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电能质量基本知识
添加时间: 2013/2/23 15:41:30      浏览 3061 次    【  字体:    繁體  】
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  1 电能质量的定义

  (1)IEC(1000-2-2/4)标准:供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性。
  (2)一种简洁的定义:电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差。
 
  2 电能质量的分类
1 电能质量分类表
序号
类型
内容
1
频率偏差
电网频率的实际值和标称值之差
2
电压幅值
过电压
电压为额定值的110%~120%,持续时间大于60s
欠电压
电压为额定值的80%~90%,持续时间大于60s
电压上升
电压或电流有效值升至额定值的110%以上,典型值为额定值的110%~180%,持续时间为0.5个周波至60s
电压跌落
电压有效值降至额定值的10%~90%,持续时间为0.5个周波至60s
电压瞬变
指在一定时间间隔内两个稳态量之间的变化。电压瞬变可以是任意极性的单方向脉冲或是第一个峰值为任意极性的衰减振荡波
电压缺口
持续时间小于0.5个周波的周期性电压扰动。电压缺口主要是电力电子装置由一相换至另一相时参与换相的电路瞬时短路造成的
电压中断
在一相或多相线路中完全失去电压(低于额定值的10%)一段时间。持续时间0.5个周期至3s为瞬时中断;持续时间3s至60s为暂时中断;持续时间大于60s为持续中断
电压波动与闪变
电压波动是指电压幅值在一定范围内有规律或随机地变化。其幅值变化通常为额定值的90%~110%。这种电压波动通常称为电压闪变。闪变一词是从电压波动引起电灯的闪动得来的。在输电和配电系统中电压闪变主要是由电弧炉引起的
3
电压波形
谐波
对周期性的变流量进行傅里叶级数分解,得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量
间谐波
频率不是电源基波频率整数倍正弦分量
4
电压
不平衡度
负序分量与正序分量的方均根值百分比
5
信号电压
在电力传输线上的高频信号,用于通信和控制
 
  3 电能质量标准
2 电能质量标准
序号
标准名称
内容
1
《电能质量电力系统频率允许偏差》(GB/T15945-1995)
电力系统频率偏差允许值为0.2Hz,当系统容量较大时,偏差值可放宽到+0.5Hz~-0.5Hz
2
《电能质量供电电压允许偏差》
(GBl2325-1990)
(1)
35kY及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的正负偏差绝对值之和不超过10%
(2)
10kV及以下高压供电和低压三相用户为额定电压的+7%~-7%
(3)
220V低压单相用户为额定电压的+7%~-10%

3
《电能质量电压波动和闪变》
(GBl2326-2000)
规定了各级电压下的闪变限制值
4
《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》(GB/T18481-2001)
规定了交流电力系统中作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压要求、电气设备绝缘要求以及过电压保护方法
5
《电能质量公用电网谐波》
(GB/T14529-1993)
规定了各电压级总谐波畸变率,各单次奇次电压含有率和各单次偶次电压含有率限制值,谐波电流允许值,见表3、4
6
《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)
电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%,短时不得超过4%,每个用户不得超过1.3%
7
功率因数
(《全国供用电规则》规定)
高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户,功率因数在0.90以上;其他100KVA(KW)及以上电力用户和大中型电力排灌站,功率因数在0.85以上;农业用电,功率因数在0.80以上
 
3 注入公共连接点的谐波电流允许值
序号
标准电压(kV)
基准短路量(MVA)
谐波次数及谐波电流允许值
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 公用电网谐波电压(相电压)限值

序号
电网标称电压    (kV)
电压总谐波畸变率
(%)
各次谐波电压含有率(%)
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 电能质量问题产生的原因
 
5 电能质量问题产生的原因
序号
名称
产生原因
1
电压偏差
电流流经传输网时在其内阻抗上产生的压降所致
2
频率偏差
负荷功率波动情况下原动机输出功率的跟踪响应滞后所致
3
三相不平衡度
各相负荷的不平衡用电特性所造成
4
谐波
电网中的非线性负荷所造成
5
电压波动
负荷功率(无功)的波动产生
6
闪变
电压波动引起
  5 产生谐波的主要设备
6 产生谐波的主要设备
序号
设备
原因
1
晶闸管
整流设备
由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。我们知道,晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%,这是最大的谐波源。
2
变频装置
变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中,由于采用了相位控制,谐波成份很复杂,除含有整数次谐波外,还含有分数次谐波,这类装置的功率一般较大,随着变频调速的发展,对电网造成的谐波也越来越多。
3
电弧炉
电石炉
由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料,使得燃烧不稳定,引起三相负荷不平衡,产生谐波电流,经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2、 7次的谐波,平均可达基波的8% 、20%,最大可达45%。
4
气体放电
类电光源
荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性,可知其非线性十分严重,有的还含有负的伏安特性,它们会给电网造成奇次谐波电流。
5
家用电器
电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等,因具有调压整流装置,会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中,因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小,但数量巨大,也是谐波的主要来源之一。
  6 谐波的危害
7 谐波造成的主要危害
序号
危害
主要体现
1
增加损耗
电流谐波增加铜损,电压谐波增加铁损,由此增加了变压器和传输导线的损耗,浪费电能,并且还降低了变压器的容量。
2
影响设备绝缘
降低设备寿命
谐波引起变压器、电动机和传输导线的温度上升,破坏绝缘,降低寿命。
3
烧坏设备
由于电容器在设计时规定其最大电流只允许35%的超载,但实际运转时,因为谐波的影响,以致常发生严重过载,造成电容器鼓肚或爆炸。电路板由于对电源要求比较高,由于谐波经常使其烧坏。
4
污染电网
未经治理的电流谐波,会注入到公共电网中,造成谐波对电网的污染,不只增加电网损耗,还使其他用户受到谐波影响。
5
影响生产稳定造成生产故障
对于生产设备精密、自动化水平高的生产线,比如工厂的精密生产线,谐波经常破坏其稳定性,引起生产故障,使生产被迫停止,造成极大的经济损失。
6
影响计量准确
干扰指示仪表
电能表等计量仪表,因谐波而造成感应转盘产生额外的电磁转矩,引起误差,降低精确度。在谐波严重畸变情况下,指示仪表的误差变大,对同一有效值的指示会明显下降。
7
干扰通信
谐波通过电磁感应干扰通信,使其发生噪声或信号丢失。通常2000~5000Hz谐波引起通信噪声,1000Hz以上的谐波导致电话回路误动。
 
