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電能質量基本知識
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  1 電能質量的定義

  (1)IEC(1000-2-2/4)標準:供電裝置正常工作情況下不中斷和幹擾用戶使用電力的物理特性。
  (2)一種簡潔的定義:電壓或電流的幅值、頻率、波形等參量距規定值的偏差。
 
  2 電能質量的分類
1 電能質量分類表
序號
類型
內容
1
頻率偏差
電網頻率的實際值和標稱值之差
2
電壓幅值
過電壓
電壓為額定值的110%~120%,持續時間大於60s
欠電壓
電壓為額定值的80%~90%,持續時間大於60s
電壓上升
電壓或電流有效值升至額定值的110%以上,典型值為額定值的110%~180%,持續時間為0.5個周波至60s
電壓跌落
電壓有效值降至額定值的10%~90%,持續時間為0.5個周波至60s
電壓瞬變
指在一定時間間隔內兩個穩態量之間的變化。電壓瞬變可以是任意極性的單方向脈衝或是第一個峰值為任意極性的衰減振蕩波
電壓缺口
持續時間小於0.5個周波的周期性電壓擾動。電壓缺口主要是電力電子裝置由一相換至另一相時參與換相的電路瞬時短路造成的
電壓中斷
在一相或多相線路中完全失去電壓(低於額定值的10%)一段時間。持續時間0.5個周期至3s為瞬時中斷;持續時間3s至60s為暫時中斷;持續時間大於60s為持續中斷
電壓波動與閃變
電壓波動是指電壓幅值在一定範圍內有規律或隨機地變化。其幅值變化通常為額定值的90%~110%。這種電壓波動通常稱為電壓閃變。閃變一詞是從電壓波動引起電燈的閃動得來的。在輸電和配電係統中電壓閃變主要是由電弧爐引起的
3
電壓波形
諧波
對周期性的變流量進行傅裏葉級數分解,得到頻率為大於1的整數倍基波頻率的分量
間諧波
頻率不是電源基波頻率整數倍正弦分量
4
電壓
不平衡度
負序分量與正序分量的方均根值百分比
5
信號電壓
在電力傳輸線上的高頻信號,用於通信和控製
 
  3 電能質量標準
2 電能質量標準
序號
標準名稱
內容
1
《電能質量電力係統頻率允許偏差》(GB/T15945-1995)
電力係統頻率偏差允許值為0.2Hz,當係統容量較大時,偏差值可放寬到+0.5Hz~-0.5Hz
2
《電能質量供電電壓允許偏差》
(GBl2325-1990)
(1)
35kY及以上供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的正負偏差絕對值之和不超過10%
(2)
10kV及以下高壓供電和低壓三相用戶為額定電壓的+7%~-7%
(3)
220V低壓單相用戶為額定電壓的+7%~-10%

3
《電能質量電壓波動和閃變》
(GBl2326-2000)
規定了各級電壓下的閃變限製值
4
《電能質量暫時過電壓和瞬態過電壓》(GB/T18481-2001)
規定了交流電力係統中作用於電氣設備的暫時過電壓和瞬態過電壓要求、電氣設備絕緣要求以及過電壓保護方法
5
《電能質量公用電網諧波》
(GB/T14529-1993)
規定了各電壓級總諧波畸變率,各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率限製值,諧波電流允許值,見表3、4
6
《電能質量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)
電力係統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2%,短時不得超過4%,每個用戶不得超過1.3%
7
功率因數
(《全國供用電規則》規定)
高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶,功率因數在0.90以上;其他100KVA(KW)及以上電力用戶和大中型電力排灌站,功率因數在0.85以上;農業用電,功率因數在0.80以上
 
