供配電技術(shù) 第9章 節(jié)約用電與電力諧波

第9章節(jié)約用電與電力諧波內(nèi)容提要：節(jié)約電能密切相關(guān)的重要技術(shù)指標有電力（電力荷率）、電量、功率因數(shù)與電力諧波含量等。主要的無功補償手段有：電力電容器補償靜止補償裝置進相機補償串聯(lián)補償?shù)取ｋ娏χC波及補償濾波措施。19.1

節(jié)約用電9.1.1節(jié)約用電的一般知識

1.節(jié)約用電的意義電力資源是進行生產(chǎn)建設(shè)的主要能源，在發(fā)展生產(chǎn)的同時，注意能源的節(jié)約。

2.實行計劃用電的必要性電力生產(chǎn)的特殊性決定了必須實行計劃用電。

3.節(jié)約用電工作的重要性29.1.2電力用戶企業(yè)中的電能節(jié)約

節(jié)約電能重要技術(shù)指標是：電力（電力負荷率）、電量、功率因數(shù)與電力諧波含量。1.電力（電力負荷率）限制最大負荷，減小電力負荷曲線的峰谷差，可使電力系統(tǒng)的發(fā)、變電設(shè)備得到充分利用。平穩(wěn)的負荷曲線將使配、變電設(shè)備及電網(wǎng)中的電能損耗為最小。設(shè)備的利用情況及其電能損耗的重要技術(shù)指標是負荷率α。3提高負荷率、降低最大負荷的技術(shù)措施有：電力用戶全面節(jié)能以降低最大負荷。在不違反生產(chǎn)規(guī)律的條件下，通過改變某些關(guān)鍵的大型用電設(shè)備或生產(chǎn)工序的開工時間以降低最大負荷。加強自動控制及自動檢測，使關(guān)鍵用電設(shè)備工作在負荷曲線的低谷時間。42.

電能質(zhì)量

單位產(chǎn)品的耗電定額，供電系統(tǒng)中變、配電設(shè)備及線路上的電能損耗是合理節(jié)約電能的重要指標。

(1)利用工業(yè)余熱發(fā)電供熱。

(2)改進舊設(shè)備，提高效率及性能。

(3)縮短生產(chǎn)周期，增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量。

(4)減少工序和壓縮每道工序所需時間。

5

(5)改善工藝，改進操作。

(6)加強設(shè)備維修，減少機械磨損。

(7)減少工業(yè)用氣、用風(fēng)、用水的漏失。

(8)采用新技術(shù)、新工藝。

(9)在供電系統(tǒng)中采取措施節(jié)約電能，如減少電力用戶變壓器及線路損耗，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)等。

(10)在確保安全基礎(chǔ)采用經(jīng)濟運行方式。

69.1.3功率因數(shù)功率因數(shù)是供、配電環(huán)節(jié)中節(jié)能的一項重要技術(shù)措施，供電部門實際上是要求電力用戶的均權(quán)功率因數(shù)不得低于《全國供用電規(guī)則》的規(guī)定。均權(quán)功率因數(shù)又稱月平均功率因數(shù)，是以有功電能和無功電能為參數(shù)計算得到的功率因數(shù)，其計算公式為7例9-1某材料加工廠全年用電量為：有功電能450萬度，感性無功電能230萬度，容性無功電能50萬度，請計算該廠的年平均計算負荷和平均功率因數(shù)。解

:該廠年平均負荷為：根據(jù)式（9-1）可得平均功率因數(shù)為：89.2供配電系統(tǒng)的無功補償9.2.1電力用戶的功率因數(shù)及對供電系統(tǒng)的影響在電力用戶供電系統(tǒng)中，絕大多數(shù)用電設(shè)備都具有電感的特性。這些設(shè)備從電力系統(tǒng)吸收有功功率，還吸收無功功率以產(chǎn)生這些設(shè)備正常工作所必需的交變磁場。在輸送有功功率一定的情況下，無功功率增大，就會降低供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

功率因數(shù)是衡量電力用戶供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個具有代表性的重要指標。91.電力用戶供電系統(tǒng)中常用的功率因數(shù)（1）瞬時功率因數(shù)

（2）均權(quán)平均功率因數(shù)

（3）自然功率因數(shù)（4）總功率因數(shù)

102.

功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響

當供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大，即供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低將會引起：（1）系統(tǒng)中輸送的總電流增加，使得供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，因而增大了初投資費用。（2）由于無功功率的增大而引起的總電流的增加，使得設(shè)備及供電線路的有功功率損耗相應(yīng)地增大。11（3）由于供電系統(tǒng)中的電壓損失正比于系統(tǒng)中流過的電流，因此總電流增大，使得供電系統(tǒng)電壓損失增加。（4）對發(fā)電設(shè)備，無功電流的增大，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁電流增加，電壓降低，過度增大激磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過允許范圍，為了保證轉(zhuǎn)子繞組的正常工作，發(fā)電機就不能達到預(yù)定的出力。此外原動機的出力是以有功功率衡量的，當發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，無功功率的增加，導(dǎo)致原動機的出力相對降低。129.2.2提高供配電系統(tǒng)的自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)的方法是通過降低各用電設(shè)備所需的無功功率來改善其功率因數(shù)，主要包括以下幾方面:

正確選用異步電動機的型號和容量電力變壓器不宜輕載運行適當采用同步電動機輕載繞線式異步電動機同步化運行139.2.3采用電力電容器無功補償提高功率因數(shù)的方法

用電力電容器作無功補償以提高功率因數(shù)，其電力電容器的補償容量可用下式確定：

在計算補償用電力電容器容量和個數(shù)時，應(yīng)考慮到實際運行電壓可能與額定電壓不同（實際運行電壓只能低于或等于額定電壓），電容器能補償?shù)膶嶋H容量應(yīng)按下式進行換算：

