電能質(zhì)量培訓(xùn)課件

第6章供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量與無功補(bǔ)償內(nèi)容提要：本章主要介紹工廠供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問題，首先介紹了電壓的偏差及其調(diào)節(jié)，然后介紹電壓波動(dòng)和閃變及其抑制以及高次諧波及其抑制的問題，最后介紹了供電系統(tǒng)的三相不平衡第一節(jié)電能質(zhì)量概述第二節(jié)電壓偏差及其調(diào)節(jié)第三節(jié)電壓波動(dòng)和閃變及其抑制第四節(jié)高次諧波及其抑制第五節(jié)供電系統(tǒng)的三相不平衡第六節(jié)供電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償?shù)?章供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量于無功補(bǔ)償?shù)谝还?jié)電能質(zhì)量概述

一、電能質(zhì)量問題

電能質(zhì)量是指電氣設(shè)備正常運(yùn)行所需要的電氣特性，任何導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差都屬于電能質(zhì)量問題。二、理想的電能質(zhì)量

在三相電力系統(tǒng)中，理想的電能質(zhì)量是：系統(tǒng)頻率恒為額定頻率；三相電壓波形是三相對(duì)稱的、幅值恒為額定電壓的正弦波形；三相電流波形是三相對(duì)稱的正弦波形；供電不間斷。三、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保護(hù)電氣環(huán)境、保障電力用戶正常使用電能的基本技術(shù)規(guī)范，是實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)督管理、推廣電能質(zhì)量控制技術(shù)、維護(hù)供用電雙方合法權(quán)益的法律依據(jù)。我國(guó)已經(jīng)頒布的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有：GB12325-2003《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》、GB12326-2000《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/T15543-1995《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》、GB/T15945-1995《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》、GB/T18481-2001《電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》。四、影響電能質(zhì)量的因素

電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的核心。影響電壓質(zhì)量的主要因素有：①負(fù)荷無功功率或無功功率變化量；②電網(wǎng)短路容量或電網(wǎng)等效電抗。負(fù)荷無功功率或無功變化量越大，對(duì)電壓質(zhì)量的影響越大；電網(wǎng)短路容量越大，則負(fù)荷變化對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響越小。無功功率補(bǔ)償既是電網(wǎng)節(jié)能降耗的措施，也是改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的措施之一。五、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的措施第二節(jié)電壓偏差及其調(diào)節(jié)一、電壓偏差的含義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：電壓偏差是指電網(wǎng)實(shí)際電壓與額定電壓之差對(duì)額定電壓的百分?jǐn)?shù)，即產(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)造成不良影響。二、變壓器對(duì)電壓偏差的影響

