电能质量培训课件

第6章供电系统的电能质量与无功补偿内容提要：本章主要介绍工厂供电系统的电压质量问题，首先介绍了电压的偏差及其调节，然后介绍电压波动和闪变及其抑制以及高次谐波及其抑制的问题，最后介绍了供电系统的三相不平衡第一节电能质量概述第二节电压偏差及其调节第三节电压波动和闪变及其抑制第四节高次谐波及其抑制第五节供电系统的三相不平衡第六节供电系统的无功功率补偿第6章供电系统的电能质量于无功补偿第一节电能质量概述

一、电能质量问题

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。二、理想的电能质量

在三相电力系统中，理想的电能质量是：系统频率恒为额定频率；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；三相电流波形是三相对称的正弦波形；供电不间断。三、电能质量标准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。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》。四、影响电能质量的因素

电压质量是电能质量的核心。影响电压质量的主要因素有：①负荷无功功率或无功功率变化量；②电网短路容量或电网等效电抗。负荷无功功率或无功变化量越大，对电压质量的影响越大；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。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。五、改善电网电能质量的措施第二节电压偏差及其调节一、电压偏差的含义由于变压器分接头选择而引入的电压偏差量可按下式进行计算：电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差对额定电压的百分数，即产生电压偏差的主要原因是正常的负荷电流或故障电流在系统各元件上流过时所产生的电压损失所引起的。实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。二、变压器对电压偏差的影响

