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常见问题

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1 如何抑制电力系统中的高次谐波

高次谐波对电力系统和用户都产生了比较大的影响。而随着非线性用户的增加,高次谐波将越来越严重,所以必须抑制电力系统的高次谐波。抑制电力系统高次谐波的方法很多,常用的有以下几种:
  • (1) 增加换流装置的相数或脉冲数,可以减少换流装置产生的谐波电流,从而减少注入电网的谐波电流。
  • (2) 改变非线性负荷接入电网的接入点。由于高压电网的短路容量大,有承担较大谐波的能力,所以把谐波产生容量大的设备接入到高一级电网的母线,或增加非线性负荷到对谐波敏感负荷之处的电气距离。
  • (3) 在谐波源处或在适当的母线上加装电感、电容式或其他型式的滤波器。吸收谐波电流。防止谐波电流注入公用电网。如在电气铁道机车内或牵引变电所母线上安装滤波器。装设滤波器的方式、容量和地点应根据谐波源的情况、实测谐波情况、电力系统运行方式以及谐波源附近其他负荷对谐波的要求程度来确定。而且在装设滤波器后要进行测量,防止投入后出现某几次谐波的谐振,导致这几次谐波电流被放大。在装有补偿无功电容器的地点,应在电容器投入后,测量有否谐波被放大的情况。在需要加装无功补偿电容器,又需要装滤波器的地点,可以采用同一套电容器起这两方面的作用。
  • (4) 对于无功冲击很大的负荷,有时需要同时加装静止无功补偿装置和滤波器,才能有效抑制谐波。

2 变频器谐波的危害有哪些

变频器,以其优越的调速性能、节能效果,被广泛的应用在工业上。但由于变频器在输入回路中产生的高次谐波电流,对供电系统等设备都产生了一定的干扰,使得谐波干扰问题十分严重。那么变频器谐波危害主要体现在哪些方面呢?

  • (1) 增加输电线路、变压器和电力电容器的损耗,使设备的温度过热,降低设备的利用率和经济效益
  • (2) 影响继电保护和自动装置的工作可靠性:特别对于电磁式继电器来说,电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动,使其动作失去选择性,可靠性降低,容易造成系统事故,严重威胁电力系统的安全运行。
  • (3) 对通讯系统工作产生干扰:电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时,会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压,干扰通信系统的工作,影响通信线路通话的清晰度,甚至在极端的情况下,还会威胁着通信设备和人员的安全。
  • (4) 对用电设备的影响:电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变,画面亮度发生波动变化,并使机内的元件温度出现过热,使计算机及数据处理系统出现错误,严重甚至损害机器。
  • (5) 电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响。通过以上五点内容,我们可以看出变频器谐波,已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害,并且相信大家对变频器谐波的危害应该有了一定的了解,在以后使用中要尽量避免变频器谐波,需要找到消除变频器谐波的方法

3 弧光保护产品的重要性

发电厂、大用户厂用及配电系统中低压开关柜众多,是整个供电系统的核心设备,对全厂/配电系统的安全运行至关重要。但是,目前常规的保护配置方案,中低压母线没有配置专门的保护,通常由进线开关的后备保护整定来实现;并且进线与出线开关的保护需要相互配合,所以厂用/配电系统的中低压母线故障要经过延时切除。一般速断保护延时的级差至少为300ms,甚至500ms;而过流保护的配合级差更是长达1~2秒。


鉴于中低压母线在配电系统中的重要地位,任何故障的延时切除,都将严重危及人身和设备安全,造成巨大的损失,所以对中低压母线的运行保护有充分理由予以重视。


同时,故障电弧光具有发展迅速、不可预测、破坏力大、极易传播的特点、电弧中心温度超过10000摄氏度,弧光的光强度可以超过正常的照明光强2000倍。因此,对故障电弧光早发现、早处理成为抑制电弧光发展的关键,只有尽力争取每一毫秒使供电断路器跳闸切除故障,才能够使设备和人身安全得到最大限度的保护 :


