第十章電能質(zhì)量的提高

1、第十章 電能質(zhì)量的提高第一節(jié) 電能質(zhì)量標準與頻率調(diào)整第二節(jié) 供電電壓偏差及其調(diào)節(jié)第三節(jié) 電壓波動和閃變及其降低第四節(jié) 公用電網(wǎng)諧波及其抑制第五節(jié) 三相電壓不平衡及其補償本章小結(jié)一、電能質(zhì)量標準 電壓質(zhì)量實際電壓與標稱電壓間在幅值、波形和相位上的偏差，反應(yīng)供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格。 電流質(zhì)量對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，保證系統(tǒng)高功率因數(shù)運行，有助于降低電能損耗。第一節(jié) 電能質(zhì)量標準與頻率調(diào)整電能質(zhì)量 電壓質(zhì)量及供電可靠性 供電質(zhì)量 用電質(zhì)量 服務(wù)質(zhì)量 電流質(zhì)量 用戶義務(wù) 一般地，電能質(zhì)量可以定義為：導致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻

2、率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電壓暫降和中斷已成為最重要的電能質(zhì)量問題?，F(xiàn)行八項電能質(zhì)量國家標準：GB/T123252008電能質(zhì)量 供電電壓偏差 GB/T123262008電能質(zhì)量 電壓波動和閃變 GB/T145491993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 GB/T 243372009電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波 GB/T155432008電能質(zhì)量 三相電壓不平衡 GB/T159452008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差GB/T184812001電能質(zhì)量 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓GB

3、/T 301372013 電能質(zhì)量 電壓暫降與短時中斷 。 二、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 電力系統(tǒng)頻率偏差電力系統(tǒng)頻率的實際值與標稱值之差。 電力系統(tǒng)頻率偏差主要反映發(fā)電有功功率和消耗的有功功率（包括負荷、廠用電以及電網(wǎng)中有功功率損耗）之間平衡關(guān)系。同時也反映頻率控制的技術(shù)水平。電網(wǎng)容量越大，負荷相對變化越小，則頻率控制越容易。 電力系統(tǒng)中的發(fā)電與用電設(shè)備只有在額定頻率附近運行時，才能發(fā)揮最好的功能。系統(tǒng)頻率過大的變動，對用戶和發(fā)電廠的運行都將產(chǎn)生不利的影響。 系統(tǒng)頻率變化對用戶的不利影響主要有三個方面：引起電動機轉(zhuǎn)速的變化。使電動機功率降低，傳動機械出力降低；影響電子設(shè)備的準確性和工作性能。 GB

4、/T159452008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差規(guī)定：電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值為0.2Hz。當系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可以放寬到0.5Hz。 電力系統(tǒng)頻率的變化主要是由有功負荷變化引起的。 根據(jù)負荷的變動進行電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整，分為一次、二次、三次調(diào)整。 如果電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障，或用電負荷突然大幅度增加時，電網(wǎng)頻率將顯著降低，致使電力系統(tǒng)不能正常運行，這時候也可以通過設(shè)置低頻減載裝置來使電力系統(tǒng)的頻率得到有效的恢復。一、電壓偏差的含義 產(chǎn)生電壓偏差的主要原因是正常的負荷電流或故障電流在系統(tǒng)各元件上流過時所產(chǎn)生的電壓損失所引起的。 實際電壓偏高或偏低，對運行中的電氣設(shè)備會造成不良的影

5、響。 對照明燈：影響光源壽命或發(fā)光效率 對電動機：導致鐵芯或繞組發(fā)熱 對其他電氣設(shè)備：使其運行性能發(fā)生變化 對電子設(shè)備：使電子元件特性改變 第二節(jié) 供電電壓偏差及其調(diào)節(jié) 電壓偏差是系統(tǒng)某點的實際運行電壓相對于系統(tǒng)標稱電壓的偏差相對值，以百分數(shù)表示，即renn%100UUUU二、變壓器對電壓偏差的影響 我國現(xiàn)行的有載調(diào)壓變壓器分接頭，110kV為81.25%（17個分接位置），35kV為32.5%（7個分接位置），10（6）kV為42.5%（9個分接位置）。 普通無勵磁調(diào)壓變壓器分接頭為22.5%（5個分接位置）或5%（3個分接位置），在投入運行前選擇一個合適的分接頭。20t2n%(1) 100

