电力质量技术与治理.docx

我们在生活和生产中曾经碰到过诸如下面0¾某些问题: 电容赔偿装置不能正常运行：电容常常坏,老是烧保险,接触器换了一批又一批 主开关常常跳闸:影响正常生产,损失大把现金啊收到供电局的电费单一看,其中有一项是功率调整电费,又多花了不少钱,心疼 变压器容量不小，负载也不太大，怎么容量还是不够,增容费用很高，又要掏银子 电压总是不稳定 哪里来的干扰,计算机都不能正常工作 日光灯不停的闪烁，镇流器也烧毁了 自动控制装置不再听话，常常误动作 烧电机 自动化设备B¾控制系统常常出故障 供电企业说我们谐波超标,给我们开了一张限期整改告知单 上了赔偿滤波装置（高压侧），变压器温升怎么还这样高呀以上这些均由电力质量问题引起，电能是现代人类生产和生活中使用时最普遍也最不可或缺的能源形式。电能0质量问题直接关系到整个社会B进步与发展。假如您的配电设备常常出现故障,请您关注电能质量（谐波）问题;假如您的电费单中有功率调整电费,请您关注智能无功赔偿技术!有关电能质量问题电能可以以便B¾通过多种不一样0¾用电器以便、高效率、可靠的转换成机械能、热能、光能、化学能等形式以供消费。一、理想日勺电能供应形式在理想0¾电力系统中，电能是以单一恒定的J频率(50HZ或60HZ)和正弦波形，按规定的电压水平向顾客供电，即理想的电能供应形式应满足： 单一恒定0电网标称频率50Hz：功率平衡，不中断 规定的若干电压等级配电系统一般为IIokV,35kV,IOkV,380V/220V 理想的正弦波形电压电流同相位，无其他频率成分 三相系统的平衡幅度相似，相位互差120度。二、实际导致供电模式非理想的原因电能质量(PoWerQuaIity-PQ)就是指电能I的优劣程度，电能质量问题就是导致设备不能正常工作B¾多种电力问题，即任何出现0电压、电流以及频率偏移导致的顾客设备损坏或运行不正常的电能问题。一般导致供电波形不理想的原因为：电力供应方的原因/设备原因/技术原因/管理原因电力顾客方的原因/非线性负荷：如整流器、逆变器、静止无功赔偿装置、变频器、高压直流输电设备等；/冲击性负荷：如电弧炉、轧机等；/负荷不平衡：如电力机车 外在原因：/自然灾害，雷电、风雪、鸟害/人为原因，恐怖活动三、电能质量问题分类电能质量问题一般可以分为如下几类： 供电中断； 电压偏差； 频率偏差；三相不平衡; 电力谐波（这是所有电能质量问题中最常见0一种）； 电压波动与闪变； 电压暂降与暂升；电能质量指公用电网对电力顾客的供电电压质量和电力顾客对公用电网的干扰水平。公用电网对电力顾客0供电电压质量一般用电压频率、谐波电压、电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、电压凹陷、电压凸起、电压中断、电压脉冲和振荡等参数描述。电力顾客对公用电网的干扰水平一般用谐波电流、无功波动、有功冲击、三相不平衡功率等参数描述。四、波形畸变实际上，系统中存在诸多非线性负荷导致了电压电流波形发生畸变。下图给出了非线性电阻引起电流畸变0原理图.i(t)非线性电阻非线性电阻引起的电流畸变根据傅立叶分析可以懂得，非正弦波可以分解为一种基波频率0正弦波和多种整数倍基波频率的正弦波之和，这些整数倍基波频率的正弦波就是我们所说的谐波。即：A五、电能质量问题带来日勺危害1、谐波对多种设备的危害(1)变压器：电流谐波将增长铜损、铁损，使变压器温度上升，影响其绝缘能力，并导致容量裕度减小。谐波也也许引起变压器绕组及线间电容之间0共振,及引起铁心磁通饱和或歪斜，而产生噪声。（2）电动机：输出谐波对电动机的影响重要有，引起电动机发热，导致电动机的额外升温，电动机往往要降额使用，由于输出波形失真，增长电动机的反复峰值电压，影响电动机的绝缘，谐波还会引起电动机转矩脉动，以及噪声增长。（3）电力电容器组：一般电容器的原则规范最大电流只容许35%的超载,但实际运转时，由于谐波0影响，常发生严重过载。因而导致过热、增长介电质B¾应力，会发生振动短路、过电流及产生噪声。（4）开关设备：由于谐波电流时存在，开关设备在起动瞬间产生很高di/dt的电流变化率，致使增长暂态恢复电压的峰值，以致破坏绝缘。（5）保护电器：电流中具有谐波,必产生额外的转矩,变化电器的动作特性,以致引起误动作。（6）计量仪表：电能表等计量仪表，因谐波而会导致感应转盘产生额外0电磁转矩，引起误差，减少精确度。（7）电力电子设备：在多种场所，电子设备常会产生谐波的电流源，且很轻易感受谐波失真而误动作。（8）其他尚有如照明设备、通信设备、电视及音响设备、电脑设备、载频遥控设备等都轻易受谐波的干扰而影响其正常的工作或减少其使用寿命。2.电压偏差的危害（1）对用电设备的危害用电设备设计在额定电压时性能最佳、效率最高、发生电压偏差时、其性能和效率都会减少，又得还会减少使用寿命。电压偏差超过一定范围，设备会由于电压或过电流而损坏。1 2）对电网稳定、经济运行的危害交流输电有个同步运行稳定问题，输电线的输送功率受稳定极限的限制，尤其是小扰动下的静态稳定功率极限与电网运行电压有很大的关系，电压越低，功率极限超低，越是轻易发生不稳定现象。电网缺乏无功功率，运行电压低，有也许产生电压不稳定现象，导致电网电压瓦解。同步运行稳定0破坏或电压不稳定都是严重B¾电力系统事故，会导致大量负荷停电及系统瓦解等十分严重0¾后果。电网电压过低或无功功率远距离流动，都会增大电网的线损（有功功率损耗），提高了用电成本。3 .频率偏差对系统和用电设备的影响（1）对用电负荷的影响/产品质量没有保障。/减少劳动生产率。/使电子设备不能正常工作，甚至停止运行。（2）对系统的影响/减少发电机组效率，严重时也许引起系统频率瓦解或电压瓦解。/汽轮机在低频下运行时轻易产生叶片共振，导致叶片疲劳损伤和断裂。/处在低频率系统中B¾异步电动机和变压器其主磁通会增长，励磁电流也就随之加大，系统所需无功功率大为增长，导致系统电压水平减少，给系统电压调整带来困难。/无功赔偿用电容器B¾赔偿容量与频率成正比。/频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。研究表明：频率变化1%,感应式电能表的计量误差约增大0.1%。频率加大，感应式电能表将少计电量。