由于弧光产生的不可避免性,弧光故障发生的危害性,迫切的需要一种装置对弧光故障进行保护。5元起步倍投公式克罗德技术中低压母线弧光短路快速保护系统,将弧光检测和高速过流检测相结合,利用高速分断输出,使保护动作快速,安全、可靠。弧光发生后,其动作时间最快可达1ms,其快速动作能力能最大限度的保护人身和设备安全。


4 谐波源主要包含哪些设备

  • (1) 电力电子设备   
    电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其他SCR控制系统等。由于工业与民用电力设备常用到这类电力电子设备和电路,如整流和变频电路,其负载性质一般分为感性和容性两种,感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。而容性负载的单相整流电路,由于电容电压会通过整流管向电源反馈,属于电压型谐波源,其谐波含量与电容值的大小有关,电容值越大,谐波含量越大。变频电路谐波源由于采用的是相位控制,其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波,还含有非整数倍数的间谐波。
  • (2) 可饱和设备   
    可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。可饱和设备是非线性设备,其铁心材料具有非线性磁化曲线和磁滞回线,在正弦波电压的作用下,励磁电流为对称函数,并满足 。应用傅立叶级数分解时仅含有奇次项,对于三相对称的变压器,3次谐波的奇数倍(3次,6次,9次……)谐波均为零序,可认为变压器是只产生奇次谐波的电流源型谐波源。变压器的谐波次数还受到一、二次侧接线方式的影响,谐波的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程序越高,谐波电流就越大。与电力电子设备和电弧设备相比,可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下,其谐波的幅值往往可以忽略
  • (3) 电弧炉设备及气体电光源设备
      (a)电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波。
      (b)气体电光源包括荧光灯、卤化灯、霓虹灯灯。根据这类气体放电光源的伏安特性,其非线性特性十分严重,同时含有负的伏安特性。而气体灯具工作时要与电感性镇流器相串联,并使其综合伏安特性不再为负才能正常工作。由于镇流器的非线性相当严重,其中三次谐波含量再20%以上,其特性为对称函数,只含有奇次谐波,所以气体电光源设备属于电流源型谐波源。

5 谐波对电力、电气设备有哪些危害

  • 使得电动机的机械效率下降,造成电能的浪费,谐波主要引起电动机的附加发热,容易产生过电压或者过电流。谐波的产生还会引起绕组不均匀处过热导致的绝缘层损坏,导致变频器的运行不正常,很容易感受谐波失真而误动作,对供电线路产生了附加谐波损耗、保护电器的误动作1)变压器电流谐波将增加铜损。
  • 变频器当变频器输入电压发生畸变,导致线路压降增大。
  • 电动机电机绕组存在杂散电容,其综合结果就是使得变压器的温度上升。
    此外,绝缘破坏直至烧毁,谐波可能导致开关设备,电力系统装设的电容器比系统中的感抗要大得多,导致电容器过热。但在谐波频率较高时,这就可能出现谐振。谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振,谐振造成异常电流进入电容器,从而影响变频器的工作性能和使用寿命,谐波电压将增加铁损,影响计量仪表测量精度,并且导体对高频谐波电流的集肤效应使线路的等效阻抗增加、电机转矩脉冲及噪声的增加,就使得变频器整流二极管及电解电容负担加重,感抗值成倍增加而容抗值大幅减少,导致电动机的额外温升。
  • 电力电容器工频状态下,从而产生噪声污染,输出电缆的截面要相应增大。
  • 供电线路高频谐波电流使线路阻抗随着频率的增加而提高。由于变频器属于电力电子装置,输入电流峰值增大。

