第六章 供配電系統(tǒng)電能質量

1、12第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量3電壓偏移及改善措施電壓偏移及改善措施電壓波動及其抑制電壓波動及其抑制 電網(wǎng)諧波及其抑制電網(wǎng)諧波及其抑制 衡量電能的指標： 要提高電力系統(tǒng)的電能質量主要是提高電壓、頻率和波形的質量。 電能質量主要指標包括電壓偏移、電壓波動和閃變、頻率偏差、諧波（電壓諧波畸變率和諧波電流含有率）。 本章主要講述電壓偏移、電壓波動及諧波的概本章主要講述電壓偏移、電壓波動及諧波的概念、影響、國家標準對它們的質量評價指標及改善念、影響、國家標準對它們的質量評價指標及改善措施措施。第一節(jié)第一節(jié) 電壓偏移及改善措施電壓偏移及改善措施 電壓偏移，或稱電壓偏差電壓偏移，或

2、稱電壓偏差，是指供配電系統(tǒng)在正常運行方式下，系統(tǒng)各點瞬間的端電壓U與其系統(tǒng)標稱電壓 之偏差，通常用它對標稱電壓 的百分值來表示，即U%100%NNUUU（一）電壓偏移的含義及其計算 一、電壓偏移NUNU（二）電壓偏移對設備運行的影響（二）電壓偏移對設備運行的影響 電壓偏移對設備的工作性能和使用壽命有很大的影響電壓偏移對設備的工作性能和使用壽命有很大的影響u對感應電動機的影響對感應電動機的影響 當感應電動機的端電壓過低時，由于其轉矩與端電壓平方成正比，因此當電壓下降時轉矩降低更為嚴重，會使電動機的運行情況惡化。 當感應電動機的端電壓比其額定電壓低10時，其實際轉矩將只有額定轉矩的81，而負荷電流

3、將增大510以上，溫升將增高1015以上，絕緣老化程度將比規(guī)定增加一倍以上，從而明顯地縮短電機的壽命。而且由于轉矩減少，轉速下降，不僅會降低生產效率，減少產量，而且還會影響產品質量，增加廢、次品。當其端電壓偏高時，負荷電流和溫升也將增加，絕緣老化加劇，甚至擊穿，縮短電機壽命。u 對同步電動機的影響對同步電動機的影響 當同步電動機的端電壓偏高或偏低時，轉矩也要按電壓平方成正比變化，因此同步電動機的端電壓偏差，除了不會影響其轉速外，其它如對轉矩、電流和溫升等的影響，與感應電動機相同。u 對電光源的影響對電光源的影響 電壓偏差對白熾燈的影響最為顯著。 電壓過低會使白熾燈不能正常發(fā)光。當白熾燈的端電壓

4、降低10時，燈泡的使用壽命將延長23倍，但發(fā)光效率將下降30以上，燈光明顯變暗，照度降低，嚴重影響人的視力健康，降低工作效率，還可能增加事故。當其端電壓升高10時，發(fā)光效率將提高13，但其使用壽命將大大縮短，只有原來的13。 電壓偏差對日光燈及其它氣體放電燈的影響不像對白熾燈那么明顯，但也有一定的影響。當其端電壓偏低時，燈管不易起燃。如果多次反復起燃，則燈管壽命將大受影響。而且電壓降低時，照度下降，影響視力工作。當其電壓偏高時，燈管壽命又要縮短。 另外，電壓過低使電氣設備不能充分利用。當電壓降低到額定值的80時，線路和變壓器的電能輸送容量只為額定值的64，移相電容器的無功功率也降低為額定值的6

5、4。 電壓過低也會使功率和電能損失增加，設備所需的功率不變，線路輸送的功率也不變時，由于電壓降低，使線路中電流增大，從而使系統(tǒng)中功率損耗和電能損耗也增大。（二）（二）國家標準對電壓偏差的評價指標國家標準對電壓偏差的評價指標 我國有關電能質量的國家標準，其中我國有關電能質量的國家標準，其中GB/T123252008電能質量電能質量供電電壓允許偏差供電電壓允許偏差是對電壓偏差的質量評估指標。是對電壓偏差的質量評估指標。其規(guī)定：其規(guī)定： 35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10。如供電電壓上下偏差同號時，按較大偏差的絕對值作為衡量的依據(jù)。 20kV及以下三相供電電壓允許偏差為