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、電電壓偏偏差的的調(diào)節(jié)節(jié)GB12325-1990《電能質(zhì)質(zhì)量供供電電電壓壓允許許偏差差》中規(guī)定定，供供電部部門與與用戶戶的產(chǎn)產(chǎn)權(quán)分分界處處或供供用電電協(xié)議議規(guī)定定的電電能計(jì)計(jì)量的的最大大允許許電壓壓偏差差應(yīng)不不超過過：35kV及以上上供電電電壓壓：電電壓正正、負(fù)負(fù)偏差差絕對(duì)對(duì)值之之和為為10%；10kV及以下下三相相供電電電壓壓：±7%；220V單相供供電電電壓：：+7%，-10%。（一））電壓壓調(diào)節(jié)節(jié)的方方式對(duì)中樞樞點(diǎn)的的電壓壓進(jìn)行行監(jiān)視視和調(diào)調(diào)節(jié)。。中樞點(diǎn)點(diǎn)調(diào)壓壓方式式：常調(diào)壓壓：不不管中中樞點(diǎn)點(diǎn)的負(fù)負(fù)荷怎怎樣變變動(dòng)，，都要要保持持中樞樞點(diǎn)的的電壓壓偏差差為恒恒定值值；逆調(diào)壓壓：在在最大大負(fù)荷荷時(shí)，，升高高母線線電壓壓，在在最小小負(fù)荷荷時(shí)，，降低低母線線電壓壓。（二））電壓壓調(diào)節(jié)節(jié)的方方法對(duì)于電電力用用戶的的供配配電系系統(tǒng)，，電壓壓偏差差調(diào)節(jié)節(jié)主要要以下下兩方方面入入手。。1.減小線線路電電壓損損失2.合理選選擇變變壓器器的分分接頭頭合理地地減少少系統(tǒng)統(tǒng)的阻阻抗，，減少系系統(tǒng)的的變壓壓級(jí)數(shù)數(shù)；盡量保保持系系統(tǒng)三三相平平衡；；使高壓壓線路路深入入負(fù)荷荷中心心；采用多多回路路并聯(lián)聯(lián)供電電；設(shè)置無無功補(bǔ)補(bǔ)償裝裝置等等。第三節(jié)節(jié)電電壓壓波動(dòng)動(dòng)和閃閃變及及其抑抑制電壓波波動(dòng)是是指電電壓在在系統(tǒng)統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)中作作快速速短時(shí)時(shí)的變變化。。電壓壓波動(dòng)動(dòng)值，，以用用戶公公共供供電點(diǎn)點(diǎn)的相相鄰最最大與與最小小電壓壓值之之差對(duì)對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)額定定電壓壓UN的百分分值表表示，，即電壓波波動(dòng)是是由于于負(fù)荷荷急劇劇變動(dòng)動(dòng)的沖沖擊負(fù)負(fù)荷所所引起起。影影響電電氣設(shè)設(shè)備的的正常常工作作。一、電電壓波波動(dòng)和和閃變變的基基本概概念閃變是是指人人眼對(duì)對(duì)燈閃閃的主主觀感感覺。。引起起燈光光（照照度））閃變變的波波動(dòng)電電壓，，稱為為閃變變電壓壓。二、電電壓波波動(dòng)值值的估估算1）當(dāng)已已知三三相負(fù)負(fù)荷的的有功功和無無功功功率變變化量量△P和△Q時(shí)，則則可按按下式式計(jì)算算：式中，，R∑、X∑分別為為電網(wǎng)網(wǎng)的等等值電電阻和和電抗抗。2）在高高壓電電網(wǎng)中中，由由于X∑＞R∑，因此此可按按下式式計(jì)算算：三、電電壓波波動(dòng)和和閃變變的抑抑制抑制電電壓波波動(dòng)和和閃變變的主主要措措施有有：1、采用用合理理的接接線方方式，，對(duì)負(fù)負(fù)荷變變化劇劇烈的的大型型設(shè)備備，采采用專專用線線或?qū)Ｓ米冏儔浩髌鞴╇婋?；提提高供供電電電壓；；減少少電壓壓損失失；2、增大大供電電容量量；減減少系系統(tǒng)阻阻抗；；增加加系統(tǒng)統(tǒng)的短短路容容量等等方法法，對(duì)對(duì)抑制制電網(wǎng)網(wǎng)的電電壓波波動(dòng)和和閃變變能起起到良良好的的作用用。3、在系系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行時(shí)時(shí)，也也可以以在電電壓波波動(dòng)嚴(yán)嚴(yán)重時(shí)時(shí)減少少、甚甚至切切除引引起電電壓波波動(dòng)的的負(fù)荷荷。另外為為了減減少無無功功功率沖沖擊引引起的的電壓壓閃變變，國(guó)國(guó)內(nèi)外外普遍遍采用用一種種靜止止無功功功率率補(bǔ)償償裝置置（SVC）進(jìn)行無無功功功率補(bǔ)補(bǔ)償。。