6、UUU 由于變壓器分接頭選擇而引入的電壓偏差量可按下式進行計算： 變壓器一次側(cè)分接頭電壓 Ut（1t）U1n 變壓器二次側(cè)的空載電壓一次側(cè)分接頭所對應(yīng)的電壓增減量 r2.T1nt2n(1) 100UUUU變壓器中的電壓損失按式計算： TTT2n%10PRQXUU22nT2n%100UUUU 當變壓器一次側(cè)分接頭所加電壓為額定電壓時,由變壓器本身所產(chǎn)生的總電壓偏差量為 變壓器負載時二次側(cè)電壓為： r2.Tr2.TTT211n12ntt%()=100100UUUUUUUUUUUr2.TT1n2nt2n%1001100UUUUUUr2.T1nTt2n(1) 100%UUUU UtT%UU三、電壓偏差

7、的計算GABCUA%UT%DUD%-2-6-40246UA%UW1%UW2%U%UW1%UT%UD%UW 2%指定地點E的電壓偏差可由下式計算: E%UUU 四、電壓偏差限值及調(diào)節(jié) GB123252008電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差中規(guī)定，供電部門與用戶的產(chǎn)權(quán)分界處或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計量點的供電電壓偏差限值為： 35kV及以上供電電壓：電壓正、負偏差絕對值之和為10%； 20kV及以下三相供電電壓偏差：7%； 220V單相供電電壓偏差：+7%，10%。（一）電壓偏差限值用電設(shè)備端子電壓偏差限值表名 稱電壓偏差限值（）名 稱電壓偏差允許值（）電動機： 正常情況下 55照明：一般工作場所遠離變電

8、所的小面積一般工作場所應(yīng)急照明、安全特低電壓供電的照明道路照明55510510510 （二）電壓調(diào)節(jié)的方式 對中樞點的電壓進行監(jiān)視和調(diào)節(jié)。 調(diào)壓方式：常調(diào)壓：不管中樞點的負荷怎樣變動，都要保持中樞點的電壓偏差為恒定值；0 .3 8 k V21Ul2% = 66 1 0 k V5 .5Ul1% = 1 4a )最 大 負 荷 時最 小 負 荷 時UT% = 3+8.5+10.5= +10-1= +9= +10-30最大負荷最小負荷-6= +7+1.5-7b)10+7426-2-40-8-68Ut%-UT%Ut%-UT%U%+7108+1.5-6+3.50+9+7-5.5-70420-4-2-6-

9、86c)U%逆調(diào)壓：在最大負荷時，升高母線電壓，在最小負荷時，降低母線電壓。（三）電壓調(diào)節(jié)的方法 對于電力用戶的供配電系統(tǒng)，電壓偏差調(diào)節(jié)主要以下兩方面入手。1. 減小線路電壓損失 2. 合理選擇變壓器的分接頭進行供配電系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)降低系統(tǒng)的阻抗(如增大導線或電纜的截面積；盡量使高壓線路深入負荷中心，減少低壓配電距離；采用多回路并聯(lián)供電等） 采取無功功率補償?shù)却胧p少線路電壓損失，縮小電壓偏差的范圍。宜使系統(tǒng)三相負荷平衡，減少中性點電位偏移產(chǎn)生的電壓偏差。 合理選擇無勵磁調(diào)壓變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓變壓器可將供配電系統(tǒng)的電壓調(diào)整在合理的水平上，但這只能改變電壓水平而不能縮小偏差范圍。

10、例題例題10-1 某用戶10/0.38kV變電所安裝有1臺SCB10-1000/10干式配電變壓器，電壓比1022.5%/0.4kV。已知變壓器最大負荷率0.85，最小負荷率為0.5，負荷功率因數(shù)0.90。變壓器高壓側(cè)的實際電壓，在最大負荷時為10.2kV，最小負荷時為10.4 kV。若變壓器分接頭位置處于“0”，則變壓器低壓母線的電壓偏差值在最大負荷時和最小負荷時各為多少？現(xiàn)要求變壓器低壓母線的電壓偏差，在最大負荷時不低于0，最小負荷時不大于5。試選擇配電變壓器的分接頭。 解：（1）計算配電變壓器的電壓損失kar.T100100 8.13kW %=0.8131000kVAPuSrka %=%

11、= 60.813 =5.945uUu2222（）（）T.maxmaxar%=%cos +%sin=0.850.813 0.95.945 0.4362.83Uuu（）（）T.minminar%=%cos + %sin=0.50.813 0.9 5.945 0.4361.66Uuu（）（）（2）計算配電變壓器低壓母線的電壓偏差值2max1maxtTmax%=052.832.17UUUU 2min1mintTmin%=45 1.667.34UUUU 電壓偏高，超出標準規(guī)定的電壓偏差限值（7）。 （3）選擇配電變壓器的分接頭Tmaxr2.T1max1ntmax2max.al%2.83()0.4kV (