6、7。 220V單相供電電壓允許偏差為7、10。 國家標準GB500522009供配電系統(tǒng)設計規(guī)范規(guī)定：正常運行情況下，用電設備端子處電壓偏差的允許值宜符合下列要求： 電動機為5 照明：在一般工作場所為5；對于遠離變電所的小面積 一般工作場所，難以滿足上述要求時，可為5、10；應急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等為5、10。 其它用電設備，當無特殊規(guī)定時為5。 不滿足以上要求時，需采取措施進行改善。二、改善電壓偏差的主要措施二、改善電壓偏差的主要措施第二節(jié)第二節(jié) 電壓波動及其抑制 （一）電壓波動的含義及其計算（一）電壓波動的含義及其計算 一、電壓波動有關概念一、電壓波動有關概念 電壓波動是指電壓方均根

7、值（有效值）一系列的變動或連續(xù)的改變。它是波動負荷引起連續(xù)的電壓變動或電壓幅值包絡線的周期性變動。其變動過程中相繼出現(xiàn)的電壓最大值Umax與最小值Umin之差稱之為電壓波動值，常用Umax與Umin之差對電網(wǎng)標稱電壓UN的百分值來表示，即%100minmaxNUUUd式中： m某一規(guī)定時間內電壓變化的次數(shù)；電壓波動某一規(guī)定時間內電壓變化的次數(shù)；電壓波動波形上相鄰兩個極值之間的變化過程稱為一次電壓波波形上相鄰兩個極值之間的變化過程稱為一次電壓波動，如圖動，如圖6-1中中t1t2和和 t2t3等各為一次電壓波動。等各為一次電壓波動。 T統(tǒng)計頻度的時段，取引起電壓波動的沖擊性負統(tǒng)計頻度的時段，取引起

8、電壓波動的沖擊性負荷一個周期；根據(jù)規(guī)定，電壓變化的速度低于荷一個周期；根據(jù)規(guī)定，電壓變化的速度低于0.2的的電壓變化不統(tǒng)計在變化次數(shù)中，如圖電壓變化不統(tǒng)計在變化次數(shù)中，如圖6-1中中t6t7；同；同一方向的變化，如間隔時間（一次變化結束到下次變一方向的變化，如間隔時間（一次變化結束到下次變化開始的時間段）不大于化開始的時間段）不大于30ms，則算一次變化。，則算一次變化。電壓變動的頻度r用單位時間內電壓變動的次數(shù)來表示，即r =m/T 第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量（二）電壓波動的產生與危害二）電壓波動的產生與危害 電壓波動是由于負荷急劇變動的沖擊性負荷所引起。電壓波動是由

9、于負荷急劇變動的沖擊性負荷所引起。例如電動機的起動，電焊機的工作，特別是大型電弧例如電動機的起動，電焊機的工作，特別是大型電弧爐和大型軋鋼機等沖擊性負荷的工作，均會引起電網(wǎng)爐和大型軋鋼機等沖擊性負荷的工作，均會引起電網(wǎng)電壓的波動。電壓的波動。 電壓波動可影響電動機的正常起動，甚至使電動機無法起動；對同步電動機還可引起其轉子振動；可使電子設備、計算機和自控設備無法正常工作；可使照明燈發(fā)生明顯的閃爍，嚴重影響視覺，使人無法正常生產、工作和學習。（三）閃變及等效閃變值（三）閃變及等效閃變值 閃變是指燈光照度不穩(wěn)定造成的視覺感受，是電壓波動在一段時間內的累計效果。由短時間閃變值Pst和長時間閃變值Pl

10、t來衡量。引起燈光（照度）閃變的波動電壓，稱為閃變電壓。 短時間閃變值短時間閃變值Pst是衡量短時間（若干分鐘）內閃變強弱是衡量短時間（若干分鐘）內閃變強弱的一個統(tǒng)計值，短時間閃變的基本記錄周期為的一個統(tǒng)計值，短時間閃變的基本記錄周期為10 min。 長時間閃變值長時間閃變值Plt由短時間變值由短時間變值Pst推算出，反映長時間（若推算出，反映長時間（若干小時）閃變強弱的量值，長時間閃變的基本記錄周期為干小時）閃變強弱的量值，長時間閃變的基本記錄周期為2 h。 當負荷為周期性等間隔矩形波（或階躍波）時，閃變也可當負荷為周期性等間隔矩形波（或階躍波）時，閃變也可通過其電壓變動通過其電壓變動d和頻

