電能質(zhì)量 第3章下

1、電能質(zhì)量 第3章下傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施概述供電電壓偏差電力系統(tǒng)頻率偏差三相電壓不平衡供電中斷與供電可靠性第三節(jié) 電力系統(tǒng)頻率偏差頻率是電能質(zhì)量重要指標之一頻率偏差的定義：在電力系統(tǒng)正常運行條件下，系統(tǒng)頻率的實際值與標稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差： 電力系統(tǒng)的頻率變化是指基波頻率偏離規(guī)定正常值的現(xiàn)象。頻率偏差的限值：我國國標GB/T 15945-2008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差正常允許值為 ，當系統(tǒng)容量較小可放寬到 ，標準還規(guī)定：用戶沖擊負荷引起的系統(tǒng)頻率變動一般不得超過 。在保證近區(qū)電網(wǎng)、發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行和用戶正常供電的情況下，可以根據(jù)沖擊負荷的性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件適當變動限

2、制。頻率偏差產(chǎn)生的原因系統(tǒng)負荷功率總需求（包括電能傳輸環(huán)節(jié)的損耗）與系統(tǒng)電源的總供給相平衡時，才能維持所有發(fā)電機組轉(zhuǎn)速的恒定。當發(fā)電機與負荷間出現(xiàn)有功功率不平衡時，系統(tǒng)頻率就會產(chǎn)生變動，出現(xiàn)頻率偏差。發(fā)電機總輸出有功負荷對有功的需求，頻率上升發(fā)電機總輸出有功負荷對有功的需求，頻率下降只有發(fā)電機的總輸出有功功率=負荷對有功功率的需求時，系統(tǒng)的實際頻率才稱為標稱頻率，頻率偏差為0。偏差過大的危害系統(tǒng)頻率偏差過大對用電負荷的危害產(chǎn)品質(zhì)量沒有保證工業(yè)企業(yè)降低勞動生產(chǎn)率機械工業(yè)使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運行?，F(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)頻率偏差過大對電力系統(tǒng)的危害降低發(fā)電機組效率，嚴重時可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰或電壓

3、崩潰；汽輪機在低頻下運行時容易產(chǎn)生葉片共振；處于低頻率系統(tǒng)中的電動機和變壓器會給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難；頻率下降，電容器無功出力成比例降低，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整；頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計量誤差加大。電力系統(tǒng)調(diào)整和控制：電力系統(tǒng)調(diào)整：電力系統(tǒng)在正常運行方式下，通過改變發(fā)電機的輸出功率使系統(tǒng)的頻率變動保持在允許偏差范圍內(nèi)的過程。電力系統(tǒng)控制：電力系統(tǒng)在非正常運行方式下，針對頻率異常所采取的調(diào)頻措施。電力系統(tǒng)頻率調(diào)整：頻率調(diào)整包括頻率的一次調(diào)整和二次調(diào)整。一次調(diào)整：利用發(fā)電機組的調(diào)速器，對于變動幅度小（0.1%-0.5%）、變動周期短（10s以內(nèi)）的頻率偏差所做的調(diào)整。二次調(diào)整：利用發(fā)電機組的調(diào)頻

4、器，對于變動幅度較大（0.5%-1.5%）、變動周期較長（10s-30min）的頻率偏差所做的調(diào)整。擔任二次調(diào)頻任務(wù)的發(fā)電廠（機組）稱為調(diào)頻廠（機組），滿足以下條件的發(fā)電廠（機組）易選作調(diào)頻廠（機組）：足夠可調(diào)容量和調(diào)整范圍；足跡調(diào)整速度快；調(diào)頻輸出功率滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定要求；經(jīng)濟性能好。電力系統(tǒng)常用大容量發(fā)電機組分為三類：水輪發(fā)電機組火力發(fā)電機組核能發(fā)電機組水輪發(fā)電機組輸出功率的調(diào)整范圍較大，一般可達額定容量的50%以上，機組調(diào)整速度快，調(diào)整上升速遞員可達80-100MW/min。從空載到輸出額定功率可以在1min完成，而且操作安全、快捷?？菟竟?jié)，電力系統(tǒng)選擇水電廠作為主調(diào)頻廠，效率較低的汽