6 公共电网谐波测量方法有哪些

  • 谐波电压(或电流)测量应选择在电网正常供电时可能出现的最小运行方式,且应在谐波源工作周期中产生的谐波量大的时段内进行(例如:电弧炼钢炉应在熔化期测量)。
    当测量点附近安装有电容器组时,应在电容器组的各种运行方式下进行测量。
  • 测量的谐波次数一般为第2 到第19 次,根据谐波源的特点或测试分析结果,可以适当变动谐波次数测量的范围。
  • 对于负荷变化快的谐波源(例如:炼钢电弧炉、晶闸管变流设备供电的轧机、电力机车等),测量的间隔时间不大于2min,测量次数应满足数理统计的要求,一般不少于30 次。
    对于负荷变化慢的谐波源(例如:化工整流器、直流输电换流站等),测量间隔和持续时间不作规定。
  • 谐波测量的数据应取测量时段内各相实测量值的95%概率值中最大的一相值,作为判断谐波是否超过允许值的依据。
    但对负荷变化慢的谐波源,可选五个接近的实测值,取其算术平均值
    注:为了实用方便,实测值的95%概率值可按下述方法近似选取:将实测值按由大到小次序排列,舍弃前面5%的大值,取剩余实测值中的最大值。

7 国家电网对无功补偿配置技术原则

第一章 总则

  • 第一条 为保证电压质量和电网稳定运行,提高电网运行的经济效益,根据《中华人民共和国电力法》等国家有关法律法规、《电力系统安全稳定导则》、信息来源:《电力系统电压和无功电力技术导则》、《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》等相关技术标准和管理规定,特制定本技术原则。
  • 第二条 国家电网公司各级电网企业、并网运行的发电企业、电力用户均应遵守本技术原则。

第二章 无功补偿配置的基本原则

  • 第三条 电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下,分(电压)层和分(供电)区的无功平衡。分(电压)层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡,分(供电)区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况,实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合,电网补偿与用户补偿相结合,高压补偿与低压补偿相结合,满足降损和调压的需要。
  • 第四条 各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。500(330)kV电压等级系统与下一级系统之间不应有大量的无功电力交换。500(330)kV电压等级超高压输电线路的充电功率应按照就地补偿的原则采用高、低压并联电抗器基本予以补偿。
  • 第五条 受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时,应通过技术经济比较,考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。
  • 第六条 各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设,合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大,并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV~220kV变电站,在主变最大负荷时,其高压侧功率因数应不低于0.95,在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。
  • 第七条 对于大量采用10kV~220kV电缆线路的城市电网,在新建110kV及以上电压等级的变电站时,应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。
  • 第八条 35kV及以上电压等级的变电站,主变压器高压侧应具备双向有功功率和无功功率(或功率因数)等运行参数的采集、测量功能。
  • 第九条 为了保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力,并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85(滞相)~0.97(进相)运行的能力,新建机组应满足进相0.95运行的能力。为了平衡500(330)kV电压等级输电线路的充电功率,在电厂侧可以考虑安装一定容量的并联电抗器。
  • 第十条 电力用户应根据其负荷性质采用适当的无功补偿方式和容量,在任何情况下,不应向电网反送无功电力,并保证在电网负荷高峰时不从电网吸收无功电力。
  • 第十一条 并联电容器组和并联电抗器组宜采用自动投切方式。

第三章 500(330)kV电压等级变电站的无功补偿

  • 第十二条 500(330)kV电压等级变电站容性无功补偿配置
    500(330)kV电压等级变电站容性无功补偿的主要作用是补偿主变压器无功损耗以及输电线路输送容量较大时电网的无功缺额。容性无功补偿容量应按照主变压器容量的10%~20%配置,或经过计算后确定。
  • 第十三条 500(330)kV电压等级变电站感性无功补偿配置
    500(330)kV电压等级高压并联电抗器(包括中性点小电抗)的主要作用是限制工频过电压和降低潜供电流、恢复电压以及平衡超高压输电线路的充电功率,高压并联电抗器的容量应根据上述要求确定。主变压器低压侧并联电抗器组的作用主要是补偿超高压输电线路的剩余充电功率,其容量应根据电网结构和运行的需要而确定。
  • 第十四条 当局部地区500(330)kV电压等级短线路较多时,应根据电网结构,在适当地点装设高压并联电抗器,进行无功补偿。以无功补偿为主的高压并联电抗器应装设断路器。
  • 第十五条 500(330)kV电压等级变电站安装有两台及以上变压器时,每台变压器配置的无功补偿容量宜基本一致。