8 谐波对设备仪器的危害
序号
设备、仪器
危害
1
变压器
增加损耗,温度升高,容量降低,寿命降低
2
电动机
增加额外发热,影响绝缘,降低寿命,甚至烧毁
3
传输导线
增加线损,过热影响绝缘,甚至发生火灾
4
电容器
鼓肚,烧毁
5
继电保护
误动作
6
自动装置
误动作
7
互感器
造成误差,影响测试结果,损坏
8
计量仪表
影响计量准确性
9
指示仪表
造成指示误差
10
电路板
烧毁
11
电视机
图像畸变,画面及亮度发生变化,甚至图像翻滚
12
计算机
计算错误,程序运行出格
13
照明灯
过热甚至造成损害,产生闪烁,引起人眼不适
14
生产线
发生故障,造成停产
15
通信系统
产生噪声,降低通信质量,信号丢失
16
电网
增加损耗,影响其他用户
      附:谐波对电度表的具体影响
      研究表明,感应式电度表对高次谐波有负的频率误差,而电子式电度表的频响特性一般较好。但由于谐波功率在谐波源负荷 (如整流器)中和基波频率流向相反,因此对这类用户电度计量将偏小;反之,对于一般线性负荷,电度计量 大体上等于基 波和谐波电度之和,故谐波电度增加了这些用户的电费支出。
 
  7 谐波的治理效果
9 治理谐波的效果表
序号
效果
具体体现
1
降低损耗
达到节能减排效果
降低了整个用电系统输送电设备、用电设备特别是变压器、传输导线和电机的电能损耗,综合节能率达3%以上,这对耗电大的烟厂相当可观。
2
减少生产故障
增加经济效益
由于许多企业生产工艺精细,生产线自动化程度高,故对电能质量要求非常严格。如果某条生产线因故障而停止生产,其损失将十分大的。通过对电能质量治理以后,每年因故障而造成停止生产的次数可以大大降低,这就减少了因停产而造成的经济损失。
3
增强系统稳定性
提高生产效率
因为谐波使得烟厂生产线上的电动机经常发生抖动,使得切割、卷接和传输等很不稳定,严重影响生产效率。通过谐波治理后,基本上不会存在这种问题,极大提高了生产效率。
4
优化设备运行
延长设备寿命
解决了因谐波造成变压器、电机和导线等过热的问题,防止绝缘损害,使设备寿命大大延长。例如变压器,其绕组温度在额定温度的基础上,每升高8℃,变压器的使用寿命就缩短1/2。而谐波是变压器温升的主要因素之一。故治理谐波对延长变压器寿命效果非常大。
5
降低设备故障率
减少设备维修费用
减少设备故障率,从而减少购买零件费用和人工维修费用。
6
消除干扰
提高通信质量
降低现场通信线路所受的干扰和信号的丢失,避免计算机因电能质量问题而造成的突然死机。降低电话通话时受到的噪声干扰。
7
提高计量和
指示仪表准确性
消除了谐波对计量和指示仪表的影响,保证计量和指示仪表工作在设置的精度等级内。
8
达到综合
治理效果
通过对电能质量问题的治理,实现了对电力系统供电电压、供电电流以及功率因数、谐波等电能指标综合管理,达到整体用电系统的治理效果,同时达到国家电能质量指标的要求。
  8 谐波的治理方法
     目前治理谐波的方法有两种,分别是安装无源率波器和安装有源滤波器,表11是两种滤波器的对比。
10 无源率波和有源滤波的方法对比 

名称
定义
优点
缺点
无源滤波器
又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻组合设计构成的电路,可滤除多次或一次谐波
结构简单,维护方便,容量大,成本低
只能滤除次数固定的谐波
有源滤波器
是一种动态抑制谐波,补偿无功的电力电子装置
可对大小和频率都变的谐波和变化的无功进行补偿
结构较复杂
维修较麻烦
成本比较高

 

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