5、輪發(fā)電機組擔任輔助調(diào)頻機組；豐水季節(jié)，為了充分利用水資源，水輪發(fā)電機組以額定功率發(fā)電，選擇中溫中壓凝氣式汽輪發(fā)電機組作為主調(diào)頻機組，高溫高壓凝氣式汽輪發(fā)電機組作為輔助調(diào)頻機組。抽水蓄能機組是特殊形式的水輪發(fā)電機組，其啟停及功率調(diào)整速度很快。系統(tǒng)處于低谷負荷：機組吸收系統(tǒng)多余電能，把下水庫的水抽到上水庫，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲起來；系統(tǒng)處于高峰負荷：機組利用上水庫的水進行發(fā)電，將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能輸送到系統(tǒng)。抽水蓄能機組出擔任系統(tǒng)調(diào)頻任務(wù)外，還起到“削峰填谷”、調(diào)相以及事故備用的作用。但抽水蓄能電站的不足之處時電站自身的經(jīng)濟效率較差。頻率的二次調(diào)整手動調(diào)頻：調(diào)頻廠由值班人員根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的大

6、小改變調(diào)頻機組調(diào)速器的整定值，從而改變調(diào)頻機組的處理。缺點：調(diào)頻速度慢，操作繁瑣。自動調(diào)頻：通過裝在調(diào)頻廠和調(diào)度所的自動發(fā)電控制（AGC）裝置實現(xiàn)的。恒定頻率控制（FFC）橫交換功率控制（FTC）聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差控制（TBC）電力系統(tǒng)頻率控制電力系統(tǒng)在非正常運行方式下。系統(tǒng)會出現(xiàn)異常，嚴重偏離額定頻率?？赡艹霈F(xiàn)頻率異常的原因：故障后系統(tǒng)失去大量電源，或系統(tǒng)解列，且解列后的局部系統(tǒng)有功功率失去平衡；氣候變化或意外災(zāi)害使負荷發(fā)生突變；在供應(yīng)不足的系統(tǒng)中缺乏有效控制負荷的手段；高峰負荷間，發(fā)電處理的增長速度低于負荷的增長速度，低谷負荷期間，發(fā)電最小出力大于總負荷；大型沖擊負荷造成的頻率波動。頻率異

7、常時采用以下頻率控制措施：具有足夠的負荷備用和事故備用容量；裝設(shè)直接控制用戶負荷的裝置，備有事故拉閘序位表；在系統(tǒng)內(nèi)安裝按頻率降低自動減負荷裝置（自動低頻減載裝置），和在可能被解列而導(dǎo)致功率過剩的地區(qū)裝置按頻率升高自動切除發(fā)電機（自動高頻切機裝置）。頻率調(diào)整與電壓調(diào)整差異：全系統(tǒng)頻率相同，而系統(tǒng)各節(jié)點電壓各不相同；系統(tǒng)頻率質(zhì)量主要由有功功率平衡狀況決定，系統(tǒng)電壓質(zhì)量主要由無功功率平衡狀況決定；調(diào)整頻率只有改變發(fā)電機組原動機功率這唯一的措施。三相對稱與不平衡的概念三相系統(tǒng)可分為是對稱三相系統(tǒng)和不對稱三相系統(tǒng)。對稱三相系統(tǒng)指三相電量（電動勢、電壓或電流）數(shù)值相等、頻率相同、相位互差120的系統(tǒng)。不

8、同時滿足這三個條件的系統(tǒng)為不對稱三相系統(tǒng)。第四節(jié) 電壓三相不平衡（3-24）（3-25）三相系統(tǒng)又可分為平衡三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)。平衡三相系統(tǒng)：在任意時刻，三相瞬時總功率與時間無關(guān)；不平衡三相系統(tǒng)：在任意時刻，三相瞬時總功率是時間的函數(shù)。式中：經(jīng)代入，式（3-28）為：公式（3-29）說明對稱三相系統(tǒng)在任意時刻的總瞬時功率是常數(shù)，即對稱三相系統(tǒng)也是平衡三相系統(tǒng)。對于三相系統(tǒng)，不對稱三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)在使用上不作嚴格區(qū)分。三相不平衡度的定義三相系統(tǒng)的電量可分解為正序分量，負序分量，零序分量三個對稱分量。在正常運行下，電量的負序分量方均根值與正序分量方均根值之比定義為該電量的三相不平衡度