這種種裝置置在調(diào)調(diào)節(jié)的的快速速性、、功能能的多多樣性性、工工作的的可靠靠性、、投資資和運(yùn)運(yùn)行費(fèi)費(fèi)用的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性等等方面面具有有顯著著的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。。靜止無無功補(bǔ)補(bǔ)償器器由特特殊電電抗器器和電電容器器組成成，有有的是是兩者者之一一為可可控的的，有有的是是兩者者都是是可控控的，，是一一種并并聯(lián)聯(lián)聯(lián)接的的無功功功率率發(fā)生生器和和吸收收器。。近年年來，，電力力系統(tǒng)統(tǒng)中主主要應(yīng)應(yīng)用的的靜止止補(bǔ)償償器有有自飽飽和電電抗器器型（（簡(jiǎn)記記為SR）和可可控硅硅控制制電抗抗器型型(簡(jiǎn)記為為TCR)兩種。。第四節(jié)節(jié)高高次諧諧波及及其抑抑制一、高高次諧諧波的的產(chǎn)生生與危危害諧波對(duì)對(duì)幾乎乎所有有連接接于電電網(wǎng)的的電氣氣設(shè)備備都有有損害害，主主要表表現(xiàn)為為產(chǎn)生生諧波波損耗耗，使使設(shè)備備過熱熱以及及諧波波過電電壓、、加速速設(shè)備備絕緣緣老化化等。。諧波波對(duì)繼繼電保保護(hù)、、電能能計(jì)量量精度度等也也有影影響、、諧諧波還還對(duì)通通信質(zhì)質(zhì)量有有影響響。諧波是是一個(gè)個(gè)周期期電氣氣量的的正弦弦波分分量，，其頻頻率為為基波波頻率率的整整倍數(shù)數(shù)，也也稱為為高次次諧波波。系統(tǒng)中中的主主要諧諧波源源可分分為兩兩大類類：①①含半半導(dǎo)體體非線線性元元件的的諧波波源；；②含含電弧弧和鐵鐵磁非非線性性設(shè)備備的諧諧波源源。如在系系統(tǒng)和和用戶戶中存存在諧諧波干干擾，，將會(huì)會(huì)使系系統(tǒng)中中的電電壓和和電流流發(fā)生生畸變變。供供電系系統(tǒng)中中的諧諧波源源主要要是諧諧波電電流源源，諧諧波電電流通通過電電網(wǎng)將將在電電網(wǎng)阻阻抗上上產(chǎn)生生諧波波電壓壓降，，從而而導(dǎo)致致諧波波電壓壓的產(chǎn)產(chǎn)生。。二、諧諧波波的評(píng)評(píng)價(jià)估估算第h次諧波波電壓壓含有有量和和第h次諧波波電流流含有有率按按下式式計(jì)算算：諧波電電壓總總含量量UH和諧波波電流流總含含量IH按下式式計(jì)算算：式中，，Uh為第h次諧波波電壓壓（方方均根根值））；U1為基波波電壓壓（方方均根根值））；Ih第h次諧波波電流流（方方均根根值））；I1為基波電電流（方方均根值值）。電壓總諧諧波畸變變率THDu和電流總總諧波畸畸變率THDi按下式計(jì)計(jì)算：諧波電壓壓限值及及諧波電電流允許許值的規(guī)規(guī)定值可可參考GB/T14549-1993《電能質(zhì)量量公公用電網(wǎng)網(wǎng)諧波》。三、并聯(lián)聯(lián)電容器器對(duì)諧波波的放大大作用在供電系系統(tǒng)中，，并聯(lián)電電容器作作為無功功補(bǔ)償設(shè)設(shè)備已得得到了廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用。系系統(tǒng)中的的電容器器，一方方面由于于其諧波波阻抗小小，系統(tǒng)統(tǒng)高次諧諧波電壓壓會(huì)在其其中產(chǎn)生生明顯的的高次諧諧波電流流，使電電容器過過熱，嚴(yán)嚴(yán)重影響響其使用用壽命；；同時(shí)電電容器的的切入使使用也可可能引起起系統(tǒng)諧諧波嚴(yán)重重放大。。對(duì)于整流流裝置，，hmin=5，可取XLR=(5～6)%XC，對(duì)于含含有三次次諧波的的系統(tǒng)，，可取XLR=(12～13)%XC。在含有有諧波波的供供電系系統(tǒng)中中，應(yīng)應(yīng)注意意適當(dāng)當(dāng)選擇擇其電電容器器的參參數(shù)，，防止止其出出現(xiàn)過過電流流和過過電壓壓，同同時(shí)兼兼顧無無功補(bǔ)補(bǔ)償?shù)牡囊笄蠛拖C諧波放放大，，可在在電容容器支支路串串聯(lián)電電抗器器，通通過選選擇電電抗器器值使使電容容器回回路在在最低低次諧諧波頻頻率下下呈現(xiàn)現(xiàn)出感感性如如圖所所示。。四、、高高次次諧諧波波的的抑抑制制高次次諧諧波波的的抑抑制制方方法法：：1．