電能質(zhì)量與節(jié)能技術(shù)

1、電能質(zhì)量和節(jié)能(ji nn)技術(shù)共五十四頁我們的目標(biāo)：創(chuàng)造安全、 綠色、高效的供電系統(tǒng)(n din x tn)。高質(zhì)量的供電系統(tǒng) 也是節(jié)能的。共五十四頁 現(xiàn)代供電系統(tǒng)電能形式 多樣化-火電、水電、核電、風(fēng)電、光電、潮汐電更凸現(xiàn)提高電能質(zhì)量和節(jié)電的重要(zhngyo)地位-智能電網(wǎng)共五十四頁供電電能質(zhì)量: 頻率(pnl) 電壓波動 波形畸變 電壓閃變 功率因數(shù) 三相系統(tǒng)不平衡 均已制訂有響應(yīng)的國家標(biāo)準 共五十四頁供電現(xiàn)狀提高(t go)供電質(zhì)量和節(jié)能的方向措施 電力部門努力提高供電質(zhì)量現(xiàn)實電力市場有多因素干擾實際提高(t go)電能質(zhì)量需求旺盛共五十四頁一、頻率 frequency國標(biāo)規(guī)定電網(wǎng)(

2、dinwng)供電頻率為500.5Hz。對頻率敏感的儀器或設(shè)備影響大。如同步機、電鐘、調(diào)諧設(shè)備等。一般頻率由供電系統(tǒng)確定.共五十四頁二、電壓(diny)波動 magnitude of a voltage fluctuation電壓波動為電壓最大和最小有效值之差與額定電壓的百分數(shù)，即 電壓波動常會引起許多電工設(shè)備不能正常工作。如軋鋼機軋制的鋼板出現(xiàn)花紋，影響鋼板質(zhì)量。共五十四頁國標(biāo)規(guī)定了各個電壓等級的電壓波動允許范圍(fnwi)，額定電壓kV 電壓波動允許值V t，% 10及以下 2.5 35-110 2 220及以上 1.6共五十四頁引起電壓波動的原因是系統(tǒng)(xtng)內(nèi)的無功功率或無功電流變

3、化。 電壓波動計算: U=Q / Smin 式中： Smin為系統(tǒng)最小短路容量。共五十四頁三、三相不平衡度unbalance factor由于長距離送電或大功率不對稱的負荷（如電氣化鐵路）的存在，會引起供電系統(tǒng)三相不平衡現(xiàn)象。三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負序分量與正序分量的方均根值百分比表示。電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2，短時不得(bu de)超過4。共五十四頁 以上(yshng)指標(biāo)與節(jié)能的關(guān)系不太大，但以下幾項就有直接的關(guān)系。共五十四頁四、閃變flicker 閃變是人對照度波動的主觀視感。 引起(ynq)閃變的設(shè)備主要有電弧爐、點焊機等。 供電系統(tǒng)里伴隨閃變

4、會有大量的無功流，雖然是瞬間發(fā)生，但這種無功電流的量很大，所以造成的損耗就大。共五十四頁 容量小于10MVA的電弧爐變壓器常在高壓(goy)側(cè)裝設(shè)電抗器，以降低短路電流和穩(wěn)定電弧電流；而較大容量電弧爐的變壓器，由于其本身漏抗已大不需再串電抗器。 電弧爐閃變可預(yù)測： 短路壓降法（scvd） 最大無功功率變動量法 互降常數(shù)法共五十四頁 節(jié)能計劃: 1,供電系統(tǒng)的容量足夠大時，也能減少閃變的發(fā)生，因而減少損耗。 2,直流電弧爐電流平穩(wěn)，且三相對稱，與同容量交流電弧爐比，電壓波動和閃變可降50%，因而節(jié)能，但投資較大，大約比交流電弧爐增加30%以上。 3,另解決方法是在發(fā)生閃變現(xiàn)象的供電系統(tǒng)裝設(shè)SVC

5、（靜止無功補償裝置），可以瞬間補償大量的無功，從而達到節(jié)能的目的(md)。有關(guān)SVC,后面有介紹.共五十四頁五、功率因數(shù) power factor供電系統(tǒng)的功率因數(shù)與節(jié)能增容有關(guān)(yugun)。P有功功率 kWQ無功功率 kVarS視在功率 kVA功率因數(shù) COS = P / SSQP共五十四頁供電管理部門對功率因數(shù)有要求,一般(ybn)為 COS 0.9功率因數(shù)低時，較大的無功電流造成很大的供電系統(tǒng)有功損耗，并會引起較大的線路壓降，使負荷端電壓較低，影響用電質(zhì)量設(shè)備欠壓運行。動力設(shè)備長期欠壓運行的后果則是動力設(shè)備燒毀。共五十四頁COS 較低時需進行無功補償電容供電系統(tǒng)的無功補償量(即補償電容