12、10.2kV10kV)100100=10.44kV0.38kVUUUUUUTminr2.T1min1ntmin2min.al%1.66()0.4kV (10.4kV10kV)100100=10.23kV0.4kVUUUUUU結(jié)論：選擇+2.5%分接頭，分接頭電壓為（1+0.025）10kV=10.25kV。 一、基本概念第三節(jié) 電壓波動和閃變及其降低 （一）電壓波動 電壓波動指系統(tǒng)電壓方均根值（有效值）一系列的變動或連續(xù)的改變。電壓波動用電壓變動值d和電壓變動頻度r來綜合衡量。 電壓變動d指電壓方均根值曲線上相鄰兩個極值電壓之差，以系統(tǒng)標稱電壓的百分數(shù)表示。即n100%UdU 電壓變動頻度r指

13、單位時間內(nèi)電壓變動的次數(shù)（電壓由大到小或由小到大各算一次變動）。不同方向的若干次變動，如間隔時間小于30ms，則算一次變動。 波動負荷指生產(chǎn)（或運行）過程中周期性或非周期性地從供電網(wǎng)中取用變動功率的負荷。例如：煉鋼電弧爐、軋鋼機、電弧焊機等。 波動負荷在系統(tǒng)阻抗上引起電壓降的波動，導致系統(tǒng)公共連接點的電壓出現(xiàn)波動現(xiàn)象。當負荷波動時，系統(tǒng)阻抗越大（或短路容量越?。瑒t其所導致的電壓波動越大，這決定于供電系統(tǒng)的容量，供電電壓，用戶負荷位置、類型、大功率用電設(shè)備的起動頻度等。 電壓波動的危害表現(xiàn)在：照明燈光閃爍引起人的視覺不適和疲勞，影響工效；可使電子設(shè)備和電子計算機無法正常工作；電動機轉(zhuǎn)速不均勻，

14、影響電機壽命和產(chǎn)品質(zhì)量；影響對電壓波動較敏感的工藝或試驗結(jié)果。電壓波動是由波動負荷所引起的。（二）閃變 閃變指電壓波動引起燈光照度不穩(wěn)定造成的視（覺）感（受）。 短時間閃變值 基本記錄周期為10min 長時間閃變值 基本記錄周期為2h 一般采用閃變儀（一種測量閃變的專用儀器）進行測量。 （三）電壓變動和閃變的限值按GB/T123262008電能質(zhì)量 電壓波動和閃變規(guī)定。 任何一個波動負荷用戶在電力系統(tǒng)公共連接點產(chǎn)生的電壓變動，其限值和電壓變動頻度、電壓等級有關(guān)。 二、電壓波動的測量和估算 當電壓變動頻度較低且具有周期性時，可通過電壓方均根值曲線U(t)的測量，對電壓波動進行評估。單次電壓變動可

15、通過系統(tǒng)和負荷參數(shù)進行估算。當已知三相負荷的有功功率和無功功率的變化量時 LiLi2n100%RPXQdU在高壓電網(wǎng)中，一般LLXR遠大于，則ik100%QdS在無功功率的變化量為主要成分時（例如大容量電動機起動） ik100%SdS三、電壓波動和閃變的降低1.采用合理的接線方式如對波動負荷采用專線供電；與其它負荷共用配電線路時，降低配電線路阻抗；較大功率的波動負荷或波動負荷群與對電壓波動、閃變敏感的負荷分別由不同的變壓器供電；對于大功率電弧爐的爐用變壓器由短路容量較大的電網(wǎng)供電等。 2.采用靜止無功補償器 靜止無功補償器（SVC）是無功功率快速補償?shù)男录夹g(shù)，可以減少無功功率沖擊引起的電壓變動

16、。 靜止無功補償器由特殊電抗器和電容器組成，有的是兩者之一為可控的，有的是兩者都是可控的，是一種并聯(lián)聯(lián)接的無功功率發(fā)生器和吸收器。 FC-TCR補償器的原理接線圖 TSC-TCR的原理接線圖 近年來，電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用的靜止補償器有自飽和電抗器型（SR）和可控硅控制電抗器型（TCR）兩種。其中，可控硅控制的并聯(lián)靜止補償器，又分為兩種類型：固定聯(lián)接電容器（FC）加可控硅控制的電抗器（FC-TCR）和可控硅開關(guān)操作的電容器（TSC）加可控硅控制的電抗器（TSC-TCR）。自飽和電抗器型的原理接線圖3.采用靜止無功發(fā)生器 靜止無功發(fā)生器（SVG）是在靜止型無功補償器（SVC）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 S

