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    電能質(zhì)量基本知識(shí)
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      1 電能質(zhì)量的定義

      (1)IEC(1000-2-2/4)標(biāo)準(zhǔn):供電裝置正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性。
      (2)一種簡(jiǎn)潔的定義:電壓或電流的幅值、頻率、波形等參量距規(guī)定值的偏差。
     
      2 電能質(zhì)量的分類
    1 電能質(zhì)量分類表
    序號(hào)
    類型
    內(nèi)容
    1
    頻率偏差
    電網(wǎng)頻率的實(shí)際值和標(biāo)稱值之差
    2
    電壓幅值
    過(guò)電壓
    電壓為額定值的110%~120%,持續(xù)時(shí)間大于60s
    欠電壓
    電壓為額定值的80%~90%,持續(xù)時(shí)間大于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(xù)時(shí)間為0.5個(gè)周波至60s
    電壓跌落
    電壓有效值降至額定值的10%~90%,持續(xù)時(shí)間為0.5個(gè)周波至60s
    電壓瞬變
    指在一定時(shí)間間隔內(nèi)兩個(gè)穩(wěn)態(tài)量之間的變化。電壓瞬變可以是任意極性的單方向脈沖或是第一個(gè)峰值為任意極性的衰減振蕩波
    電壓缺口
    持續(xù)時(shí)間小于0.5個(gè)周波的周期性電壓擾動(dòng)。電壓缺口主要是電力電子裝置由一相換至另一相時(shí)參與換相的電路瞬時(shí)短路造成的
    電壓中斷
    在一相或多相線路中完全失去電壓(低于額定值的10%)一段時(shí)間。持續(xù)時(shí)間0.5個(gè)周期至3s為瞬時(shí)中斷;持續(xù)時(shí)間3s至60s為暫時(shí)中斷;持續(xù)時(shí)間大于60s為持續(xù)中斷
    電壓波動(dòng)與閃變
    電壓波動(dòng)是指電壓幅值在一定范圍內(nèi)有規(guī)律或隨機(jī)地變化。其幅值變化通常為額定值的90%~110%。這種電壓波動(dòng)通常稱為電壓閃變。閃變一詞是從電壓波動(dòng)引起電燈的閃動(dòng)得來(lái)的。在輸電和配電系統(tǒng)中電壓閃變主要是由電弧爐引起的
    3
    電壓波形
    諧波
    對(duì)周期性的變流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解,得到頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量
    間諧波
    頻率不是電源基波頻率整數(shù)倍正弦分量
    4
    電壓
    不平衡度
    負(fù)序分量與正序分量的方均根值百分比
    5
    信號(hào)電壓
    在電力傳輸線上的高頻信號(hào),用于通信和控制
     
      3 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
    2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
    序號(hào)
    標(biāo)準(zhǔn)名稱
    內(nèi)容
    1
    《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》(GB/T15945-1995)
    電力系統(tǒng)頻率偏差允許值為0.2Hz,當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí),偏差值可放寬到+0.5Hz~-0.5Hz
    2
    《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》
    (GBl2325-1990)
    (1)
    35kY及以上供電和對(duì)電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過(guò)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?jiǎn)蜗嘤脩魹轭~定電壓的+7%~-10%

    3
    《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》
    (GBl2326-2000)
    規(guī)定了各級(jí)電壓下的閃變限制值
    4
    《電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》(GB/T18481-2001)
    規(guī)定了交流電力系統(tǒng)中作用于電氣設(shè)備的暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓要求、電氣設(shè)備絕緣要求以及過(guò)電壓保護(hù)方法
    5
    《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》
    (GB/T14529-1993)
    規(guī)定了各電壓級(jí)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制值,諧波電流允許值,見(jiàn)表3、4
    6
    《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)
    電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值為2%,短時(shí)不得超過(guò)4%,每個(gè)用戶不得超過(guò)1.3%
    7
    功率因數(shù)
    (《全國(guó)供用電規(guī)則》規(guī)定)
    高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶,功率因數(shù)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(shù)在0.85以上;農(nóng)業(yè)用電,功率因數(shù)在0.80以上
     
    3 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值
    序號(hào)
    標(biāo)準(zhǔn)電壓(kV)
    基準(zhǔn)短路量(MVA)
    諧波次數(shù)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(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值

    序號(hào)
    電網(wǎng)標(biāo)稱電壓   ?。ǎ耄郑?/div>
    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(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的原因
     