（3）频率的变化还也许引起系统中滤波器的失谐和电容器组发出的无功功率变化。4 .三相不平衡的危害和影响三相不平衡是指三相电源各相0¾电压不对称。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。发生三相不平衡即与顾客负荷特性有关，同步与电力系统卧J规划、负荷分派也有关。电能质量三相电压容许不平衡度（GB/T15543T995）合用于交流额定频率为50赫兹。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起日勺PCC点连接点的电压不平衡。该原则规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度容许值为2%,短时间不得超过4%0（1）对变压器日勺危害。在生产、生活用电中，三相负载不平衡时，使变压器处在不对称运行状态。导致变压器的损耗增大（包括空载损耗和负载损耗）。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会导致变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。（2）对用电设备日勺影响。三相电压不平衡B¾发生将导致到达数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增长，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增力口，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间0不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增长设备维护的成本。断路器容许电流的余量减少，当负载变更或交替时轻易发生超载、短路现象。中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。（3）对线损的影响。三相四线制结线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻0¾状况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻,而第三相0负荷为平均负荷B状况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重0¾状况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分派状况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。一般状况下，在小电流电路中，前面的塑料外壳断路器（装置式空气断路器）不会跳开。但在三相不平衡电流的任意相数值超过空气断路器的整定值时，断路器会跳开。5 .电压波动与闪变由于电力系统中存在着许多冲击性负荷，在运行过程中频繁地从系统取用迅速变动电能，出现冲击性功率变化，导致公共连接点（PeC）电压在短时间内急剧变动，并且明显偏离标称电压值，即产生了电压波动。虽然电压波动会引起部分电气设备不能正常工作，不过由于实际运行中出现的电压波动值往往不不小于电气设备对电压敏感度门槛值，可以说由于电压波动使得电气设备运行出现问题甚至损坏的状况并不多见。不过在办公、商用和民用建筑的照明电光源中，白炽灯占有相称大0¾比例，白炽灯0光功率与电源电压0平方成正比，因此受电压波动影响最大。当白炽灯电源的电压波动在10%左右,并且当反复变动频率在515Hz时，就也许导致令人烦恼的灯光闪烁。这种由于电光源0电压波动导致灯光照度不稳定0¾人眼视觉感反应即是闪变。电压波动与闪变会引起多种危害，概括起来重要有如下几方面：(1)引起车间、工作室和生活居室等场所的照明灯光闪烁，使人的视觉易于疲劳甚至难以忍受而产生烦躁情绪，从而减少了工作效率和生活质量。(2)使得电视机画面亮度频繁变化以及垂直和水平幅度摇动。(3)导致对直接与交流电源相连B电动机0转速不稳定，时而加速时而制动，由此也许影响产品质量，严重时危及设备自身安全运行。(4)对电压波动较敏感B¾工艺过程或试验成果产生不良影响。(5)导致电子仪器和设备、计算机系统、自动控制生产线以及办公自动化设备等工作不正常，或受到损坏。(6)导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电子换流器换相失败等。6 .瞬态过电压和暂态过电压指峰值电压高达20230V,但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其重要原因及也许导致的破坏类似于高压尖脉冲，重要由雷电所致。危害：以大规模集成电路为关键组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其他现代生活0各个领域，以大型CMOS集成元件构成0这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱B¾缺陷，暂态过电压不仅会导致电子设备产生误操作，或者导致电子设备受到干扰，数据丢失，或临时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。7 .电压跌落(暂降)定义：电压有效值降至额定值的10%-90%,持续时间为0.5个周期至一分钟;经典电压跌落持续时间一种周波到一秒钟的时间，一般持续几十毫秒至几百毫秒。(1)计算机电压低于60%持续12个周波，计算机工作将受到影响，数据丢失。电压低于50%持续时间超过一种周波，接触器就会脱扣，有时电压低于70%接触器就会脱扣。(2)交流接触器当电压低于70%,持续时间超过6个周波，VSD被切除；某些精细加工业的电机，当电压低于90%持续时间超过3个周波，电机跳闸退出运行。(3)调速电机(VSD)直流电机当电压低于80%时，电机保护跳闸。(4)机器人控制操作0¾精密加工过程，当电压低于90%持续23周波，其工作过程中断。(5)精密机械工具PLC当电压低于90%持续几