6、容量(rngling)可以計算Q=P（tg -tg ）PPSQQS共五十四頁損耗與供電電流的平方成正比。供電系統(tǒng)供電電流如能降低20%,則在供電系統(tǒng)輸電線上的有功損耗降低36%.所以補償功率因數(shù)(n l yn sh)減少供電系統(tǒng)的線損有很大節(jié)能意義.共五十四頁 對一配電變壓器，其所需配置的無功功率補償量可以估算( sun)為配電變壓器容量的1/3。如配電(pi din)變壓器容量為1250 kVA，則可估算電容器的補償量約為450 kVar。共五十四頁就地補償(bchng)和集中補償(bchng) 12500kVA8%10kV負荷集中補償就地補償共五十四頁原則是采用就地補償方式所以在條件滿足時

7、，應(yīng)采用就地補償降低(jingd)供電系統(tǒng)線損、增加變壓器出力共五十四頁 六 、諧波(xi b)harmornic 國際上公認的諧波定義為“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數(shù)倍“，由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍,常稱之為“高次諧波”。共五十四頁 權(quán)威(qunwi)諧波定義: “諧波分量為周期量的傅立葉級數(shù)中大于1的h次分量”.(IEV101-04-39) 對諧波h次的定義為“以諧波頻率和基波頻率之比表達的整數(shù)”.(IEV101-04-40) “諧波為一周期波或量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”.(IEEE標(biāo)準519-1981) 共五十四頁諧波(xi b) 現(xiàn)場實

8、測到的諧波電壓和電流(dinli)波形共五十四頁供電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生主要有兩類負荷：1. 半導(dǎo)體非線性元件;2. 含電弧和鐵磁非線性設(shè)備.半導(dǎo)體電力電子設(shè)備是由于電路中強迫換流而產(chǎn)生諧波，比如(br)三相全波整流。這是應(yīng)用最多產(chǎn)生諧波的電路。變壓器設(shè)計不當(dāng)和電弧爐也產(chǎn)生諧波。共五十四頁冶金、鋼鐵、石油、半導(dǎo)體、電氣化鐵道、 半導(dǎo)體等行業(yè)是諧波的產(chǎn)生大戶(dh)。常用工業(yè)設(shè)備整流(直流)電源，變頻電源。如電解鋁廠的電解槽設(shè)備，鋼廠軋鋼機、電弧爐，直流鍍膜設(shè)備，半導(dǎo)體材料生產(chǎn)設(shè)備，中頻熔煉爐等都是產(chǎn)生諧波的設(shè)備，其產(chǎn)生的諧波對供電系統(tǒng)有不可忽視的破壞作用。共五十四頁 近年來,電力電子技術(shù)的發(fā)展及其工業(yè)

9、和交通部門的供電系統(tǒng)中,廣泛的應(yīng)用(電氣化鐵道,電弧爐煉鋼等),諧波的有害影響已十分嚴重.世界許多國家,包括我國，先后制訂相應(yīng)的國際標(biāo)準(u j bio zhn)和國家標(biāo)準加以限制. 共五十四頁 當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性負 荷時,負荷吸收的電流與施加的電壓 波形不同, 畸變的電流會影響電流回 路中的配電設(shè)施,如變壓器,開關(guān)設(shè)備 等,產(chǎn)生畸變電壓,然后影響所有負荷. 此諧波電流值實際上與50Hz的基波 電壓和供電網(wǎng)的阻抗無關(guān)(wgun).因此大多 數(shù)的諧波源可視為”恒流源”. 共五十四頁共五十四頁研究諧波問題(wnt)的意義 供電諧波屬于電力系統(tǒng)污染,其影響 比自然環(huán)境污染范圍大,距離遠。 諧

10、波污染主要影響: 1對旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生附加功率損耗和發(fā)熱(f r)，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩, 降低出力； 共五十四頁2對無功補償電容器組引起諧振或諧波電流放大，導(dǎo)致電容器因過負荷過電壓而損壞(snhui)；對電力電纜也會造成過負荷或過電壓擊穿；共五十四頁共五十四頁3對供電網(wǎng)和導(dǎo)線增加損耗,嚴重(ynzhng)的甚至燒毀；共五十四頁4電流波形的畸變明顯影響 斷路器的斷路容量； 熔斷器是由于發(fā)熱, 熔片熔斷的. 熔斷器由幾個帶狀熔片組成， 它們對諧波過流集膚效應(yīng)引起(ynq)的發(fā)熱很敏感；共五十四頁5變壓器會增加(zngji)附加發(fā)熱, 降低帶負荷能力;6調(diào)速驅(qū)動器(ASD)在諧波干擾下, 影響其工作狀態(tài);7.

