电力负荷对供电质量的影响

一、电压波动和闪变
1．电压波动和闪变的概念
供电系统中的电压有效值快速变化的现象叫做电压波动。电压波动是由于负荷急剧变动，引起系统的电压损耗快速变化，从而使电气设备的端电压出现快速变化而产生的。例如电焊机、电磁炉、轧钢机等间歇性负荷，大容量电动机的启动等都会引起电压波动。电压波动值用电压波动过程中相继出现的电压有效值的最大值与最小值之差对额定电压的百分值来表示，其变化速率一般应不低于每秒0.2%。
电压波动会影响电动机的正常启动，可以使同步电动机转子振动，使电子设备特别是计算机无法正常工作。电压波动对照明的影响最为明显，可使照明灯发生明显的闪烁，故称为“闪变”。电压闪变对人眼有刺激作用,甚至使人无法正常工作和学习，因此,国家标准GB12326-2000《电能质量．电压允许波动和闪变》规定了系统由冲击性负荷产生的电压波动允许值和闪变电压允许值。
2．电压波动和闪变的抑制
1）采用专线或专用变压器供电，选用短路容量较大或电压等级较高的电网供电。该措施能有效地降低大容量冲击性负荷和电弧炉、轧钢机等所引起的电压波动。
2）降低线路阻抗。当冲击性负荷与其它负荷共用供电线路时，应设法降低供电线路的阻抗，例如将单回路改为双回路供电，或者将架空线路供电改为电缆供电等，从而减少冲击性负荷引起的电压波动。
3）采用静止补偿装置。对大容量电弧炉及其他大容量冲击性负荷，在采取以上措施尚达不到要求时,可装设能“吸收”冲击性无功功率的静止补偿装置SVC（Static Var Compensator）。SVC的形式有多种，而以自饱和电抗器型（SR型）的效能最好，其电子元件少、可靠性高、维护方便，但价格较高。
二、谐波干扰
1．高次谐波的概念
高次谐波是指对周期性非正弦波形按傅立叶方法分解后所得到的频率为基波频率整数倍的所有高次分量，而基波频率就是50Hz。高次谐波简称“谐波”。
电力系统中的发电机发出的电压，一般可认为是50Hz的正弦波。但是由于系统中有各种非线性元件存在，因而在系统中和用户处的线路中出现了高次谐波，使电压或电流波形发生一定程度的畸变。
系统中产生高次谐波的非线性元件很多，例如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯等气体放电灯及交流电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都要产生高次谐波电流。最为严重的是晶闸管等大型整流设备和大型电弧炉，它们产生的高次谐波电流最为突出，是造成电力系统中谐波干扰最主要的“谐波源”。
高次谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短使用寿命。高次谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机铁心损耗明显增加，而且还会使电动机转子发生振动，严重影响机械加工的产品质量。高次谐波对电容器的影响更为突出，含有高次谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，因此电容器极易因过负荷而烧坏。此外，高次谐波电流可使电力线路的能耗增加，使计算电费的感应式电度表计量不准确，还可能使电力系统发生电压谐振，引起过电压击穿线路设备的绝缘。高次谐波的存在,还可能使系统的继电保护和自动装置误动或拒动，并可能对附近的通信设备和线路产生干扰。
因此，国家标准GB/T14549－1993《电能质量.公用电网谐波》规定了公用电网中谐波电压限值和谐波电流允许值。
2．高次谐波的抑制
（1）大容量的非线性负荷由短路容量较大的电网供电。电网的短路容量越大，它承受的非线性负荷的能力越强。
（2）三相整流变压器采用Yd或Dy联结。这种联结可以消除3的整数倍的高次谐波。由于电力系统中的非正弦交流电对横轴（时间轴）对称，不含直流分量和偶次谐波分量，故此时系统中只剩下影响较小的5、7、11、… 等次谐波分量。
（3）增加整流变压器二次侧的相数。整流变压器二次侧的相数增多，整流脉冲数也随之增多，其次数较低的谐波分量被消去的也越多。例如整流相数为6相时，出现的5次谐波电流为基波电流的18.5%，7次谐波电流为基波电流的12%；如果整流相数增加为12相，则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5%，7次谐波电流降为基波电流的3%。
（4）装设分流滤波器。分流滤波器又称调谐滤波器，由能对需要消除的各次谐波进行调谐的多组R-L-C串联谐振电路所组成。由于串联谐振时支路阻抗很小，因而可使有关次数的谐波电流被各谐振支路分流（吸收）而不致于注入到电网中去。
（5）装设静止补偿装置（SVC）。对大型电弧和可控硅整流拖动设备，可装设SVC来吸收高次谐波，以减小这些用电设备对系统产生的谐波干扰。