電能質(zhì)量的提高與諧波治理.ppt

電能質(zhì)量的提高 第一節(jié)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(bǔ)償本章小結(jié) 一 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 電壓質(zhì)量 實(shí)際電壓與標(biāo)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(duì)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(yùn)行 有助于降低電能損耗 第一節(jié)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓 電流或頻率的偏差 其內(nèi)容包括頻率偏差 電壓偏差 電壓波動(dòng)與閃變 三相不平衡 暫時(shí)或瞬態(tài)過(guò)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(wèn)題 現(xiàn)行七項(xiàng)電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T12325 2008 電能質(zhì)量供電電壓偏差 GB T12326 2008 電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變 GB T14549 1993 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波 GB T24337 2009 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波 GB T15543 2008 電能質(zhì)量三相電壓不平衡 GB T15945 2008 電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差 GB T18481 2001 電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓 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(shí)際值與標(biāo)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(fù)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(shí)也反映頻率控制的技術(shù)水平 電網(wǎng)容量越大 負(fù)荷相對(duì)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(yùn)行時(shí) 才能發(fā)揮最好的功能 系統(tǒng)頻率過(guò)大的變動(dòng) 對(duì)用戶和發(fā)電廠的運(yùn)行都將產(chǎn)生不利的影響 系統(tǒng)頻率變化對(duì)用戶的不利影響主要有三個(gè)方面 引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化 使電動(dòng)機(jī)功率降低 傳動(dòng)機(jī)械出力降低 影響電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和工作性能 GB T15945 2008 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(yùn)行條件下頻率偏差限值為 0 2Hz 當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí) 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(fù)荷變化引起的 根據(jù)負(fù)荷的變動(dòng)進(jìn)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(fù)荷突然大幅度增加時(shí) 電網(wǎng)頻率將顯著降低 致使電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)行 這時(shí)候也可以通過(guò)設(shè)置低頻減載裝置來(lái)使電力系統(tǒng)的頻率得到有效的恢復(fù) 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(fù)荷電流或故障電流在系統(tǒng)各元件上流過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的電壓損失所引起的 實(shí)際電壓偏高或偏低 對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備會(huì)造成不良的影響 對(duì)照明燈 影響光源壽命或發(fā)光效率對(duì)電動(dòng)機(jī) 導(dǎo)致鐵芯或繞組發(fā)熱對(duì)其他電氣設(shè)備 使其運(yùn)行性能發(fā)生變化對(duì)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(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行電壓相對(duì)于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差相對(duì)值 以百分?jǐn)?shù)表示 即 二 變壓器對(duì)電壓偏差的影響 我國(guó)現(xiàn)行的有載調(diào)壓變壓器分接頭 110kV為 8 1 25 17個(gè)分接位置 35kV為 3 2 5 7個(gè)分接位置 10 6 kV為 4 2 5 9個(gè)分接位置 普通無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器分接頭為 2 2 5 5個(gè)分接位置 或 5 3個(gè)分接位置 在投入運(yùn)行前選擇一個(gè)合適的分接頭 由于變壓器分接頭選擇而引入的電壓偏差量可按下式進(jìn)行計(jì)算 變壓器一次側(cè)分接頭電壓Ut 1 t U1n 變壓器二次側(cè)的空載電壓 一次側(cè)分接頭所對(duì)應(yīng)的電壓增減量 變壓器中的電壓損失按式計(jì)算 當(dāng)變壓器一次側(cè)分接頭所加電壓為額定電壓時(shí) 由變壓器本身所產(chǎn)生的總電壓偏差量為 變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)電壓為 三 電壓偏差的計(jì)算 指定地點(diǎn)E的電壓偏差可由下式計(jì)算 四 電壓偏差限值及調(diào)節(jié) GB12325 2008 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(jì)量點(diǎn)的供電電壓偏差限值為 35kV及以上供電電壓 電壓正 負(fù)偏差絕對(duì)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 二 電壓調(diào)節(jié)的方式 對(duì)中樞點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)節(jié) 調(diào)壓方式 常調(diào)壓 不管中樞點(diǎn)的負(fù)荷怎樣變動(dòng) 都要保持中樞點(diǎn)的電壓偏差為恒定值 逆調(diào)壓 在最大負(fù)荷時(shí) 升高母線電壓 在最小負(fù)荷時(shí) 降低母線電壓 三 電壓調(diào)節(jié)的方法 對(duì)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(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)降低系統(tǒng)的阻抗 如增大導(dǎo)線或電纜的截面積 