电能质量讲座

矿山电网电能质量第一部分电能质量概述一、电能质量问题的提出电力作为一种特殊商品，其质量问题已经越来越成为电力企业和电力客户共同关心的问题。1.大量高科技电子设备的使用，其性能对电能质量非常敏感。2、许多新型电气设备的使用，会向电力系统注入各种电磁干扰，对电力系统安全运行及用电设备的正常运行造成的危害不断增加。理想供电系统提供的电产品1.恒定频率2.恒定电压3.正弦波形4.三相平衡5.电压电流同相位tsinUumAB0)32(0tsinUumBC)34(0tsinUumCA31420fOmUU2tsinIimA01COS,Riu二、什么是电能质量定义：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。电能质量现象部分波形图（1）0100200300400500-400-20002004000100200300400500-400-20002004000100200300400500-400-200020040002004006008001000-400-200020040002004006008001000-400-200020040002004006008001000-400-200020040002004006008001000-500050002004006008001000-400-2000200400电能质量现象部分波形图（2）暂降SAGS，DIPS中断INTERRUPTIONS暂升SWELLS瞬变TRANSIENTS谐波HARMONICS，DISTORTIONS陷波NOTCHES波动FLUCTUATIONS频率FREQUENCYDEVIATIONS三、电能质量的含义•电压质量•电流质量•供电质量•用电质量四、电能质量的特点•动态性•相关性•传播性•潜在性•复杂性•整体性电能质量特征1◆电能质量指标的动态性：电能从发电生产到用户消耗是一个整体，电能量的流动始终处于动态平衡之中。并且随着电网结构的改变和负荷的变化，在整个配电网络中，不同时刻、不同公共连接点，电能质量指标往往是不同的，也就是说电能质量始终处在动态变化中。电力系统是一个在动态中不断寻求平衡的大系统，电能质量现象的物理意义就在于此。电能质量的动态性原因可以讲，有功功率的平衡决定着电压频率的变化；无功功率的平衡决定着电压幅值的变化；三相负荷的平衡决定着电压对称度大小；。生产与消耗的平衡决定着能否连续供电的问题。又如，日负荷的变化以及负荷特性的改变、不同的运行方式、随机发生的（自然现象和人为因素等）线路故障等，电能质量状况始终处在动态变化中。因此质量指标的评估往往是概率统计的结果。电能质量特征2◆电能质量作用的相关性：电能不易大量储存，其生产、输送、分配和转换过程直至消耗几乎是同时进行的。当电力系统处于不同运行状态时，电能质量一旦超标，相关的配电网络和用设备都会受到不同程度的影响，很显然，在系统运行过中劣质电能是不可能更换的。有些情况下，引起电能质量下降的原因是多方面的，系统中的某一实体，往往既可能是电能质量的破坏者，同时也是劣质电能的受害者。电能质量特征3◆电能质量干扰的传播性：由于电力线为扰动提供了最好的传导途径，且传播速度快，电气环境污染波及面大，影响域广，其结果可能会大大降低与其相连接的其它系统或设备的电气性能，甚至导致设备遭到损坏，可见劣质电能的危害与影响具有快速传播性。电能质量特征4◆电能质量干扰的潜在性：虽然电产品的基本形式简单，但其质量扰动的现象却是多种多样的，事故的诱发条件比较复杂，电能质量下降造成的对系统和用电设备的损害有时并不立即显现出来，其危害与影响具有潜在性。电能质量特征5◆电能质量评估的复杂性：一般而言，电力系统在运行过程中电能质量的各项指标接近系统标称值，就可以认为电能是达到标准要求的。但是当电能质量的多个指标共同作用在一个系统中时，其不同的组合结果对电力系统运行的不利影响和对电气设备性能的降低，甚至损坏都是十分复杂的问题。加之，不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同。