第四章 220kV变电站的无功补偿

  • 第十六条 220kV变电站的容性无功补偿以补偿主变压器无功损耗为主,并适当补偿部分线路的无功损耗。补偿容量按照主变压器容量的10%~25%配置,并满足220kV主变压器最大负荷时,其高压侧功率因数不低于0.95。
  • 第十七条 当220kV变电站无功补偿装置所接入母线有直配负荷时,容性无功补偿容量可按上限配置;当无功补偿装置所接入母线无直配负荷或变压器各侧出线以电缆为主时,容性无功补偿容量可按下限配置。
  • 第十八条 对进、出线以电缆为主的220kV变电站,可根据电缆长度配置相应的感性无功补偿装置。每一台变压器的感性无功补偿装置容量不宜大于主变压器容量的20%,或经过技术经济比较后确定。
  • 第十九条 220kV变电站无功补偿装置的分组容量选择,应根据计算确定,最大单组无功补偿装置投切引起所在母线电压变化不宜超过电压额定值的2.5%。一般情况下无功补偿装置的单组容量,接于66kV电压等级时不宜大于20Mvar,接于35kV电压等级时不宜大于12Mvar,接于10kV电压等级时不宜大于8Mvar。
  • 第二十条 220kV变电站安装有两台及以上变压器时,每台变压器配置的无功补偿容量宜基本一致。

第五章 35kV~110kV变电站的无功补偿

  • 第二十一条 35kV~110kV变电站的容性无功补偿装置以补偿变压器无功损耗为主,并适当兼顾负荷侧的无功补偿。容性无功补偿装置的容量按主变压器容量的10%~30%配置,并满足35kV~110kV主变压器最大负荷时,其高压侧功率因数不低于0.95。
  • 第二十二条 110kV变电站的单台主变压器容量为40MVA及以上时,每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置。
  • 第二十三条 110kV变电站无功补偿装置的单组容量不宜大于6Mvar,35kV变电站无功补偿装置的单组容量不宜大于3Mvar,单组容量的选择还应考虑变电站负荷较小时无功补偿的需要。
  • 第二十四条 新建110kV变电站时,应根据电缆进、出线情况配置适当容量的感性无功补偿装置。

第六章 10kV及其它电压等级配电网的无功补偿

  • 第二十五条 配电网的无功补偿以配电变压器低压侧集中补偿为主,以高压补偿为辅。配电变压器的无功补偿装置容量可按变压器最大负载率为75%,负荷自然功率因数为0.85考虑,补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95,或按照变压器容量的20%~40%进行配置。
  • 第二十六条 配电变压器的电容器组应装设以电压为约束条件,根据无功功率(或无功电流)进行分组自动投切的控制装置。

第七章 电力用户的无功补偿

  • 第二十七条 电力用户应根据其负荷特点,合理配置无功补偿装置,并达到以下要求:
    100kVA及以上高压供电的电力用户,在用户高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95;其他电力用户,功率因数不宜低于0.90。

第八章 附则

  • 第二十八条 本技术原则由国家电网公司负责解释。
  • 第二十九条 本技术原则自颁发之日起执行。

8 提高功率因数的好处有哪些

供电局为了提高他们的成本效益要求用户提高功率因数,那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢?

  • ① 通过改善功率因数,减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件,如变压器、电器设备、导线等的容量,因此不但减少了投资费用,而且降低了本身电能的损耗。
  • ② 藉由良好功因值的确保,从而减少供电系统中的电压损失,可以使负载电压更稳定,改善电能的质量。
  • ③ 可以增加系统的裕度,挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低,那么在既有设备容量不变的情况下,装设电容器后,可以提高功率因数,增加负载的容量。
    举例而言,将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时:
    补偿前:1000×0.8=800KW
    补偿后:1000×0.98=980KW
    同样一台1000KVA的变压器,功率因数改变后,它就可以多承担180KW的负载。
  • ④ 减少了用户的电费支出;透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。

此外,有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等;可饱和设备如变压器、电动机、发电机等;电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等,这些设备均是主要的谐波源,运行时将产生大量的谐波。谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害,主要表现为产生谐波附加损耗,使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。

并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用,使得系统电压及电流的畸变更加严重。另外,谐波电流叠加在电容器的基波电流上,会使电容器的电流有效值增加,造成温度升高,减少电容器的使用寿命。