11、度和頻度r的曲線（或對應表格）進行有關估的曲線（或對應表格）進行有關估算算。 二、國家標準對電壓波動和閃變的評價指標二、國家標準對電壓波動和閃變的評價指標 國家標準對電壓波動和閃變的質量評估指標為GB123262008電能質量電壓波動和閃變。規(guī)定1.電壓波動的允許值電壓波動的允許值電力系統(tǒng)公共供電點由沖擊性負荷產生的電壓波動允許值 本標準中系統(tǒng)標稱電壓UN等級按以下劃分：低壓（LV）：UN1KV中壓（MV）：1KVUN35KV高壓（HV）：35KVUN220KV第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量電壓波動允許值電壓波動允許值（依據(jù)國標GB123262008） 變動頻度r (次/h

12、)電壓波動允許值d/%低、中壓高壓r1431r1032.510r10021.5100r10001.251第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量2.閃變電壓的允許值閃變電壓的允許值 電力系統(tǒng)公共連接點，在系統(tǒng)正常運行的較小方式下，以一周（168 h）為測量周期，所有長時間閃變值Plt都應滿足表閃變允許值的要求。閃變電壓允許值閃變電壓允許值（依據(jù)國標GB123262008）Plt110 kV110 kV10.8第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量 任何一個波動負荷用戶在電力系統(tǒng)公共連接點單獨引起的閃任何一個波動負荷用戶在電力系統(tǒng)公共連接點單獨引起的閃變值一般應滿足下列要求

13、。變值一般應滿足下列要求。 電力系統(tǒng)正常運行的較小方式下，并保證波動負荷的最大工作周期包含在內，測量獲得的最大時間內閃變值和波動負荷退出時的背景閃變值，通過下列計算獲得波動負荷單獨引起的長時間閃變值：330312ltltltPPP式中：Plt1波動負荷投入時的長時間閃變值；Plt0背景閃變值，是波動負荷退出時一段時期內的長時間閃變測量值；Plt2波動負荷單獨引起的長時間閃變值。 第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量三、電壓波動和閃變的抑制三、電壓波動和閃變的抑制抑制電壓波動和閃變，可采取下列措施：抑制電壓波動和閃變，可采取下列措施：1）采用合理的接線方式。對負荷變動劇烈的大型電氣

14、設備，采用專用線或專用變壓器單獨供電。2）設法增大供電容量，減少系統(tǒng)阻抗，如將單回路線路改為雙回路線路，或將架空線路改為電纜線路等，使系統(tǒng)的電壓損耗減小，從而減小負荷變動時引起的電壓波動。在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的電壓波動時，減少或切除引起電壓波動的負荷。3）對大功率電弧爐的爐用變壓器宜由短路容量較大的電網(wǎng)供電，一般是選用更高電壓等級的電網(wǎng)供電。4)對大型沖擊性負荷，如采取上述措施達不到要求時，可裝設能“吸收”沖擊無功功率的靜止型補償裝置（SVC） 。SVC是一種能吸收隨機變化的沖擊無功功率和動態(tài)諧波電流的無功補償裝置，第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量第三節(jié)第三節(jié) 電網(wǎng)諧波及其抑制電網(wǎng)

15、諧波及其抑制一、電網(wǎng)諧波的有關概念 交流電網(wǎng)中，由于許多非線性電氣設備的投入運行，其電壓、電流波形實際上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸變的周期性非正弦波。 諧波，是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常又稱為高次諧波。而基波是指其頻率與工頻相同的分量。諧波次數(shù)（h）是諧波頻率與基波頻率的整數(shù)比。（一）電網(wǎng)諧波的含義及其估算（一）電網(wǎng)諧波的含義及其估算 諧波含有率（電壓或電流）是周期性電氣量中含有的第h次諧波分量有效值與其基波分量有效值之比，用百分數(shù)表示。第h次諧波電壓含有率（ ）按下式計算1100%hhUHRUU式中， 為第h次諧波電壓和基波電壓

16、的有效值，kV；1hUU、第第h次諧波電流含有率次諧波電流含有率( )按下式計算按下式計算hHRI1100%hhIHRII式中， 為第h次諧波電流和基波電流的有效值，A。1hII、hHRU第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量 諧波含量（電壓或電流）是周期性電氣量中含有的各次諧波分量有效值的和方根（平方和的平方根）值。 諧波電壓總含量諧波電壓總含量(UH)按下式計算按下式計算2H2()hhUU諧波電流總含量（諧波電流總含量（IH）按下式計算）按下式計算2H2()hhII 總諧波畸變率表征波形畸變程度，是用周期性電氣量中的諧波含量與基波分量有效值之比，用百分數(shù)表示。第六章第六章 供配