149.2.4并聯(lián)電容的裝設(shè)地點用戶處的電容器補償方式可分為就地補償、分組（分散）補償和集中補償三種。15

高壓集中補償

這種方式是在地面變電所6~10kV母線上集中裝設(shè)移相電容器組。

低壓成組補償

把低壓電容器組或無功功率自動補償裝置裝設(shè)在車間動力變壓器低壓母線上。

分散就地補償

將電容器組分別裝設(shè)在各組用電設(shè)備或單獨的大容量電動機處。

169.2.5

靜止補償提高功率因數(shù)的方法

①校正動態(tài)無功負荷的功率因數(shù)；②改善電壓調(diào)整；③提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩；④降低過電壓；⑤穩(wěn)定母線電壓，減少電壓閃爍，提高電壓質(zhì)量；⑥阻尼次同步振蕩；⑦減少電壓和電流的不平衡。17

1.晶閘管控制電抗器（TCR）TCR的基本原理圖TCR的三相接線形式18

2.晶閘管投切電容器（TSC）TSC的基本原理圖TSC的基本原理圖193.復(fù)合開關(guān)投切電容器

實現(xiàn)電壓過零導(dǎo)通和電流過零切斷。適用于對低壓無功補償電容器的通斷控制，由于投切電容無沖擊電流，可實現(xiàn)快速無功補償。基本工作原理是將晶閘管與磁保持繼電器并接，使復(fù)合開關(guān)在接通和斷開的瞬間具有晶閘管過零投切的優(yōu)點，而在正常接通期間又具有接觸器無功耗的優(yōu)點。其原理見圖

復(fù)合開關(guān)原理圖

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4.靜止無功發(fā)生器（SVG）

SVG通常分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路，電路的直流側(cè)分別接電容和電感兩種不同的儲能元件。在交流側(cè)，對電壓型橋式電路，還需要串聯(lián)電感才能并入電網(wǎng)；對電流型橋式電路，則需并聯(lián)上電容器，以吸收換相產(chǎn)生的過電壓。目前，大多數(shù)采用電壓型橋式電路，簡稱其為SVG。SVG的電路基本結(jié)構(gòu)215.進相機補償進相機是一種用來對繞線式異步電動機進行就地?zé)o功補償?shù)墓?jié)電裝置，有自激式和它激式兩種。進相機的基本工作原理是在電動機的轉(zhuǎn)子回路中，增加一個導(dǎo)前于轉(zhuǎn)子主電勢90o的附加電勢，從而使電動機的功率因數(shù)得到改善。這里主要介紹自激式進相機。自激式進相機結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、無需定子。進相機接入繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路運行時的接線如圖：1M一繞線式異步電動機；2M一進相機拖動電機；FZ一進相機進相機接線示意圖226.調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流進行無功補償7.串聯(lián)補償串聯(lián)補償裝置示意圖239.3電力諧波及補償濾波措施9.3.1電力諧波及其性質(zhì)1．諧波的含義和性質(zhì)國際上公認的諧波含義是：“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倍數(shù)?！庇捎谥C波的頻率是基波的整數(shù)倍數(shù)，因此也常稱它為高次諧波。242．電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因及諧波源(1)供電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負荷的非線性，即所加的電壓與產(chǎn)生的電流不成線性關(guān)系而造成的波形的畸變。(2)電力系統(tǒng)諧波源①系統(tǒng)中的各種非線性用電設(shè)備。②供電系統(tǒng)本身存在的非線性元件是諧波的又一來源。③如熒光燈、家用電器等。④發(fā)電機發(fā)出的諧波電勢。253.諧波對電氣設(shè)備的影響和危害諧波的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)諧波對旋轉(zhuǎn)電機的影響(2)對無功補償電容器引起諧振或諧波電流的放大(3)對供電網(wǎng)和導(dǎo)線增加電網(wǎng)的損耗(4)對繼電保護、自動控制裝置和計算機產(chǎn)生干擾和造成誤動作(5)造成電能計量的誤差(6)諧波電流在高壓架空線路上的流動帶來的問題(7)對斷路器和熔斷器的影響269.3.2有源補償濾波理論有源補償濾波理論就是：如果負載中無功能量不與電網(wǎng)交換，即電網(wǎng)不給負載提供無功功率，那么電網(wǎng)就只需給負載提供與電網(wǎng)同頻同相的理想電流，從而達到補償和濾波的雙重目的。27有源無功補償濾波系統(tǒng)的構(gòu)成電源、負載和補償濾波器的電流方向如圖有源無功補償濾波系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖289.3.3供電系統(tǒng)中諧波抑制的方法抑制諧波的方法可分為：補償?shù)姆椒ㄔO(shè)置LC濾波器有源濾波器等改造諧波源的方法設(shè)法提高電力系統(tǒng)中主要的諧波源（即整流裝置）的相數(shù)采用高功率因數(shù)整流器等。299.3.4電力諧波諧振與無功補償

諧振是交流電路的一種特定工作狀況，在由電阻、電感和電容組成的電路中，當電壓相量與電流相量同相時，就稱這一電路發(fā)生了諧振。

1.功率因數(shù)的進一步討論

2.電力電容器的作用

3.諧波治理與無功補償裝置關(guān)系的分析30小結(jié)1.功率因數(shù)包括：（1）瞬時功率因數(shù)：其瞬時值可由功率因數(shù)表測得31

（2）均權(quán)平均功率因數(shù)：均權(quán)平均功率因數(shù)是指某一規(guī)定時間內(nèi)功率因數(shù)的平均值。（3）自然功率因（4）總功率因數(shù)

322.

功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響當供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大，即供電系統(tǒng)的