    5 電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的原因
    序號(hào)
    名稱
    產(chǎn)生原因
    1
    電壓偏差
    電流流經(jīng)傳輸網(wǎng)時(shí)在其內(nèi)阻抗上產(chǎn)生的壓降所致
    2
    頻率偏差
    負(fù)荷功率波動(dòng)情況下原動(dòng)機(jī)輸出功率的跟蹤響應(yīng)滯后所致
    3
    三相不平衡度
    各相負(fù)荷的不平衡用電特性所造成
    4
    諧波
    電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷所造成
    5
    電壓波動(dòng)
    負(fù)荷功率(無(wú)功)的波動(dòng)產(chǎn)生
    6
    閃變
    電壓波動(dòng)引起
      5 產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備
    6 產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備
    序號(hào)
    設(shè)備
    原因
    1
    晶閘管
    整流設(shè)備
    由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道,晶閘管整流裝置采用移相控制,從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波,從而給電網(wǎng)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(chǎn)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
    變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中,由于采用了相位控制,諧波成份很復(fù)雜,除含有整數(shù)次諧波外,還含有分?jǐn)?shù)次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調(diào)速的發(fā)展,對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。
    3
    電弧爐
    電石爐
    由于加熱原料時(shí)電爐的三相電極很難同時(shí)接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩(wěn)定,引起三相負(fù)荷不平衡,產(chǎn)生諧波電流,經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2、 7次的諧波,平均可達(dá)基波的8% 、20%,最大可達(dá)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于氣體放電類電光源。分析與測(cè)量這類電光源的伏安特性,可知其非線性十分嚴(yán)重,有的還含有負(fù)的伏安特性,它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。
    5
    家用電器
    電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等,因具有調(diào)壓整流裝置,會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)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(shù)量巨大,也是諧波的主要來(lái)源之一。
      6 諧波的危害
    7 諧波造成的主要危害
    序號(hào)
    危害
    主要體現(xiàn)
    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(dǎo)線的損耗,浪費(fèi)電能,并且還降低了變壓器的容量。
    2
    影響設(shè)備絕緣
    降低設(shè)備壽命
    諧波引起變壓器、電動(dòng)機(jī)和傳輸導(dǎo)線的溫度上升,破壞絕緣,降低壽命。
    3
    燒壞設(shè)備
    由于電容器在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定其最大電流只允許35%的超載,但實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),因?yàn)橹C波的影響,以致常發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載,造成電容器鼓肚或爆炸。電路板由于對(duì)電源要求比較高,由于諧波經(jīng)常使其燒壞。
    4
    污染電網(wǎng)
    未經(jīng)治理的電流諧波,會(huì)注入到公共電網(wǎng)中,造成諧波對(duì)電網(wǎng)的污染,不只增加電網(wǎng)損耗,還使其他用戶受到諧波影響。
    5
    影響生產(chǎn)穩(wěn)定造成生產(chǎn)故障
    對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備精密、自動(dòng)化水平高的生產(chǎn)線,比如工廠的精密生產(chǎn)線,諧波經(jīng)常破壞其穩(wěn)定性,引起生產(chǎn)故障,使生產(chǎn)被迫停止,造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。
    6
    影響計(jì)量準(zhǔn)確
    干擾指示儀表
    電能表等計(jì)量?jī)x表,因諧波而造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩,引起誤差,降低精確度。在諧波嚴(yán)重畸變情況下,指示儀表的誤差變大,對(duì)同一有效值的指示會(huì)明顯下降。
    7
    干擾通信
    諧波通過(guò)電磁感應(yīng)干擾通信,使其發(fā)生噪聲或信號(hào)丟失。通常2000~5000Hz諧波引起通信噪聲,1000Hz以上的諧波導(dǎo)致電話回路誤動(dòng)。
     
    8 諧波對(duì)設(shè)備儀器的危害
    序號(hào)
    設(shè)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(dòng)機(jī)
    增加額外發(fā)熱,影響絕緣,降低壽命,甚至燒毀
    3
    傳輸導(dǎo)線
    增加線損,過(guò)熱影響絕緣,甚至發(fā)生火災(zāi)
    4
    電容器
    鼓肚,燒毀
    5
    繼電保護(hù)
    誤動(dòng)作
    6
    自動(dòng)裝置
    誤動(dòng)作
    7
    互感器
    造成誤差,影響測(cè)試結(jié)果,損壞
    8
    計(jì)量?jī)x表
    影響計(jì)量準(zhǔn)確性
    9
    指示儀表
    造成指示誤差
    10
    電路板
    燒毀
    11
    電視機(jī)
    圖像畸變,畫面及亮度發(fā)生變化,甚至圖像翻滾
    12
    計(jì)算機(jī)
    計(jì)算錯(cuò)誤,程序運(yùn)行出格
    13
    照明燈
    過(guò)熱甚至造成損害,產(chǎn)生閃爍,引起人眼不適
    14
    生產(chǎn)線
    發(fā)生故障,造成停產(chǎn)
    15
    通信系統(tǒng)
    產(chǎn)生噪聲,降低通信質(zhì)量,信號(hào)丟失
    16
    電網(wǎng)
    增加損耗,影響其他用戶
          附:諧波對(duì)電度表的具體影響
          研究表明,感應(yīng)式電度表對(duì)高次諧波有負(fù)的頻率誤差,而電子式電度表的頻響特性一般較好。但由于諧波功率在諧波源負(fù)荷 (如整流器)中和基波頻率流向相反,因此對(duì)這類用戶電度計(jì)量將偏小;反之,對(duì)于一般線性負(fù)荷,電度計(jì)量 大體上等于基 波和諧波電度之和,故諧波電度增加了這些用戶的電費(fèi)支出。
     