17、電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量電壓總諧波畸變率（電壓總諧波畸變率（ ）按下式計算）按下式計算uTHD2211()100%100%hhHuUUTHDUU電流總諧波畸變率（電流總諧波畸變率（ ）按下式計算）按下式計算iTHD2211()100%100%hhHiIITHDII第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量（二）諧波的產生與危害（二）諧波的產生與危害 系統(tǒng)中主要的系統(tǒng)中主要的“諧波源諧波源”可分為兩大類：可分為兩大類： 1）含半導體非線性元件的諧波源）含半導體非線性元件的諧波源 2）含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源。）含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源。 例如：各種整流設備、交直流換流

18、設備、 PWM變頻器、相控調制變頻器及為節(jié)能和控制用的電力電子設備等； 例如：交流電弧爐、交流電焊機、熒光燈和高壓汞燈等氣體放電燈、發(fā)電機、變壓器及鐵磁諧振設備等。第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量 如在系統(tǒng)和用戶中存在諧波干擾，將會使系統(tǒng)中的電壓和電流發(fā)生畸變。供電系統(tǒng)中的諧波源主要是諧波電流源，諧波電流通過電網(wǎng)將在電網(wǎng)阻抗上產生諧波電壓降，從而導致諧波電壓的產生。 諧波對電氣設備的危害很大。諧波電流通過變壓器，可使變壓器的鐵心損耗明顯增加，從而使變壓器出現(xiàn)過熱，不僅增加能耗，而且使其絕緣介質老化加速，縮短使用壽命。諧波還能使變壓器噪聲增大。 第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量

19、供配電系統(tǒng)電能質量二、國家標準對電網(wǎng)諧波的的評價指標二、國家標準對電網(wǎng)諧波的的評價指標 GBT1454993電能質量公用電網(wǎng)諧波是目前我國對電網(wǎng)諧波的質量評估主要指標。電網(wǎng)標稱電壓k電壓總諧波畸變率（%）次諧波電壓含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8公用電網(wǎng)諧波電壓公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（據(jù)限值（據(jù)GBGBT14549T145499393） （一）諧波電壓限值（一）諧波電壓限值 第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量hpkkhISSI21 式中，Sk1為公共連接點的最小短路容量(MVA)；S

20、k2為基準短路容量(MVA)；Ihp為表6-5中的第h次諧波電流允許值(A)；Ih為短路容量為第h次諧波電流允許值(A)。（二）諧波電流允許值（二）諧波電流允許值 公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應超過表根值）不應超過表-4規(guī)定的允許值。當公共連接點處的最小規(guī)定的允許值。當公共連接點處的最小短路容量不同于表中基準短路容量時，應按下式修正表中的諧短路容量不同于表中基準短路容量時，應按下式修正表中的諧波電流允許值：波電流允許值：第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量三、電網(wǎng)諧波的抑制（一）抑制電網(wǎng)諧波，可采取下

21、列措施：（一）抑制電網(wǎng)諧波，可采取下列措施： 供各類大功率的非線性用電設備的變壓器由短路容量較大的電網(wǎng)供電，一般可由更高電壓等級的電網(wǎng)供電或由主變壓器更大的電網(wǎng)供電。第六章第六章 供配電系統(tǒng)電能質量供配電系統(tǒng)電能質量1 提高整流變壓器二次側的相數(shù)，增加整流器的整流脈沖數(shù)。提高整流變壓器二次側的相數(shù)，增加整流器的整流脈沖數(shù)。 2 多臺相數(shù)相同的整流裝置，使整流變壓器的二次側有適當?shù)南辔徊睢６嗯_相數(shù)相同的整流裝置，使整流變壓器的二次側有適當?shù)南辔徊睢?例如有一臺整流變壓器，二次側有三角形和星形三相線圈各一組，各接三相橋式整流器，將這兩個整流器的直流輸出串聯(lián)或并聯(lián)（加平衡電抗）接到直流負荷，即可得到12脈沖整流電路。整流脈沖數(shù)越高，次數(shù)低的諧波被消去，變壓器一次側的諧波含量就越少。 例如有兩臺Ydy（即Y.Y）聯(lián)結的整流變壓器，若將其中一臺加移相線圈，使兩臺變壓器的一次側主線圈有150相位差，則兩臺的綜合效應在理論上可大大改善向電力系統(tǒng)注入的諧波。（二）對大功率靜止整流器