07第七章电能质量的提高与电能节约

第七章电能质量的提高与电能节约7.1电能质量概述7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.3工业企业供电系统的电压波动及减少措施7.4电网高次谐波及其抑制7.5工业企业供电系统中的电能节约7.6工业企业供电的无功功率补偿7.1电能质量概述电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。在三相电力系统中，理想的电能质量是：（1）系统频率恒为额定频率；（2）三相电压波形是三相对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形；（3）三相电流波形是三相对称的正弦波形；供电不间断。任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。7.1.1电能质量扰动类型根据扰动的频谱特征、持续时间和幅值变化，通常将电能质量扰动划分为如下几个类型：（1）暂态扰动：通常指持续时间不超过3个周波的扰动。并联电容器投切和雷击都会造成暂态扰动。暂态扰动又分为脉冲型和振荡型，脉冲型暂态扰动持续时间不超过1ms，具有陡峭的上下沿；振荡型暂态扰动持续时间一般不超过1个周波，振荡频率在5kHz以上。（2）短期电压变化：包括电压跌落、电压突升和短暂断电。此类扰动的持续时间通常为半个周波到1min。（3）长期电压变化：电压幅值长期偏离其额定值，包括电压偏差和持续断电。此类扰动通常持续1min以上。7.1电能质量概述7.1.1电能质量扰动类型（4）电压波动：电压幅值周期性下降和上升。交流电弧炉等波动负荷是电压波动的发生源；（5）波形畸变：包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和宽带噪音。相控型电力电子装置（如整流、逆变等电源）是引起电力谐波和电压缺口的主要因素。（6）三相不平衡：供电电源的三相电压不对称或负荷三相电流不对称，即三相幅值不等或相角差不等于120。电力机车等单相用电设备是导致三相系统不平衡的主要因素。（7）频率变化：基波频率偏离其额定频率，包括频率偏差和频率波动，典型的频率波动周期为10s之内。7.1电能质量概述7.1.2电能质量标准由于电能质量的各种扰动相对独立，它们对电气设备的影响也不同，因此，分析评价电能质量整体上尚没有一个统一的标准，而是针对不同的扰动进行不同的处理。目前我国已经颁布的电能质量标准有：GB12325-2003《电能质量供电电压允许偏差》；GB12326-2000《电能质量电压波动和闪变》；GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》；GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》；GB/T15945-1995《电能质量电力系统频率允许偏差》；GB/T18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》。电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常使用电能的基本技术规范，是实施电能质量监督管理、推广电能质量控制技术、维护供用电双方合法权益的法律依据。7.1电能质量概述7.1.3克服电能质量扰动方法电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备也应该具有一定的电能质量扰动耐受容限。以电压为例：（1）电压容限曲线为了防止电压扰动造成计算机及其控制装置的误动和损坏，美国信息技术工业协会（ITIC）提出了电压容限曲线，如右图所示。若电压落在包络线内阴影部分，则该电压是合格的，否则电压是不合格的。该曲线主要与4种典型的电压扰动相对应，包括电压跌落、电压突升、尖峰脉冲和断电。譬如，按照该曲线，允许电压出现20ms以内的短时断电、允许出现持续1ms但幅值不超过200％的电压尖峰脉冲、允许长期电压偏差为10％等。7.1电能质量概述7.1.3克服电能质量扰动方法（1）用电设备抗扰动措施由于发电机发出的电压是比较理想的，所以，公用电网中的电压扰动主要是由负荷电流扰动在电网阻抗上的压降引起的。第四章给出了供电系统电压损失的计算公式：对于高压供电系统而言，系统等效电抗远大于系统等效电阻。于是，忽略电阻，上式可简化为：上式表明，影响电压质量的主要因素有：①负荷无功功率或无功变化量越大，对电压质量的影响大；②电网短路容量越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。%100%2NUQXPRU%100%100%100%k2N2NSQXUQUQXU7.1电能质量概述7.1.3克服电能质量扰动方法克服的方法：①并联无功补偿可以减小负荷无功功率或负荷无功变化量；②线路串联补偿则可以降低电网感抗，提高系统短路容量。因此，无功功率补偿既是电网节能降耗的措施，也是改善电网电能质量的措施之一。;ddKSLCxSXXX7.1电能质量概述LQCQQk%100%QUS7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节电压偏差是指电网实际电压偏离电网额定电压的程度。