因此如何综合的给出技术经济的评价仍然是非常困难的，目前尚无一个准确的和普遍认可的定量评估计算方法。电能质量的特征6◆电能质量控制的整体性：从整个电力系统来讲，保证优质电力生产和用户安全使用还要靠多方共同努力。因此要求设备制造厂商、电力供应方、电力使用方、标准制定方，监督管理方等协同合作，达成共识，制定统一的和可操作的适度质量标准或单独的供电质量协议，按照电力用户对电能质量的不同要求实行分级控制和质量达标，实现技术与经济的综合优化，做到电能质量的责任与义务清晰，保护共享的电气环境，共同获得最大的生产效率和经济利益。可以说，如何认识、管理和保证电能质量是一项系统工程问题。五、电能质量的主要内容基本概念与术语瞬态：半个周波（10ms)以内暂时：从10ms到1min稳态：1min以上瞬变----瞬态概念骤升，骤降----暂时概念过电压，低电压，电压中断----稳态概念电压波动闪变谐波六、供电电压偏差1、供电电压偏差定义供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化会使供配电系统各点的电压也随之变化，这时各点的实际电压与系统标称电压之差称为电压偏差。电压偏差也常用与系统标称电压的百分比表示。即：2、供电电压允许偏差国家标准电能质量供电电压允许偏差（GB/T12325-2008)–≥35KV正负偏差绝对值之和≤10%–≤10KV三相供电为－7％、＋7％–220V单相供电为－10％、＋7％100%NNUUUU六、供电电压偏差3、供电电压偏差产生的原因供电系统无功不平衡是引起供电系统电压偏离标称值的根本原因。系统无功功率不平衡意味着将有大量的无功功率流经供电线路及变压器，由于线路和变压器中存在阻抗造成线路变压器首末端电压出现电压差。PRQXUUQXUU六、供电电压偏差4、供电电压偏差对系统及用电设备的影响1．电压偏差对感应电动机的影响。电动机转矩与端电压的平方成正比。当电压出现正偏差时，电动机机端电压升高，其激磁电流和温升也增加，绝缘受到过电压和过热的威胁，影响其使用寿命，同时还会产生有害的谐波电流；当电压出现负偏差时，其实转矩下降较多，转速降低，引起产品质量和数量的降低，同时负荷电流却会增加，影响电动机的使用寿命。2．电压偏差对照明设备的影响。照明设备的发光效率与电压的关系极大，因此，电压降低会引起照明设备的效率降低，造成照度不足，影响照明效果；当电压过低时，会导致气体放电光源的照明器不能正常点燃；另一方面，电光源的工作寿命也受电压的影响很大，当电压偏高时，光源寿命缩短很多。3．电压偏差对电子设备的影响。随着计算机系统的大规模应用和自动控制系统的不断精细化，对于一个计算中心来说，电压偏差会造成计算机系统的工作紊乱，数据损坏；对于精密机床、机器人等，电压偏差可能造成无法保持对由其驱动过程的精确控制。4．电压偏差对无功补偿的影响。电压过低会引起补偿电容器组输出无功减少，不能满足补偿要求。六、供电电压偏差六、供电电压偏差六、供电电压偏差5、电压偏差的改善措施•降低线路阻抗•改变变压器变比•合理的无功补偿七、电力系统谐波电能质量公用电网谐波（GB/T14549-1993)电压（KV)THD奇次偶次0.3854.02.06、1043.21.635、6632.41.211021.60.8八、电力系统三相不平衡三相电压不对称的程度通常用三相电压不对称度来表示，它表示三相系统的电压正序分量与电压负序分量的均方根值百分比。即：1、三相电压不对称度的概念式中——三相电压正序分量的均方根值；——三相电压负序分量的均方很值；——三相电压不对称度。%100UUUUUU八、电力系统三相不平衡电能质量三相电压允许不平衡度（GB/T15543-2008)–正常允许2%，短时不超过4%–每个用户一般不得超过1.3%2、三相电压不对称度的允许值八、电力系统三相不平衡3、三相不平衡产生的原因•供电环节不平衡（系统阻抗）•用电环节不平衡（电气化铁路、电弧炉）八、电力系统三相不平衡4、三相不平衡的危害•对变压器的影响对于三相电力变压器，当三相电压不对称时，由于要求三相负荷均不能过载，因此，变压器额定容量必须大于其负荷最大一相的容量的3倍，使三相电力变压器的利用率降低。