、燈光頻閃、PLC 死機(jī)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)堵塞等等問題，都是現(xiàn)實(shí)環(huán)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(gè)國(guó)家的發(fā)展過程與經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀有著直接的關(guān)系，并不是某一個(gè)管理人員或者技術(shù)人員的技術(shù)水平和管理水平引起的。

三、解決方案

    在低壓配電系統(tǒng)中適當(dāng)點(diǎn)采用CENE系統(tǒng)節(jié)電保護(hù)裝置進(jìn)行綜合布控治理，有效吸收線路中的諧波和浪涌，消除公共供電點(diǎn)上供電波形的不穩(wěn)定性、非正弦性、不對(duì)稱性，穩(wěn)定頻率變化，達(dá)到優(yōu)化線路電力品質(zhì)，減少諧波危害，凈化環(huán)境，提高設(shè)備用電效率的作用。在保護(hù)設(shè)備、節(jié)約用電的同時(shí)，為其它層面的電效治理提供電源質(zhì)量?jī)?yōu)良的環(huán)境平臺(tái)。