谐波电流使变压器的铜损耗增加,引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。

谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电流谐波分量较高时,可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。

因此,如果系统量测出谐波含量过高时,除了电容器端需要串联适宜的调谐(detuned)电抗外,并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。

9 中低压配电网的无功补偿方式有哪些

配电网中常用的无功补偿方式为:在系统的部分变、配电所中,在各个用户中安装无功补偿装置;在高低压配电线路中分散安装并联电容机组;在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器,进行集中或分散的就地补偿。

  • (1) 就地补偿
    对于大型电机或者大功率用电设备宜装设就地补偿装置。就地补偿是最经济、最简单以及最见效的补偿方式。在就地补偿方式中,把电容器直接接在用电设备上,中间只加串熔断器保护,用电设备投入时电容器跟着一起投入,切除时一块切除,实现了最方便的无功自动补偿,切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。
  • (2) 分散补偿   
    当各用户终端距主变较远时,宜在供电末端装设分散补偿装置,结合用户端的低压补偿,可以使线损大大降低,同时可以兼顾提升末端电压的作用。
  • (3) 集中补偿   
    变电站内的无功补偿,主要是补偿主变对无功容量的需求,结合考虑供电压区内的无功潮流及配电线路和用户的无功补偿水平来确定无功补偿容量。35KV变电站一般按主变容量的10%-15%来确定;110KV变电站可按15%-20%来确定。

10 使用变频器后无功补偿柜的保险频繁烧毁原因分析

简介

变频器工作时会产生很强的谐波电流发射,当变频器发射的谐波电流注入到系统中,会在电容上产生较大的电流。这是因为有以下两个原因:

  • 第一, 谐波电流的频率较高,补偿电容对高频电流具有更小的阻抗,因此会产生较大的电流。
  • 第二, 谐波电流会在系统中发生谐振,导致谐波电流被放大,这个原因通常是问题的主要原因。

在电力系统中,变频器与无功补偿电容构成了一个LC并联电路,如图1所示。这个电路有一个固有的谐振频率f0,当f0与谐波的频率相同时,谐波电流会被放大,从而在LC构成的回路中产生很大的电流,一般会达到谐波源电流的10~20倍,这对电力系统和电容的损害都非常大。

补偿电容支路上的保险烧毁,也恰好说明了熔断器起到保护作用,否则将会导致更加严重的后果,例如,电容爆炸,变压器过热等。

解决方案

当出现上述问题时,可以有两个方法来解决:

  • 第一个方法,在电容上串联电抗L1,并使L1与C构成的串联电路的谐振点低于最低次谐波电流的频率,本案中低于5次谐波。电抗(L+L1)与补偿电容C构成的回路的谐振频率必然低于谐波源的频率,因此不会发生谐振。
  • 第二个方法是减小谐波源的谐波电流。具体方法是在变频器的电源输入端安装谐波保护器,或者在系统进线侧安装有源滤波器进行统一的集中治理。

通常情况下,一般采取第二个方法。据统计采取此项措施后,无功补偿柜工作正常,也基本没有再出现保险烧毁的现象。

对节电柜的谐波电流的限制要求可以采用GB17625标准或者IEEE519标准。根据调研,欧美企业采用IEEE519标准的较多,主要内容是规定总谐波电流畸变率THID<8%。

只要在节电方案的设计中采取了预防措施,就完全能够规避谐波电流带来的风险。

11 三次谐波的产生及危害

5元起步倍投公式  电网中的谐波主要指频率为工频(基波频率)整数倍成分的谐波及工频非整数倍成分的间谐波。它们都是造成电网电能质量污染的重要原因。电网中的三次谐波是谐波影响的主要成分之一,除电气化铁路荷电弧炉负荷是主要谐波源以外,根据大量现场测试的分析结果证实,电力变压器也是电力系统中三次谐波的一个重要谐波源。电力变压器的激磁电流、铁心饱荷及三相电路荷磁路的不对称,致使在变压器三角Z绕组的线电压和线电流中也仍然存在三次谐波分量,尤其在负荷低谷时,随着电网电压的升高,变压器铁心饱和程度加剧,产生的三次谐波含量也随之增大。随着电网大量电容装置的投运,通过对现场谐波实测发现,三次谐波并不是只有零序分量可被变压器三角绕组所环路,而是波及全网,并给电容装置及电网的正常运行带来影响和威胁。例如,电容装置盲目采用串联电抗率为5%~6%的电抗接入电网后,引起三次谐波的放大和导致发生谐振的情况,已为大量的现场事故案例所证实。