17、VG抑制電壓波動和閃變的性能約為同容量SVC的23倍，是改善電能質(zhì)量的有效手段。4.采用動態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置（DVR），也稱作動態(tài)電壓恢復裝置，是一種基于柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）原理的新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，主要用于補償供電電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓跌落，閃變和諧波等，有效抑制電網(wǎng)電壓波動對敏感負載的影響，從而保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。四、電動機起動時的電壓下降 電動機起動時，在其供電端子處及配電系統(tǒng)中要引起電壓下降。 電動機起動時，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定：在一般情況下，電動機頻繁起動時不宜低于系統(tǒng)標稱電壓的90%；電動機不頻繁起動時，不宜低于標稱電壓的85%。配電母線上未接照明或其他

18、對電壓波動較敏感的負荷，且電動機不頻繁起動時，不應(yīng)低于標稱電壓的80%。配電母線上未接其他用電設(shè)備時，可按保證電動機起動轉(zhuǎn)矩的條件決定；對于低壓電動機，尚應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。電動機全壓起動供電系統(tǒng)示意圖 stWP2stMW11SXSU起動回路的額定輸入容量 配電母線短路容量 rTkWrTTkSSSxS電動機起動時配電母線電壓下降為 kWcstWWkWBcstSQuuSQS電動機起動時其電源端子處電壓下降為 ststMstWstMSuuS一、諧波的產(chǎn)生與危害第四節(jié) 公用電網(wǎng)諧波及其抑制 諧波分量一個非正弦周期電氣量的傅立葉級數(shù)式中階次大于1的分量，其頻率為基波（周期量的傅立葉級

19、數(shù)的一次分量）頻率的整倍數(shù)，也稱為高次諧波。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)的非線性負荷日益增多。非線性負荷產(chǎn)生的諧波電流注入到電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)的電壓波形產(chǎn)生畸變。 電網(wǎng)的諧波污染所產(chǎn)生的后果較為嚴重： 繼電保護和自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動、電氣設(shè)備產(chǎn)生附加損耗和發(fā)熱、諧波電流在電網(wǎng)中而增加損耗、電網(wǎng)中諧波對周圍的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾、諧波使電網(wǎng)中廣泛使用的各種儀表產(chǎn)生附加誤差、增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧波諧振的可能 。二、諧波評價與限值 電網(wǎng)中諧波的嚴重程度按GB/T145491993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波規(guī)定，通常用單次諧波含有率和總諧波畸變率來表示。 1100%hhUHRUU1100%hhIHRII2

20、H2()hhUU2H2()hhII電壓/電流諧波總含量 第h次諧波電壓/電流含有率 電壓/電流總諧波畸變率 Hu1100%UTHDUHi1100%ITHDI表10-6 公共電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值電網(wǎng)標稱電壓（kV）電壓總諧波畸變率（）各次諧波電壓含有率（）奇次偶次0.385.04.02.06104.03.21.635663.02.41.21102.01.60.8表10-7 注入公共連接點的諧波電流限值標準電壓(kV)基準短路容量MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）2345678910111213141516170.381078623962264419211628132411129.7186

21、10043342134142411118.5167.1136.16.85.31010100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.03525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.66650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.8110750129.66.09.64.06.84.03.22.44.32.03.71.71.91.52.8根據(jù)GB/T 145491993規(guī)定 當電網(wǎng)公共連接點的最小短路容量不同于表10-8基準短路容量時，應(yīng)按照下式修正表中

22、的諧波電流限值：k.minddhSIIS 兩個諧波源的同次諧波電流在一條線路的同一相上疊加，當相位角已知時，按下式計算：221112h+2coshhhhhIIII I 當相位角不確定時，按下式計算：221112+hhhhhhIIIk I I按表10-9取值hk 同一公共連接點的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協(xié)議容量與其公共連接點的供電設(shè)備容量之比進行分配，分配的計算方法如下：tihihSIIS1（）按表10-10取值 例題10-2 某企業(yè)35kV變電所采用1路35kV電源供電，已知變電所35kV側(cè)最小短路容量為500MVA、10kV側(cè)最小短路容量為150MVA。該變電所10