盡量使高壓線路深入負(fù)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(wú)功功率補(bǔ)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(fù)荷平衡 減少中性點(diǎn)電位偏移產(chǎn)生的電壓偏差 合理選擇無(wú)勵(lì)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 一 基本概念 第三節(jié)電壓波動(dòng)和閃變及其降低 一 電壓波動(dòng) 電壓波動(dòng) 指系統(tǒng)電壓方均根值 有效值 一系列的變動(dòng)或連續(xù)的改變 電壓波動(dòng)用電壓變動(dòng)值d和電壓變動(dòng)頻度r來(lái)綜合衡量 電壓變動(dòng)d 指電壓方均根值曲線上相鄰兩個(gè)極值電壓之差 以系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示 即 電壓變動(dòng)頻度r 指單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù) 電壓由大到小或由小到大各算一次變動(dòng) 不同方向的若干次變動(dòng) 如間隔時(shí)間小于30ms 則算一次變動(dòng) 波動(dòng)負(fù)荷 指生產(chǎn) 或運(yùn)行 過(guò)程中周期性或非周期性地從供電網(wǎng)中取用變動(dòng)功率的負(fù)荷 例如 煉鋼電弧爐 軋鋼機(jī) 電弧焊機(jī)等 波動(dòng)負(fù)荷在系統(tǒng)阻抗上引起電壓降的波動(dòng) 導(dǎo)致系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象 當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí) 系統(tǒng)阻抗越大 或短路容量越小 則其所導(dǎo)致的電壓波動(dòng)越大 這決定于供電系統(tǒng)的容量 供電電壓 用戶負(fù)荷位置 類型 大功率用電設(shè)備的起動(dòng)頻度等 電壓波動(dòng)的危害表現(xiàn)在 照明燈光閃爍引起人的視覺(jué)不適和疲勞 影響工效 可使電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻 影響電機(jī)壽命和產(chǎn)品質(zhì)量 影響對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的工藝或試驗(yàn)結(jié)果 電壓波動(dòng)是由波動(dòng)負(fù)荷所引起的 二 閃變 閃變 指電壓波動(dòng)引起燈光照度不穩(wěn)定造成的視 覺(jué) 感 受 短時(shí)間閃變值基本記錄周期為10min長(zhǎng)時(shí)間閃變值基本記錄周期為2h 一般采用閃變儀 一種測(cè)量閃變的專用儀器 進(jìn)行測(cè)量 三 電壓變動(dòng)和閃變的限值 按GB T12326 2008 電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變 規(guī)定 任何一個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶在電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)產(chǎn)生的電壓變動(dòng) 其限值和電壓變動(dòng)頻度 電壓等級(jí)有關(guān) 二 電壓波動(dòng)的測(cè)量和估算 當(dāng)電壓變動(dòng)頻度較低且具有周期性時(shí) 可通過(guò)電壓方均根值曲線U t 的測(cè)量 對(duì)電壓波動(dòng)進(jìn)行評(píng)估 單次電壓變動(dòng)可通過(guò)系統(tǒng)和負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行估算 當(dāng)已知三相負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率的變化量時(shí) 在無(wú)功功率的變化量為主要成分時(shí) 例如大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 三 電壓波動(dòng)和閃變的降低 1 采用合理的接線方式 如對(duì)波動(dòng)負(fù)荷采用專線供電 與其它負(fù)荷共用配電線路時(shí) 降低配電線路阻抗 較大功率的波動(dòng)負(fù)荷或波動(dòng)負(fù)荷群與對(duì)電壓波動(dòng) 閃變敏感的負(fù)荷分別由不同的變壓器供電 對(duì)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(wú)功補(bǔ)償器 靜止無(wú)功補(bǔ)償器 SVC 是無(wú)功功率快速補(bǔ)償?shù)男录夹g(shù) 可以減少無(wú)功功率沖擊引起的電壓變動(dòng) 靜止無(wú)功補(bǔ)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(wú)功功率發(fā)生器和吸收器 FC TCR補(bǔ)償器的原理接線圖 TSC TCR的原理接線圖 近年來(lái) 電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用的靜止補(bǔ)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(bǔ)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(kāi)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 采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置 動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置 DVR 也稱作動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)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(bǔ)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(dòng)對(duì)敏感負(fù)載的影響 從而保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量 串聯(lián)型動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器是配電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量控制調(diào)節(jié)設(shè)備中的代表 DVR裝置串聯(lián)在系統(tǒng)與敏感負(fù)荷之間 當(dāng)供電電壓波形發(fā)生畸變時(shí) DVR裝置迅速輸出補(bǔ)償電壓 使合成的電壓動(dòng)態(tài)維持恒定 保證敏感負(fù)荷感受不到系統(tǒng)電壓波動(dòng) 確保對(duì)敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量 四 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓下降 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 在其供電端子處及配電系統(tǒng)中要引起電壓下降 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 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(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)不宜低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的90 