变压器中的电压损失按式计算：当变压器一次侧分接头所加电压为额定电压时,由变压器本身所产生的总电压偏差量为变压器负载时二次侧电压为：三、电压偏差的计算指定地点E的电压偏差可由下式计算:四、电电压偏偏差的的调节节GB12325-1990《电能质质量供供电电电压压允许许偏差差》中规定定，供供电部部门与与用户户的产产权分分界处处或供供用电电协议议规定定的电电能计计量的的最大大允许许电压压偏差差应不不超过过：35kV及以上上供电电电压压：电电压正正、负负偏差差绝对对值之之和为为10%；10kV及以下下三相相供电电电压压：±7%；220V单相供供电电电压：：+7%，-10%。（一））电压压调节节的方方式对中枢枢点的的电压压进行行监视视和调调节。。中枢点点调压压方式式：常调压压：不不管中中枢点点的负负荷怎怎样变变动，，都要要保持持中枢枢点的的电压压偏差差为恒恒定值值；逆调压压：在在最大大负荷荷时，，升高高母线线电压压，在在最小小负荷荷时，，降低低母线线电压压。（二））电压压调节节的方方法对于电电力用用户的的供配配电系系统，，电压压偏差差调节节主要要以下下两方方面入入手。。1.减小线线路电电压损损失2.合理选选择变变压器器的分分接头头合理地地减少少系统统的阻阻抗，，减少系系统的的变压压级数数；尽量保保持系系统三三相平平衡；；使高压压线路路深入入负荷荷中心心；采用多多回路路并联联供电电；设置无无功补补偿装装置等等。第三节节电电压压波动动和闪闪变及及其抑抑制电压波波动是是指电电压在在系统统电网网中作作快速速短时时的变变化。。电压压波动动值，，以用用户公公共供供电点点的相相邻最最大与与最小小电压压值之之差对对电网网额定定电压压UN的百分分值表表示，，即电压波波动是是由于于负荷荷急剧剧变动动的冲冲击负负荷所所引起起。影影响电电气设设备的的正常常工作作。一、电电压波波动和和闪变变的基基本概概念闪变是是指人人眼对对灯闪闪的主主观感感觉。。引起起灯光光（照照度））闪变变的波波动电电压，，称为为闪变变电压压。二、电电压波波动值值的估估算1）当已已知三三相负负荷的的有功功和无无功功功率变变化量量△P和△Q时，则则可按按下式式计算算：式中，，R∑、X∑分别为为电网网的等等值电电阻和和电抗抗。2）在高高压电电网中中，由由于X∑＞R∑，因此此可按按下式式计算算：三、电电压波波动和和闪变变的抑抑制抑制电电压波波动和和闪变变的主主要措措施有有：1、采用用合理理的接接线方方式，，对负负荷变变化剧剧烈的的大型型设备备，采采用专专用线线或专专用变变压器器供电电；提提高供供电电电压；；减少少电压压损失失；2、增大大供电电容量量；减减少系系统阻阻抗；；增加加系统统的短短路容容量等等方法法，对对抑制制电网网的电电压波波动和和闪变变能起起到良良好的的作用用。3、在系系统运运行时时，也也可以以在电电压波波动严严重时时减少少、甚甚至切切除引引起电电压波波动的的负荷荷。另外为为了减减少无无功功功率冲冲击引引起的的电压压闪变变，国国内外外普遍遍采用用一种种静止止无功功功率率补偿偿装置置（SVC）进行无无功功功率补补偿。。这种种装置置在调调节的的快速速性、、功能能的多多样性性、工工作的的可靠靠性、、投资资和运运行费费用的的经济济性等等方面面具有有显著著的优优点。。静止无无功补补偿器器由特特殊电电抗器器和电电容器器组成成，有有的是是两者者之一一为可可控的的，有有的是是两者者都是是可控控的，，是一一种并并联联联接的的无功功功率率发生生器和和吸收收器。。近年年来，，电力力系统统中主主要应应用的的静止止补偿偿器有有自饱饱和电电抗器器型（（简记记为SR）和可可控硅硅控制制电抗抗器型型(简记为为TCR)两种。。第四节节高高次谐谐波及及其抑抑制一、高高次谐谐波的的产生生与危危害谐波对对几乎乎所有有连接接于电电网的的电气气设备备都有有损害害，主主要表表现为为产生生谐波波损耗耗，使使设备备过热热以及及谐波波过电电压、、加速速设备备绝缘缘老化化等。。谐波波对继继电保保护、、电能能计量量精度度等也也有影影响、、谐谐波还还对通通信质质量有有影响响。谐波是是一个个周期期电气气量的的正弦弦波分分量，，其频频率为为基波波频率率的整整倍数数，也也称为为高次次谐波波。系统中中的主主要谐谐波源源可分分为两两大类类：①①含半半导体体非线线性元元件的的谐波波源；；②含含电弧弧和铁铁磁非非线性性设备备的谐谐波源源。如在系系统和和用户户中存存在谐谐波干干扰，，将会会使系系统中中的电电压和和电流流发生生畸变变。供供电系系统中中的谐谐波源源主要要是谐谐波电电流源源，谐谐波电电流通通过电电网将将在电电网阻阻抗上上产生生谐波波电压压降，，从而而导致致谐波波电压压的产产生。。二、谐谐波波的评评价估估算第h次谐波波电压压含有有量和和第h次谐波波电流流含有有率按按下式式计算算：谐波电电压总总含量量UH和谐波波电流流总含含量IH按下式式计算算：式中，，Uh为第h次谐波波电压压（方方均根根值））；U1为基波波电压压（方方均根根值））；Ih第h次谐波波电流流（方方均根根值））；I1为基波电电流（方方均根值值）。电压总谐谐波畸变变率THDu和电流总总谐波畸畸变率THDi按下式计计算：谐波电压压限值及及谐波电电流允许许值的规规定值可可参考GB/T14549-1993《电能质量量公公用电网网谐波》。三、并联联电容器器对谐波波的放大大作用在供电系系统中，，并联电电容器作作为无功功补偿设设备已得得到了广广泛的应应用。系系统中的的电容器器，一方方面由于于其谐波波阻抗小小，系统统高次谐谐波电压压会在其其中产生生明显的的高次谐谐波电流流，使电电容器过过热，严严重影响响其使用用寿命；；同时电电容器的的切入使使用也可可能引起起系统谐谐波严重重放大。。对于整流流装置，，hmin=5，可取XLR=(5～6)%XC，对于含含有三次次谐波的的系统，，可取XLR=(12～13)%XC。在含有有谐波波的供供电系系统中中，应应注意意适当当选择择其电电容器器的参参数，，防止止其出出现过过电流流和过过电压压，同同时兼兼顾无无功补补偿的的要求求和消消除谐谐波放放大，，可在在电容容器支支路串串联电电抗器器，通通过选选择电电抗器器值使使电容容器回回路在在最低低次谐谐波频频率下下呈现现出感感性如如图所所示。。四、、高高次次谐谐波波的的抑抑制制高次次谐谐波波的的抑抑制制方方法法：：1．增增加加整整流流装装置置的的相相数数2．装设无源电电力谐波滤波波器无源电力谐波波滤波器由电电力电容器，，电抗器和电电阻器按一定定方式连接而而成。二阶高通滤波器单调谐滤波器双调谐滤波器一阶高通滤波器三阶高通滤波器C形高通滤波器3．装设有源电电力滤波器有源电力滤波波器分并联型型和串联型两两种，实际应应用中多为并并联型。并联型有源电电力滤波器是是一种向电网网注入补偿谐谐波电流，以以抵消负荷所所产生的谐波波电流的滤波波装置，其主主要电路由静静态功率变流流器（逆变器器）构成，故故具有半导体体功率变流器器的高可控性性和快速响应应性。谐波电流的补补偿第五节供供电系统的三三相不平衡一、基本概念念：在三相供电系系统中，当电电流和电压的的三相相量间间幅值不等或或相位差不为为1200时，则三相电电流和电压不不平衡。三、危害：三相不平衡对对供用电设备备将带来危害害。（1）感应电动机机：负序电压压在电动机中中产生反向转转矩从而降低低了电动机的的有用输出转转矩；负序电电压产生负序序电流。（2）变压器：变变压器容量不不能充分利用用。（3)变流装置：整整流装置会产产生较大的非非特征谐波，，进一步影响响电能质量。。二、原因：供电系统的三三相不平衡主主要是由三相相负荷不对称称所引起的。。电流和电压压不平衡现象象有短时的（（一相不对称称短路，断线线等），也有有持续的（一一相非对称运运行方式；以以及非对称负负荷等）。五、三相不平平衡的补偿：：首先将单相负负荷平衡地分分布于三相中中，同时要考考虑到用电设设备功率因数数的不同，尽尽量兼顾有功功功率与无功功功率均能分分布。在低压压系统中，各各相安装的单单相用电设备备其各相之间间容量最大值值与最小值之之差不应超过过15%。四、三三相不不平衡衡度：：三相不不平衡衡程度度通常常用不不平衡衡系数数表示示。式中，，εU%、εI%表示电电压及及电流流的不不平衡衡系数数；U1、U2和I1、I2表示正正、负负序电电压和和正、、负序序电流流。第六节节供供电电系统统的无无功功功率补补偿一、功率因因数定定义1．瞬时时功率率因数数监测负负荷用用。2．平均均功率率因数数调整电电费用用。3．最大大负荷荷时的的功率率因数数确定需需要无无功补补偿容容量用用。二、无无功补补偿容容量的的确定定QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφφ-tanφ’)QN.C稳态无无功功功率补补偿设设备，，主要要有同同步补补偿机机和并并联电电容器器（自自愈式式）。。三、无无功补补偿装装置的的选择择低压并并联电电容器器装置置根据据负荷荷变化化相应应自动动循环环投切切的电电容器器组数数，在在无功功补偿偿容量量QN.C确定后后可根根据选选定