系统运行方式的改变，或用户负荷的变化，都会使电网上某一点的实际电压偏离其额定电压。为了保证供电电压的质量，国标GB12325-2003《电能质量供电电压允许偏差》中对其有明确的规定。35kV及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为10％；10kV及以下三相供电电压：7％；220V单相供电电压：+7％，-10％。第七章电能质量的提高与电能节约2%100NNUUdriUU7.2.1减少电压偏差的方法第四章我们介绍了电压偏差与电压损失概念。减少电压损失就可降低电压偏差。减少的方法：（1）通过导线和电缆截面的选择，可减少R0、X0从而减少电压损失。即限制线路的电压损失在一定范围内。但是，X0受导线截面的影响很小所以，当时，S增大，△U％的下降不大。（2）采用并联补偿电容器，以减少——目的提高功率因数，以减少X0——经济上不太合适。RXUUiq0(lg)avDrX%U001222101011%100%NNNnnRXUUiiiiUUUiiUpLqL7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节%%RXUU（3）提高或降低U1以保证△U％在允许范围内采用分接开关切换一次线圈绕组方式，实现调压目的，降低工厂电网的电压偏移。这就是本节所讲的内容。12%100%NUUUU7.2.1减少电压偏差的方法分接开关有载分接开关：无励磁分接开关(无载调压开关)：在变压器负载回路不断电的情况下，改变变压器线圈有效匝数的机械装置；7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法切换开关分接选择器7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节有载分接开关调压变压器组成图CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关10193W分接变换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法CM型分接开关切换原理图7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.1减少电压偏差的方法7.2.2变压器分接头的选择（1）电力变压器的分接头及调节规律10kV0.4kVN2N10+5％－5％图7－2变压器的分接头及电压偏差U1U27.2工业企业供电系统电压偏差及其调节一般电力变压器一次侧均设有三个分接头如左图所示（无励磁分接开关），设计者根据供电系统电压变动的情况和企业用电设备对电压水平的要求，来选择变压器分接头，以保证用电设备的正常运行。图中+5%、0%、-5%分别表示分接头位置及电压偏差值。其物理意义有两种解释方法。7.2.2变压器分接头的选择②一次侧接“－5％”分接头上，二次绕组的空载电压就变为110％，即升高5％＋5％＝10％∴U1N2=不变＝U2↑N1↓物理意义：因为一次线圈减少，空载损耗较少，二次电源电压升高。负号表示一次线圈减少。1122UNUN7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节解释方法1：一次电压不变，二次电压有变化（负载影响）假设一次侧输入电压不变为UN1，即100％UN1的电压①一次侧接“0”分接头时，二次绕组的空载电压为105％UN2（UN2线路额定电压，如35/10.5，10/0.4KV）目的:抵偿变压器满载时，本身的电压损失。7.2.2变压器分接头的选择③一次侧接“＋5％”分接头上根据U1N2=不变＝U2↓N1↑二次侧空载电压降为100％UN2(5％－5％＝0)物理意义：因为一次线圈增加，空载损耗增加，二次电源电压降低。正号表示一次线圈增加。7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节结论：＋5％——二次空载电压＝UN2（线路额定电压，增加0％）（线路末端电压比额定值高时）0——二次空载电压＝105％UN2（增加5％）（线路末端电压为正常额定值时）－5％——二次空载电压＝110％UN2（增加10％）（线路末端电压为低于额定值时）简单规律“低了低调，高了高调”7.2.2变压器分接头的选择解释方法2：一次电压有变化（电源问题），变压器二次负载不变，即电压不变。①“0”点:一次为100％*UN1，二次为105％*UN2②－5％点，相当于N1↓根据不变＝,相当一次电压减少5％即：95%*UN1（适合于电源电压高时）（线圈小了电压降低）③“＋5％”点，相当于N1↑根据不变,相当一次电压增加5％即：105%%*UN1（适合于电源电压低时）这才是我们标为＋5％，0，－5％的含义在下面的计算中，即用到第一种说法，又用到第二种说明。22UN11UN22UN11UN7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节7.2.2变压器分接头的选择35/6.3~10.5KV（6～10KV）(高压线路额定电压)6~10KV/0.4KVK（380V）(低压线路额定电压)'NUaU'LUTULUKUNU（a点电压，二次母线）（高压线路电压损失）（车间变压器电压损失）（低压线路电压损失）（K点电压，最远处用电设备）图7-3系统各点参数表示图(2)如何选择变压器的分接头某企业电力系统如下图