電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí) 不宜低于標(biāo)稱電壓的85 配電母線上未接照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的負(fù)荷 且電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí) 不應(yīng)低于標(biāo)稱電壓的80 配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí) 可按保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件決定 對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī) 尚應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓 電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)供電系統(tǒng)示意圖 起動(dòng)回路的額定輸入容量 配電母線短路容量 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電母線電壓下降為 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)其電源端子處電壓下降為 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(gè)非正弦周期電氣量的傅立葉級(jí)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(jí)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(fù)荷日益增多 非線性負(fù)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(yán)重 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng) 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(duì)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(píng)價(jià)與限值 電網(wǎng)中諧波的嚴(yán)重程度按GB T14549 1993 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(lái)表示 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 表10 6公共電網(wǎng)諧波電壓 相電壓 限值 表10 7注入公共連接點(diǎn)的諧波電流限值 根據(jù)GB T14549 1993規(guī)定 三 并聯(lián)電容器對(duì)諧波的放大作用 在供配電系統(tǒng)中 并聯(lián)電容器作為無(wú)功補(bǔ)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(huì)在其中產(chǎn)生明顯的高次諧波電流 使電容器過(guò)熱 嚴(yán)重影響其使用壽命 同時(shí)電容器的切入使用也可能引起系統(tǒng)諧波嚴(yán)重放大 XC h 1 h 0C 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 h Uhh 0C 諧波嚴(yán)重放大 對(duì)于整流裝置 hmin 5 可取XLR 5 6 XC 對(duì)于含有三次諧波的系統(tǒng) 可取XLR 12 13 XC 在含有諧波的供配電系統(tǒng)中 應(yīng)注意適當(dāng)選擇其電容器的參數(shù) 防止其出現(xiàn)過(guò)電流和過(guò)電壓 同時(shí)兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊蠛拖C波放大 可在電容器支路串聯(lián)電抗器 通過(guò)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(dòng)數(shù) 多臺(tái)相數(shù)相同的整流裝置 使整流變壓器的二次側(cè)有適當(dāng)?shù)南嘟遣?2 裝設(shè)無(wú)源電力諧波濾波器 3 裝設(shè)有源電力濾波器 有源電力濾波器分并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種 實(shí)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(bǔ)償諧波電流 以抵消負(fù)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(dǎo)體功率變流器的高可控性和快速響應(yīng)性 諧波電流的補(bǔ)償 五 公用電網(wǎng)間諧波簡(jiǎn)介 間諧波分量 指對(duì)周期性交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解 得到頻率不等于基波頻率整數(shù)倍的分量 常見(jiàn)的間諧波干擾源主要有 變流裝置 交流電弧爐 通斷控制的電氣設(shè)備 間諧波具有諧波引起的所有危害 一般來(lái)說(shuō)其危害主要表現(xiàn)在 產(chǎn)生閃變 導(dǎo)致顯示器閃爍 造成濾波器諧振 過(guò)負(fù)荷 引起通訊干擾 引起電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)附加力矩 引起過(guò)零點(diǎn)監(jiān)測(cè)誤差 引起感應(yīng)線圈噪聲 影響脈沖接收器正常工作 我國(guó)根據(jù)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 24337 2009 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波 已于2010年6月1日開(kāi)始實(shí)施 該規(guī)定對(duì)間諧波的含量 測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x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(bǔ)償 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)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(fù)荷的不平衡以及電力系統(tǒng)元件參數(shù)三相不對(duì)稱所致 這類不平衡有別于不對(duì)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 三相電壓不平衡會(huì)造成許多危害 使電機(jī)附加發(fā)熱并引起附加振動(dòng) 引起以負(fù)序分量為啟動(dòng)元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作 使換流設(shè)備產(chǎn)生附加的諧波電流 變壓器的三相負(fù)荷不平衡不僅使負(fù)荷較大的一相線圈絕緣過(guò)熱 還會(huì)由于磁路不平衡 造成附加損耗 在低壓配電線路中 會(huì)引起照明燈的壽命縮短 電視機(jī)的損壞 中性線過(guò)載等 對(duì)于供配電系統(tǒng) 負(fù)荷不平衡時(shí) 將引起線損及配電線路電壓損失增大 對(duì)于通信系統(tǒng) 電力負(fù)荷三相不平衡時(shí) 會(huì)增大對(duì)其干擾 二 不平衡度的表示及限值 不平衡度 指三相電力系統(tǒng)