3 注入公共連接點的諧波電流允許值
序號
標準電壓(kV)
基準短路量(MVA)
諧波次數及諧波電流允許值
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
0.38
10
78
62
39
62
26
44
19
21
16
28
13
24
11
12
9.7
18
8.6
16
7.8
2
6
100
43
34
21
34
14
24
11
11
8.5
16
7.1
13
6.1
6.8
5.3
10
4.7
9.0
4.3
3
10
100
26
20
13
20
8.5
15
6.4
6.8
5.1
9.3
4.3
7.9
3.7
4.1
3.2
6.0
2.8
5.4
2.6
4
35
250
15
12
7.7
12
5.1
8.8
3.8
4.1
3.1
5.6
2.6
4.7
2.2
2.5
1.9
3.6
1.7
3.2
1.5
5
66
500
16
13
8.1
13
5.4
9.3
4.1
4.3
3.3
5.9
2.7
5.0
2.3
2.6
2.0
3.8
1.8
3.4
1.6
6
110
750
12
9.6
6.0
9.6
4.0
6.8
3.0
3.2
2.4
4.3
2.0
3.7
1.7
1.9
1.5
2.8
1.3
2.5
1.2

4 公用電網諧波電壓(相電壓)限值

序號
電網標稱電壓    (kV)
電壓總諧波畸變率
(%)
各次諧波電壓含有率(%)
奇此
偶次
1
0.38
5.0
4.0
2.0
2
6
4.0
3.2
1.6
10
3
35
3.0
2.4
1.2
66
4
110
2.0
1.6
0.8
 
  4 電能質量問題產生的原因
 
5 電能質量問題產生的原因
序號
名稱
產生原因
1
電壓偏差
電流流經傳輸網時在其內阻抗上產生的壓降所致
2
頻率偏差
負荷功率波動情況下原動機輸出功率的跟蹤響應滯後所致
3
三相不平衡度
各相負荷的不平衡用電特性所造成
4
諧波
電網中的非線性負荷所造成
5
電壓波動
負荷功率(無功)的波動產生
6
閃變
電壓波動引起
  5 產生諧波的主要設備
6 產生諧波的主要設備
序號
設備
原因
1
晶閘管
整流設備
由於晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方麵得到了越來越廣泛的應用,給電網造成了大量的諧波。和记娱乐知道,晶閘管整流裝置采用移相控製,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。
2
變頻裝置
變頻裝置常用於風機、水泵、電梯等設備中,由於采用了相位控製,諧波成份很複雜,除含有整數次諧波外,還含有分數次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調速的發展,對電網造成的諧波也越來越多。
3
電弧爐
電石爐
由於加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩定,引起三相負荷不平衡,產生諧波電流,經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2、 7次的諧波,平均可達基波的8% 、20%,最大可達45%。
4
氣體放電
類電光源
熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬於氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性,可知其非線性十分嚴重,有的還含有負的伏安特性,它們會給電網造成奇次諧波電流。
5
家用電器
電視機、錄像機、計算機、調光燈具、調溫炊具等,因具有調壓整流裝置,會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的設備中,因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小,但數量巨大,也是諧波的主要來源之一。
  6 諧波的危害
7 諧波造成的主要危害
序號
危害
主要體現
1
增加損耗
電流諧波增加銅損,電壓諧波增加鐵損,由此增加了變壓器和傳輸導線的損耗,浪費電能,並且還降低了變壓器的容量。
2
影響設備絕緣
降低設備壽命
諧波引起變壓器、電動機和傳輸導線的溫度上升,破壞絕緣,降低壽命。
3
燒壞設備
由於電容器在設計時規定其最大電流隻允許35%的超載,但實際運轉時,因為諧波的影響,以致常發生嚴重過載,造成電容器鼓肚或爆炸。電路板由於對電源要求比較高,由於諧波經常使其燒壞。
4
汙染電網
未經治理的電流諧波,會注入到公共電網中,造成諧波對電網的汙染,不隻增加電網損耗,還使其他用戶受到諧波影響。
5
影響生產穩定造成生產故障
對於生產設備精密、自動化水平高的生產線,比如工廠的精密生產線,諧波經常破壞其穩定性,引起生產故障,使生產被迫停止,造成極大的經濟損失。
6
影響計量準確
幹擾指示儀表
電能表等計量儀表,因諧波而造成感應轉盤產生額外的電磁轉矩,引起誤差,降低精確度。在諧波嚴重畸變情況下,指示儀表的誤差變大,對同一有效值的指示會明顯下降。
7
幹擾通信
諧波通過電磁感應幹擾通信,使其發生噪聲或信號丟失。通常2000~5000Hz諧波引起通信噪聲,1000Hz以上的諧波導致電話回路誤動。
 