•对电动机的影响负序电流流入同步电动机或异步电动机，会使电动机因产生附加损耗而过热，产生附加转短而降低使用效率；同时还会使电动机寿命降低。•对变流装置的影响对多相整流装置，不对称电压使电流在各整流元件上导通的时间和大小发生差异，因而必须降低整流装置的允许功率，从而导致部分元器件效能得不到充分利用。此外，在不对称电压下工作，对多相整流装置会产生偶次非特征谐波，其幅值与电压的不对称度成正比。•对补偿电容的影响对于对称连接的电容器，加上不对称电压后，会引起三相无功功率输出的不平衡，改变总无功功率的输出。八、电力系统三相不平衡5、三相不平衡的改善措施•分散供电将不对称负荷接到不同的供电点，以减小集中连接造成的不平衡度超标问题。•合理分配将不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化。•提高短路容量将不对称负荷接到更高电压级上供电，以使连接点的短路容量足够大。•SVC分相补偿九、电力系统频率偏差1、电力系统频率偏差定义频率偏差是电力系统实际基波频率偏离标称频率的程度。即：2、频率偏差限值电能质量电力系统频率允许偏差（GB/T15949-1995)•正常允许±0.2HZ，根据系统容量可以放宽到±0.5HZ•用户冲击引起的频率波动一般不得超过±0.2HZNfff九、电力系统频率偏差3、频率偏差产生的原因当发动机与负荷间出现不平衡时，系统频率就会产生变动出现频率偏差。当系统中发动机的总输出有功功率大于系统负荷总有功功率总需求，则系统频率上升，频率偏差为正；反之系统频率下降，频率偏差为负。九、电力系统频率偏差4、频率偏差对系统和用电设备的影响（1）将引起异步电动机转速的变化；（2）将使与系统有关的测控设备受系统频率的影响而降低其性能，甚至不能正常工作；（3）将引起异步电动机和变压器激磁电流增加，所消耗的无功功率增加，恶化了电力系统的电压水平；（4）频率的变化还可能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。九、电力系统频率偏差5、限制措施频率偏差通常由电力系统调节，供配电系统一般不采取调整措施十、电压波动和闪变1．电压波动一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，当其变化速度等于或大于每秒0．2％时称为电压波动。一、电压波动和闪变的概念%100%minmaxNUUUd十、电压波动和闪变2．电压闪变负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升降，则照明设施的照度随之急剧变化，使人眼对灯光的闪烁感到不适，这种现象称为电压闪变。十、电压波动和闪变3．电压变动频度单位时间内电压变动的次数。电压由大到小或由小到大各算一次变动，同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms，则算一次变动。电压变动频度的计算公式为：式中m——某一规定时间内电压变化的次数。T——冲击负荷的周期，单位为h。4．短时间闪变值和长时间闪变值短时间闪变值是衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量，长时间闪变值是由短时间闪变量推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值。这两个值是评价电压闪变的指标。可以由闪变仪直接测量，也可由仿真计算得到。Tmr十、电压波动和闪变2、电压波动和闪变限制值电能质量电压波动和闪变（GB12326-2008)闪变限值电压等级LVMVHVPLt0.80.7(0.8)0.6注:PLt测量周期为2h;MV括号中值仅适用于pcc连接的所有用户为同电压等级的用户场合。电压变动限值(%)rLV、MVHVr≤1431＜r≤1032.510＜r≤10021.5100＜r≤10001.251十、电压波动和闪变3、引起电压波动和闪变的原因大型电动机的起动冲击负荷反复短时工作制负荷大型电弧炉系统短路十、