      7 諧波的治理效果
    9 治理諧波的效果表
    序號(hào)
    效果
    具體體現(xiàn)
    1
    降低損耗
    達(dá)到節(jié)能減排效果
    降低了整個(gè)用電系統(tǒng)輸送電設(shè)備、用電設(shè)備特別是變壓器、傳輸導(dǎo)線和電機(jī)的電能損耗,綜合節(jié)能率達(dá)3%以上,這對(duì)耗電大的煙廠相當(dāng)可觀。
    2
    減少生產(chǎn)故障
    增加經(jīng)濟(jì)效益
    由于許多企業(yè)生產(chǎn)工藝精細(xì),生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高,故對(duì)電能質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。如果某條生產(chǎn)線因故障而停止生產(chǎn),其損失將十分大的。通過(guò)對(duì)電能質(zhì)量治理以后,每年因故障而造成停止生產(chǎn)的次數(shù)可以大大降低,這就減少了因停產(chǎn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。
    3
    增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性
    提高生產(chǎn)效率
    因?yàn)橹C波使得煙廠生產(chǎn)線上的電動(dòng)機(jī)經(jīng)常發(fā)生抖動(dòng),使得切割、卷接和傳輸?shù)群懿环€(wěn)定,嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。通過(guò)諧波治理后,基本上不會(huì)存在這種問(wèn)題,極大提高了生產(chǎn)效率。
    4
    優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行
    延長(zhǎng)設(shè)備壽命
    解決了因諧波造成變壓器、電機(jī)和導(dǎo)線等過(guò)熱的問(wèn)題,防止絕緣損害,使設(shè)備壽命大大延長(zhǎng)。例如變壓器,其繞組溫度在額定溫度的基礎(chǔ)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(duì)延長(zhǎng)變壓器壽命效果非常大。
    5
    降低設(shè)備故障率
    減少設(shè)備維修費(fèi)用
    減少設(shè)備故障率,從而減少購(gòu)買零件費(fèi)用和人工維修費(fèi)用。
    6
    消除干擾
    提高通信質(zhì)量
    降低現(xiàn)場(chǎng)通信線路所受的干擾和信號(hào)的丟失,避免計(jì)算機(jī)因電能質(zhì)量問(wèn)題而造成的突然死機(jī)。降低電話通話時(shí)受到的噪聲干擾。
    7
    提高計(jì)量和
    指示儀表準(zhǔn)確性
    消除了諧波對(duì)計(jì)量和指示儀表的影響,保證計(jì)量和指示儀表工作在設(shè)置的精度等級(jí)內(nèi)。
    8
    達(dá)到綜合
    治理效果
    通過(guò)對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的治理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)供電電壓、供電電流以及功率因數(shù)、諧波等電能指標(biāo)綜合管理,達(dá)到整體用電系統(tǒng)的治理效果,同時(shí)達(dá)到國(guó)家電能質(zhì)量指標(biāo)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(wú)源率波器和安裝有源濾波器,表11是兩種濾波器的對(duì)比。
    10 無(wú)源率波和有源濾波的方法對(duì)比 

    名稱
    定義
    優(yōu)點(diǎn)
    缺點(diǎn)
    無(wú)源濾波器
    又稱LC濾波器,是利用電感、電容和電阻組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的電路,可濾除多次或一次諧波
    結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,容量大,成本低
    只能濾除次數(shù)固定的諧波
    有源濾波器
    是一種動(dòng)態(tài)抑制諧波,補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置
    可對(duì)大小和頻率都變的諧波和變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償
    結(jié)構(gòu)較復(fù)雜
    維修較麻煩
    成本比較高

     

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