8 諧波對設備儀器的危害
序號
設備、儀器
危害
1
變壓器
增加損耗,溫度升高,容量降低,壽命降低
2
電動機
增加額外發熱,影響絕緣,降低壽命,甚至燒毀
3
傳輸導線
增加線損,過熱影響絕緣,甚至發生火災
4
電容器
鼓肚,燒毀
5
繼電保護
誤動作
6
自動裝置
誤動作
7
互感器
造成誤差,影響測試結果,損壞
8
計量儀表
影響計量準確性
9
指示儀表
造成指示誤差
10
電路板
燒毀
11
電視機
圖像畸變,畫麵及亮度發生變化,甚至圖像翻滾
12
計算機
計算錯誤,程序運行出格
13
照明燈
過熱甚至造成損害,產生閃爍,引起人眼不適
14
生產線
發生故障,造成停產
15
通信係統
產生噪聲,降低通信質量,信號丟失
16
電網
增加損耗,影響其他用戶
      附:諧波對電度表的具體影響
      研究表明,感應式電度表對高次諧波有負的頻率誤差,而電子式電度表的頻響特性一般較好。但由於諧波功率在諧波源負荷 (如整流器)中和基波頻率流向相反,因此對這類用戶電度計量將偏小;反之,對於一般線性負荷,電度計量 大體上等於基 波和諧波電度之和,故諧波電度增加了這些用戶的電費支出。
 
  7 諧波的治理效果
9 治理諧波的效果表
序號
效果
具體體現
1
降低損耗
達到節能減排效果
降低了整個用電係統輸送電設備、用電設備特別是變壓器、傳輸導線和電機的電能損耗,綜合節能率達3%以上,這對耗電大的煙廠相當可觀。
2
減少生產故障
增加經濟效益
由於許多企業生產工藝精細,生產線自動化程度高,故對電能質量要求非常嚴格。如果某條生產線因故障而停止生產,其損失將十分大的。通過對電能質量治理以後,每年因故障而造成停止生產的次數可以大大降低,這就減少了因停產而造成的經濟損失。
3
增強係統穩定性
提高生產效率
因為諧波使得煙廠生產線上的電動機經常發生抖動,使得切割、卷接和傳輸等很不穩定,嚴重影響生產效率。通過諧波治理後,基本上不會存在這種問題,極大提高了生產效率。
4
優化設備運行
延長設備壽命
解決了因諧波造成變壓器、電機和導線等過熱的問題,防止絕緣損害,使設備壽命大大延長。例如變壓器,其繞組溫度在額定溫度的基礎上,每升高8℃,變壓器的使用壽命就縮短1/2。而諧波是變壓器溫升的主要因素之一。故治理諧波對延長變壓器壽命效果非常大。
5
降低設備故障率
減少設備維修費用
減少設備故障率,從而減少購買零件費用和人工維修費用。
6
消除幹擾
提高通信質量
降低現場通信線路所受的幹擾和信號的丟失,避免計算機因電能質量問題而造成的突然死機。降低電話通話時受到的噪聲幹擾。
7
提高計量和
指示儀表準確性
消除了諧波對計量和指示儀表的影響,保證計量和指示儀表工作在設置的精度等級內。
8
達到綜合
治理效果
通過對電能質量問題的治理,實現了對電力係統供電電壓、供電電流以及功率因數、諧波等電能指標綜合管理,達到整體用電係統的治理效果,同時達到國家電能質量指標的要求。
  8 諧波的治理方法
     目前治理諧波的方法有兩種,分別是安裝無源率波器和安裝有源濾波器,表11是兩種濾波器的對比。
10 無源率波和有源濾波的方法對比 

名稱
定義
優點
缺點
無源濾波器
又稱LC濾波器,是利用電感、電容和電阻組合設計構成的電路,可濾除多次或一次諧波
結構簡單,維護方便,容量大,成本低
隻能濾除次數固定的諧波
有源濾波器
是一種動態抑製諧波,補償無功的電力電子裝置
可對大小和頻率都變的諧波和變化的無功進行補償
結構較複雜
維修較麻煩
成本比較高

 

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