11、 電子設(shè)備的信號系統(tǒng)受干擾 工作不正常;共五十四頁8. 照明設(shè)備壽命降低;9. 對繼電保護和自控裝置產(chǎn)生誤動 作或拒動;10.影響儀表電量計量準確或損壞;11.造成通訊干擾. 從以上內(nèi)容可見，諧波導(dǎo)致系統(tǒng)損耗增加是明顯而突出的后果，應(yīng)有效(yuxio)消除供電系統(tǒng)的諧波。共五十四頁對諧波的管理和監(jiān)測(jin c) 必須區(qū)別諧波和暫態(tài)現(xiàn)象，根據(jù)傅立葉級數(shù)的基本理論，被變換的波形必須是周期性的和不變的。中華人民共和國國家標(biāo)準電能質(zhì)量(zhling) 公用電網(wǎng)諧波GB/T1454993共五十四頁一般變流裝置的原理(yunl)結(jié)構(gòu)為三相交直整流、交直交變頻和交交變頻（較少應(yīng)用）。大量應(yīng)用的為交直整流和

12、交直交變頻設(shè)備。直流+inverter中頻共五十四頁這類設(shè)備(shbi)在三相電源交流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù)由整流脈波數(shù)決定：六脈波整流： h=6P1 P=1,2,3,則可以確定，供電系統(tǒng)產(chǎn)生的特征諧波主要為5、7、11和13次諧波。諧波次數(shù)越高，諧波含量(hnling)越小。所以更高次的諧波可忽略。共五十四頁Y十二(sh r)脈波整流: h=12P1 P=1,2,3,根據(jù)這個原理，可以設(shè)計制造高脈波整流設(shè)備(shbi)，以減少某些諧波含量，達到節(jié)能的目的。共五十四頁變流設(shè)備在產(chǎn)生(chnshng)諧波的同時，使設(shè)備運行功率因數(shù)也比較低，影響供電質(zhì)量。一般此類設(shè)備的功率因數(shù)在0.70.8左右

13、。（現(xiàn)有些整流變頻設(shè)備應(yīng)用新技術(shù)后，其功率因數(shù)能達到0.9以上）。共五十四頁供電系統(tǒng)存在諧波就應(yīng)該進行治理(zhl)。一般采用裝設(shè)無源濾波器（FC）的技術(shù)來達到濾波的目的。裝設(shè)濾波器的同時可以對供電系統(tǒng)進行功率因數(shù)的補 償，一舉兩得。共五十四頁高壓（10kV）濾波(lb)補償裝置共五十四頁低壓（400V）濾波(lb)補償裝置共五十四頁常用(chn yn)濾波器（FC）有多種結(jié)構(gòu)，如下圖所示。常用濾波補償支路及其接線(ji xin)方式 (1)單調(diào)諧濾波支路 (2)二階減幅型濾波支路 (3)C型濾波支路LCLRCLC1C2R（2）（3）（1）共五十四頁單調(diào)諧濾波器由于其結(jié)構(gòu)簡單、維護方便(fng

14、bin)及價格較低而被廣泛采用。由于大多生產(chǎn)負荷是在不斷變化的，所以濾波支路補償量也要跟隨發(fā)生變化，否則(fuz)會出現(xiàn)過補償現(xiàn)象（過補償也會耗能）。靜止無功補償裝置SVC靜止無功補償裝置有多種結(jié)構(gòu)TCT、TCR、TSC、SR。共五十四頁TCRTSCSRTCT靜止無功補償裝置(zhungzh)(SVC)的多種結(jié)構(gòu)簡圖共五十四頁實例(shl) 單晶爐可投切單調(diào)諧濾波支路400V單晶爐裝設(shè)可投切單調(diào)諧濾波支路后,功率因數(shù)(n l yn sh)從0.7提高到0.98,實際工作電流從190A降到150A,共五十四頁現(xiàn)代技術(shù)有源濾波器Active Passion Filter有源濾波簡單(jindn)理

15、解就是波形補償，因為諧波是非線性負荷使供電波形發(fā)生畸變，只要對畸變的波形進行波形補償，即缺少的或多余的波形部分用另外的波形完全補充或抵消，就可以得到理想的正弦波形。下面的三個波形分別是有源濾波器補償前、補償后和補償波形（理論計算結(jié)果）。共五十四頁共五十四頁目前有源濾波器的價格與無源濾波比還是比較高，所以多用在某些特殊工況場合.為降低成本，現(xiàn)在(xinzi)多采用有源濾波和無源濾波混合的方案。共五十四頁隨著1994年3月1日國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布電能質(zhì)量(zhling) 公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-93國家標(biāo)準的頒布實施，以法律的形式規(guī)定了供電系統(tǒng)的諧波限制及治理標(biāo)準。電力部門對諧波的危害和治理的認識也得到進一步提高，積極創(chuàng)造條件對供電系統(tǒng)的諧波進行綜合治理。共五十四頁 謝謝(xi xie)！共五十四頁內(nèi)容摘要電能質(zhì)量和節(jié)能技術(shù)。供電現(xiàn)狀提高供電