9、，用 表示。電壓、電流不平衡度：其中：要計算不平衡度，首先要計算正序、負序分量以及相位，這樣的運算較繁瑣。在實際計算中，往往只知道三相電量的數(shù)值。對不含零序系統(tǒng)，計算三相不平衡度為： 其中：估算不對稱負荷造成的三相電壓不平衡度：其中： 國標GB/T 15543-2008電能質(zhì)量 三相電壓不平衡規(guī)定：電網(wǎng)正常運行時，電力系統(tǒng)公共連接點（PCC點）電壓不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%；接于公共連接點的每個用戶，引起該點正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不得超過2.6%。三相不平衡度限值 三相不平衡產(chǎn)生原因電力系統(tǒng)三相不平衡分為事故性不平衡和正常性不平衡。事故性不平衡：系統(tǒng)中各種非對稱

10、性故障引起，比如：單相接地短路、兩相接地短路或兩相相間短路等。事故性不平衡一般需要保護裝置切除故障元件，經(jīng)故障處理后才能重新恢復(fù)系統(tǒng)運行。電力系統(tǒng)在正常運行方式下，供電環(huán)節(jié)（主要是供電線路）的不平衡和用電環(huán)節(jié)（負荷不對稱）的不平衡都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)三相不平衡。供電線路不平衡：由于供電線路中間相導(dǎo)線的導(dǎo)納高于其余兩相的導(dǎo)納，最終導(dǎo)致供電線路處于不平衡。負荷不對稱：由于單相大容量負荷（電氣化鐵路，電弧爐和電焊機等）在三相系統(tǒng)中的容量和電氣位置分布不合理。三相不平衡產(chǎn)生原因三相不平衡的危害 感應(yīng)電動機負序電壓產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使感應(yīng)電動機的最大轉(zhuǎn)矩和輸出功率下降，還可能引起電動機振動。變壓器變壓器處于不平

11、衡負載下運行時，如果其中一相電流已先達到變壓器額定電流，則其余兩相電流只能低于額定電流，此時變壓器容量得不到充分利用。換流器三相電壓不平衡使換流器的觸發(fā)角不對稱，換流器將產(chǎn)生較大的非特征諧波。非特征諧波電流的出現(xiàn)對換流器的諧波治理提出更高要求，直接導(dǎo)致?lián)Q流器總投資增大。繼電保護和自動裝置三相不平衡系統(tǒng)中的負序分量偏大，可能導(dǎo)致一些作用于負序電流的保護和自動裝置誤動作，威脅電力系統(tǒng)的安全運行。此外，系統(tǒng)三相不平衡還會使某些負序啟動元件對系統(tǒng)故障的靈敏度下降。三相不平衡的危害 線損在三相不平衡系統(tǒng)中，線路除正序電流產(chǎn)生的正序功率損耗外，還有負序電流及零序電流產(chǎn)生的附加功率損耗，因此加大了線路的總損

12、耗，降低了電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。計算機在低壓三相四線制系統(tǒng)中，三相不平衡引起中性線上出現(xiàn)不平衡電流，中性點電位會產(chǎn)生漂移。嚴重的零電位漂移對計算機產(chǎn)生電噪聲干擾，可能使計算機無法正常工作。三相不平衡的危害 改善三相不平衡的措施將不對稱負荷合理分布于三相中，使各相負荷盡可能平衡：其中P1=5MW, S2=15+j7MVA, S3=10+j2MVA, S4=20+j9MVA, S5=25+j8MVA。采用(a)所示負荷分配方式比采用(b)所示的負荷分配方式更有利于系統(tǒng)三相平衡。 將不對稱負荷分散接于不同的供電點，減少集中連接造成的不平衡度過大。將不對稱負荷接入高一級電壓供電。電壓等級越高，系統(tǒng)短路

13、容量越大，不對稱負荷在系統(tǒng)總負荷中所占比例就越小。將不對稱負荷采用單獨的變壓器供電。采用特殊接地的平衡變壓器供電。改善三相不平衡的措施加裝三相平衡裝置。實現(xiàn)三相平衡原理電路如圖所示：設(shè)ab間接有單相用電負載，在該負載上并聯(lián)電納，使ab相等效負載呈電阻性。然后在bc間介入容性電納，在ca間接入感性電納。改善三相不平衡的措施P74 例3-1額定電壓為380V的3臺單相負荷，其參數(shù)如下：負荷I:7.6kVA,cos=1;負荷II:7.6kVA,cos=0.866;負荷III:7.6kVA,cos=0.707;試求不同接線方式時的三相電流不平衡度:供電可靠性常用指標供電可靠性是指供電系統(tǒng)連續(xù)供電的能力