  三次谐波的产生,还包括大功率晶闸管整流装置及大量开发应用的电力电子器件,炼钢电弧炉及轧机容量的增大,电气化铁路交通的发展应用,包括UPS电源、电子调速装备、节能型灯具及家用电器中的计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备应用的大量增加,使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多,造成电网电能质量的污染的影响也越来越大。在这些设备集中使用的地区,如工厂车间、公寓大厦、居民小区、写字楼、酒店商厦等,谐波污染已相当严重。谐波污染的影响使电能质量明显下降,因此,对电能质量谐波污染的抑制和治理已刻不容缓。

12 低压电容器无功补偿容量的计算

通常情况下,变电所集中补偿电容器容量的估算方法如下:

1、机械工厂的自然功率因数为0.75,如果补偿为0.96,由下表可知:

K为0.59,这样当变压器安装容量为Se时,正常情况按运行在额定容量的80%考虑,则
P=0.8Se*cosφ=0.75*0.8Se=0.6Se
Qc=KP=0.354Se

对于民用建筑,自然功率因数约为0.78,补偿至0.95时,K指为0.474,变压器运行时,按在额定容量的80%范围,则
P=0.8Se*cosφ=0.8*0.78Se=0.624Se
Qc=KP=0.624Se*0.474=0.296Se

由此可初步估算补偿容量,机械工厂电容器容量一般为变压器容量的35%,而民用建筑一般为变压器容量的30%。例如民用建筑变压器容量为1000kVA,低压电容器补偿容量可取为300kvar。当功率因数补偿至一定值后,再加大电容器的容量,对功率因数的提高效益不够明显,会使投资增加过多,而对功率因数的提高意义并不大。因此,供电部门要求功率因数低压侧不低于0.90有它合理的一面。过补偿更无必要,不但增加投资,由于会向电网返无功功率,会抬高电网系统的电压,对用电设备造成危害。

13 影响电能质量的因素有哪些

电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量,从技术上讲,影响电能质量的因素主要包括三个方面:

  • (1) 自然现象的因素,如雷击、风暴、雨雪等对电能质量的影响,使电网发生事故,造成供电可靠性降低。
  • (2) 电力设备及装置的自动保护及正常运行的因素,如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等对电能质量的影响,使额定电压暂时降低、产生波动与闪变等。
  • (3) 电力用户的非线性负荷、冲击性负荷等大量投运的因素,如炼钢电弧炉、电气化机车运行等对电能质量的影响,使公用电网产生大量的谐波干扰、产生电压扰动、产生电压波动与闪变等。

14 电能质量基础知识

什么是电能质量(Power Quality,缩写PQ)? 从普遍意义上讲,电能质量是优质的供电,即通过公用电网给用户端的交流电能的品质。

理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电,同时在三相交流系统中,各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且相互差120度。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称,负荷性质多变,加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因,这种理想的状态并不存在,因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题,也就产生了电能质量的概念。

围绕电能质量的含义,从不同角度理解通常包括:

  • (1) 电压质量:是以实际电压与理想电压的偏差,反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念,这个定义能包括大多数电能质量问题,但不能包括频率造成的电能质量问题,也不包括用电设备对电能质量的影响和污染。
  • (2) 电流质量:反映了与电压质量有密切关系的电流的变化,是电力用户除对交流电源有恒定额率、正弦波形的要求外,还要求电流波形与供电电压问相位以保证高功率因素运行:这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损,但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。
  • (3) 供电质量:其技术含义是指电压质量和供电可靠性,非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。
  • (4) 用电质量:包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务,也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。
  • (5) 公共连接点:用户接人公用电网的连接处。在公共连接点上连接至少两个用户。
  • (6) 基波(分量):对周期性交流量进行傅里叶级数分解得到的频率与工频相同的分量。对于广义的周期性交流量,其基波频率不一定等于工频,因此广义的基波分量是:周期量的傅里叶级数中序数为1的分量。当傅里叶级数采用指数函数形式时,指数函数ejω1t中,ω1叫是基波角频率。
  • (7) 谐波(分量):对周期性交流量进行傅里叶级数分解得到频率为基波频率的大于1的整数倍的分量,即其频率为基波频率的2或2以上整数倍的分量。当该周期量用傅里叶级数表示时,谐波就是级数中序数大于1的各个分量,或者说就是具有指数函数ejhω1t并且h>2的各项。
  • (8) 谐波次数:谐波频率与基波频率的整数比。在某些文献中,同样含义的术语是“谐波序数”(harmonic number)。应该指出,从中英文对照来看order应是“序数”,而“number”应是“次数”。在如年代以前的文献中采用的符号是n。
  • (9) 谐波含量:从周期性交流量中减去基波分量后所得的量,即等于交变量方均根值酌平方减去所含基波分量方均根值的平方后,所得差额的平方根。应该指出,在IEEE的定义中, “content”不是有名值,而是“基波幅值的百分数”。
  • (10) 谐波合有率(HR):周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。第h次谐波电压台有率以HRUh表示;第h次谐波电流含有率以HRIh表示。其表达式为
    HRUh=(Uh/U1)*100%
    HRIh=(Ih/I1)*100%
    对于同一含义,IEEE采用的术语是“谐波百分率。
  • (11) 总谐波畸变率(THD):周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率以THDu表示,电流总谐波畸变率以THDi表示。在IEEE标准中称为“谐波畸变百分率”,实际上,除了考虑谐波引起的畸变外,尚应考虑谐间波等引起的陶变,故更确切地可以用下述表达式来定义
    THDu=(√(U2—U12)/Ul)×100%
    THDi=(√(I2—I12)/Il)×100%
  • (12) 谐波源:向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。更广泛的定义是:在其工作时产生谐波的设备、装置、器件或电路。在有的文献中称为“谐波发生器”。
  • (13) 短时间谐波:冲击持续的时间不超过2s,且两次冲击之间的间隔时间不小于30s的电流所含有的谐波及其引起的谐波电压。IEC 77A工作组则采取以下定义:持续1s或更短时间的脉动量所含的谐波量。IEC的定义更广泛.例如可以是“快速变化谐波”或“极短促的谐波爆发”,不限于必须由冲击电流所引起。在谐波标准中一般不规定其允许值,但在实际的谐波工作中,不论是研究谐波影响或抑谐措施,都需要分别具体对待。
  • (14) 准稳态谐波:缓慢变化的谐波,在短时间内可以看作稳态的谐波。
  • (15) 奇次谐波:谐波次数为奇数(h=2k±1,k为任意正整数)的谐波。
  • (16) 偶次谐波:谐波次数为偶数(h=2k,k为任意正整数)的谐波。
  • (17) 间谐波:频率不是基波频率酌整倍数或整约数的周期性交变量。过去的文献中一般称之为“非谐波”,尚有称为“伪谐波”。IEEE的谐波对设备影响工作组“pseudo-harmonics”直译为“分数谐波”,可解释成“频率为基波频率的非整数倍的谐波”。
  • (18) 特征谐波:在理想的外部和内部工作条件下,由谐波源本身的工作特性确定的某些特定次数的谐波,称为该谐波源的特征谐波。最重要的例子是脉动数为p的换流器的交流侧特征谐波是(pk±1)次谐波,以及其直流侧的特征谐波是p次谐波,k是任意正整数。有的文献中称之为“理论谐波”。
  • (19) 非特征谐波:不同于所属谐波源的特征谐波次数的各次谐波,称为该谐波源的非特征谐波。谐波源的实际工作条件总会不同程度地偏离理想条件,故会出现某些或大或小的非特征谐波量。

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