增增加加整整流流裝裝置置的的相相數(shù)數(shù)2．裝設(shè)無源電電力諧波濾波波器無源電力諧波波濾波器由電電力電容器，，電抗器和電電阻器按一定定方式連接而而成。二階高通濾波器單調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器一階高通濾波器三階高通濾波器C形高通濾波器3．裝設(shè)有源電電力濾波器有源電力濾波波器分并聯(lián)型型和串聯(lián)型兩兩種，實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中多為并并聯(lián)型。并聯(lián)型有源電電力濾波器是是一種向電網(wǎng)網(wǎng)注入補(bǔ)償諧諧波電流，以以抵消負(fù)荷所所產(chǎn)生的諧波波電流的濾波波裝置，其主主要電路由靜靜態(tài)功率變流流器（逆變器器）構(gòu)成，故故具有半導(dǎo)體體功率變流器器的高可控性性和快速響應(yīng)應(yīng)性。諧波電流的補(bǔ)補(bǔ)償?shù)谖骞?jié)供供電系統(tǒng)的三三相不平衡一、基本概念念：在三相供電系系統(tǒng)中，當(dāng)電電流和電壓的的三相相量間間幅值不等或或相位差不為為1200時(shí)，則三相電電流和電壓不不平衡。三、危害：三相不平衡對(duì)對(duì)供用電設(shè)備備將帶來危害害。（1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)：負(fù)序電壓壓在電動(dòng)機(jī)中中產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩從而降低低了電動(dòng)機(jī)的的有用輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；負(fù)序電電壓產(chǎn)生負(fù)序序電流。（2）變壓器：變變壓器容量不不能充分利用用。（3)變流裝置：整整流裝置會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生較大的非非特征諧波，，進(jìn)一步影響響電能質(zhì)量。。二、原因：供電系統(tǒng)的三三相不平衡主主要是由三相相負(fù)荷不對(duì)稱稱所引起的。。電流和電壓壓不平衡現(xiàn)象象有短時(shí)的（（一相不對(duì)稱稱短路，斷線線等），也有有持續(xù)的（一一相非對(duì)稱運(yùn)運(yùn)行方式；以以及非對(duì)稱負(fù)負(fù)荷等）。五、三相不平平衡的補(bǔ)償：：首先將單相負(fù)負(fù)荷平衡地分分布于三相中中，同時(shí)要考考慮到用電設(shè)設(shè)備功率因數(shù)數(shù)的不同，盡盡量兼顧有功功功率與無功功功率均能分分布。在低壓壓系統(tǒng)中，各各相安裝的單單相用電設(shè)備備其各相之間間容量最大值值與最小值之之差不應(yīng)超過過15%。四、三三相不不平衡衡度：：三相不不平衡衡程度度通常常用不不平衡衡系數(shù)數(shù)表示示。式中，，εU%、εI%表示電電壓及及電流流的不不平衡衡系數(shù)數(shù)；U1、U2和I1、I2表示正正、負(fù)負(fù)序電電壓和和正、、負(fù)序序電流流。第六節(jié)節(jié)供供電電系統(tǒng)統(tǒng)的無無功功功率補(bǔ)補(bǔ)償一、功率因因數(shù)定定義1．瞬時(shí)時(shí)功率率因數(shù)數(shù)監(jiān)測(cè)負(fù)負(fù)荷用用。2．平均均功率率因數(shù)數(shù)調(diào)整電電費(fèi)用用。3．最大大負(fù)荷荷時(shí)的的功率率因數(shù)數(shù)確定需需要無無功補(bǔ)補(bǔ)償容容量用用。二、無無功補(bǔ)補(bǔ)償容容量的的確定定QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφφ-tanφ’)QN.C穩(wěn)態(tài)無無功功功率補(bǔ)補(bǔ)償設(shè)設(shè)備，，主要要有同同步補(bǔ)補(bǔ)償機(jī)機(jī)和并并聯(lián)電電容器器（自自愈式式）。。三、無無功補(bǔ)補(bǔ)償裝裝置的的選擇擇低壓并并聯(lián)電電容器器裝置置根據(jù)據(jù)負(fù)荷荷變化化相應(yīng)應(yīng)自動(dòng)動(dòng)循環(huán)環(huán)投切切的電電容器器組數(shù)數(shù)，在在無功功補(bǔ)償償容量量QN.C確定后后可根根據(jù)選選定