14、，是國家經(jīng)濟發(fā)達程度的標準之一。供電可靠性常用指標供電可靠率用戶平均停電時間第五節(jié) 供電中斷與供電可靠性用戶平均停電次數(shù)用戶平均故障停電次數(shù)供電可靠率參考指標用戶平均故障停電時間故障停電平均持續(xù)時間平均停電用戶數(shù)故障停電平均用戶數(shù)供電可靠率（%）年均停電時間供電可靠率（%）年均停電時間99.9（稱為3個9）8.76h99.99999（稱為7個9）3.15s99.99（稱為4個9）52.56min99.999999（稱為8個9）0.32s99.999（稱為5個9）5.26min99.9999999（稱為9個9）31.54ms99.9999（稱為6個9）31.54s表3-8 供電可靠率和平均停電時

15、間的關(guān)系我國從1997年開展的大規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造以來，用戶供電可靠性大為提高。到2002年時，城市用戶供電可靠率為99.92%，較1997年提高了0.185個百分點。上述供電可靠性指標中的停電是指長時間供電中斷，即供電電壓幅值為零，且持續(xù)時間超過5min的現(xiàn)象。長時間供電中斷稱為供電中斷。我國近幾年大規(guī)模的城市電網(wǎng)改造使一些城市欲安排供電中斷次數(shù)明顯增加，隨著電網(wǎng)改造的結(jié)束，預(yù)安排供電中斷的次數(shù)必然下降。故障供電中斷是指故障或故障后保護和自動裝置動作引起的突然供電中斷，具有很大的偶然性，所以對用戶和供電系統(tǒng)造成影響很大。供電企業(yè)為維護供電系統(tǒng)正常工作，對電氣設(shè)施進行定期或不定期的維護、檢修，

16、或為滿足系統(tǒng)改、擴建須有而又計劃實施的供電中斷時不可避免的。供電中斷的危害電力系統(tǒng)供電中斷將使全系統(tǒng)的有功功率和無功功率的平衡遭到破壞，系統(tǒng)頻率及電壓嚴重偏離正常值，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰和電壓崩潰。電力系統(tǒng)供電中斷還會對國民經(jīng)濟其他行業(yè)產(chǎn)生重大影響。供電中斷產(chǎn)生的原因以及提高供電可靠性的措施電力系統(tǒng)故障是產(chǎn)生供電中斷的最主要原因。設(shè)備質(zhì)量缺陷系統(tǒng)中有些設(shè)備的運行年限過長，導(dǎo)致設(shè)備性能老化。當系統(tǒng)運行環(huán)境惡劣時，狠容易出現(xiàn)由于瓷套管和絕緣子閃絡(luò)放電而導(dǎo)致斷路器跳閘的事故。人員誤操作由于對有關(guān)的規(guī)章制度不熟悉，或存在麻痹大意思想，某些運行人員不能嚴格按照制度進行調(diào)度，從而引發(fā)事故。自然災(zāi)害雷擊

17、、閃電、大風、暴雨、大霧、冰雹、酷熱、嚴寒以及山洪、泥石流等自然災(zāi)害惡化了系統(tǒng)中電氣設(shè)備的運行條件。繼電保護誤操作隨著系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的逐步加強，二次設(shè)備對系統(tǒng)可靠性的影響越來越大，其設(shè)計及接線正確與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行。運行管理水平低電氣設(shè)備因檢修而退出運行，必將導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性的下降。以下措施也有利于改善系統(tǒng)的供電可靠性：加強系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，合理分布電源及其無功功率補償設(shè)備，提高系統(tǒng)的抗擾動能力；采用自動化程度很高的系統(tǒng)，裝設(shè)分散協(xié)調(diào)控制裝置等都是重要的技術(shù)措施；各負荷的供電方式，應(yīng)根據(jù)負荷對供電可靠性的要求和地區(qū)供電條件確定。用電負荷分為三級：一級負荷：二級負荷：三級負荷：一級負荷：突然停電將造成人身傷亡，或在經(jīng)濟上造成重大損失，或在政治上造成重大不良影響的負荷。例如：重要交通和通信樞紐用電負荷，重點企業(yè)中的