23、kV母線上接有2組整流設(shè)備，整流器采用三相全控橋式，已知1#整流器10kV側(cè)5次諧波電流為20A，2#整流器10kV側(cè)5次諧波電流為30A，試計算該變電所10kV側(cè)和35kV側(cè)的5次諧波電流值。若該用戶的用電協(xié)議容量為16MVA，而35kV側(cè)公共連接點的的供電設(shè)備容量為50MVA，試判斷該用戶注入35kV電網(wǎng)中的諧波電流是否超出標準規(guī)定。 解：兩個諧波源的5次諧波電流在10kV母線上疊加22225.10kV5.15.15 5.1 5.2+= 2030 +1.28 20 50A=45.4AIIIk I I5.10kV5.35kVT45.4=13.6A3510.5IAIK（）短路容量為500MVA

24、時，35kV電網(wǎng)的5次諧波電流限值為550012A=24A250I 允許該用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值為1.25.15t16=24=9.3A50iSIIS11（）（）三、并聯(lián)電容器對諧波的放大作用 在供配電系統(tǒng)中，并聯(lián)電容器作為無功補償設(shè)備已得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)中的電容器，一方面由于其諧波阻抗小，系統(tǒng)高次諧波電壓會在其中產(chǎn)生明顯的高次諧波電流，使電容器過熱，嚴重影響其使用壽命；同時電容器的切入使用也可能引起系統(tǒng)諧波嚴重放大。XC.h=1/（h0C） 電容器第h次諧波電抗 第h次諧波電壓在電容器中產(chǎn)生的諧波電流IC.h=Uh/XC.hUhh0C諧波嚴重放大CLR2min(1.31.5)XXh

25、 對于整流裝置，hmin=5，可取XLR=(56)% XC ，對于含有三次諧波的系統(tǒng)，可取XLR=(1213)% XC 。 在含有諧波的供配電系統(tǒng)中，應(yīng)注意適當選擇其電容器的參數(shù)，防止其出現(xiàn)過電流和過電壓，同時兼顧無功補償?shù)囊蠛拖C波放大，可在電容器支路串聯(lián)電抗器，通過選擇電抗器值使電容器回路在最低次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性，就可消除諧波的放大現(xiàn)象。電抗器的電感量： 四、諧波的抑制1.減少大功率靜止變流器產(chǎn)生的諧波提高整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)和增加變流器的脈動數(shù)。多臺相數(shù)相同的整流裝置，使整流變壓器的二次側(cè)有適當?shù)南嘟遣睢?.裝設(shè)無源電力諧波濾波器 a）單調(diào)諧濾波器 b）二階高通濾波器 c）C型

26、高通濾波器3.裝設(shè)有源電力濾波器iSGiFLiL系 統(tǒng) 電 源有 源 濾 波 器負 荷 諧 波 源A P F 有源電力濾波器分并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，實際應(yīng)用中多為并聯(lián)型。 并聯(lián)型有源電力濾波器是一種向電網(wǎng)注入補償諧波電流，以抵消負荷所產(chǎn)生的諧波電流的濾波裝置，其主要電路由靜態(tài)功率變流器（逆變器）構(gòu)成，故具有半導體功率變流器的高可控性和快速響應(yīng)性。 FS(d )(c )(b )(a )HLttttiiii諧波電流的補償諧波電流的補償 五、公用電網(wǎng)間諧波簡介 間諧波分量指對周期性交流量進行傅立葉級數(shù)分解，得到頻率不等于基波頻率整數(shù)倍的分量。 常見的間諧波干擾源主要有：變流裝置 、交流電弧爐 、通斷控

27、制的電氣設(shè)備。 間諧波具有諧波引起的所有危害。一般來說其危害主要表現(xiàn)在：產(chǎn)生閃變；導致顯示器閃爍；造成濾波器諧振、過負荷；引起通訊干擾；引起電動機發(fā)電機附加力矩；引起過零點監(jiān)測誤差；引起感應(yīng)線圈噪聲；影響脈沖接收器正常工作。 我國根據(jù)IEC相關(guān)標準發(fā)布的國家標準GB/T243372009電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波已于2010年6月1日開始實施。該規(guī)定對間諧波的含量、測量方法和測量儀器的精度做了相關(guān)規(guī)定。一、基本概念第五節(jié) 三相電壓不平衡及其補償 電力系統(tǒng)正常運行時三相電路經(jīng)常出現(xiàn)一些不平衡狀態(tài)，這是由于三相負荷的不平衡以及電力系統(tǒng)元件參數(shù)三相不對稱所致。這類不平衡有別于不對稱故障狀態(tài)。 電壓不平衡指三相電壓在幅值上不同或相位差不是1200，或兼而有之。 在電力系統(tǒng)中，三相