供配电技术 第9章 节约用电与电力谐波

第9章节约用电与电力谐波内容提要：节约电能密切相关的重要技术指标有电力（电力荷率）、电量、功率因数与电力谐波含量等。主要的无功补偿手段有：电力电容器补偿静止补偿装置进相机补偿串联补偿等。电力谐波及补偿滤波措施。19.1

节约用电9.1.1节约用电的一般知识

1.节约用电的意义电力资源是进行生产建设的主要能源，在发展生产的同时，注意能源的节约。

2.实行计划用电的必要性电力生产的特殊性决定了必须实行计划用电。

3.节约用电工作的重要性29.1.2电力用户企业中的电能节约

节约电能重要技术指标是：电力（电力负荷率）、电量、功率因数与电力谐波含量。1.电力（电力负荷率）限制最大负荷，减小电力负荷曲线的峰谷差，可使电力系统的发、变电设备得到充分利用。平稳的负荷曲线将使配、变电设备及电网中的电能损耗为最小。设备的利用情况及其电能损耗的重要技术指标是负荷率α。3提高负荷率、降低最大负荷的技术措施有：电力用户全面节能以降低最大负荷。在不违反生产规律的条件下，通过改变某些关键的大型用电设备或生产工序的开工时间以降低最大负荷。加强自动控制及自动检测，使关键用电设备工作在负荷曲线的低谷时间。42.

电能质量

单位产品的耗电定额，供电系统中变、配电设备及线路上的电能损耗是合理节约电能的重要指标。

(1)利用工业余热发电供热。

(2)改进旧设备，提高效率及性能。

(3)缩短生产周期，增加产量，提高质量。

(4)减少工序和压缩每道工序所需时间。

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(5)改善工艺，改进操作。

(6)加强设备维修，减少机械磨损。

(7)减少工业用气、用风、用水的漏失。

(8)采用新技术、新工艺。

(9)在供电系统中采取措施节约电能，如减少电力用户变压器及线路损耗，提高系统的功率因数等。

(10)在确保安全基础采用经济运行方式。

69.1.3功率因数功率因数是供、配电环节中节能的一项重要技术措施，供电部门实际上是要求电力用户的均权功率因数不得低于《全国供用电规则》的规定。均权功率因数又称月平均功率因数，是以有功电能和无功电能为参数计算得到的功率因数，其计算公式为7例9-1某材料加工厂全年用电量为：有功电能450万度，感性无功电能230万度，容性无功电能50万度，请计算该厂的年平均计算负荷和平均功率因数。解

:该厂年平均负荷为：根据式（9-1）可得平均功率因数为：89.2供配电系统的无功补偿9.2.1电力用户的功率因数及对供电系统的影响在电力用户供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备从电力系统吸收有功功率，还吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。

功率因数是衡量电力用户供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。91.电力用户供电系统中常用的功率因数（1）瞬时功率因数

（2）均权平均功率因数

（3）自然功率因数（4）总功率因数

102.

功率因数对供电系统的影响

当供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大，即供电系统的功率因数降低将会引起：（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，因而增大了初投资费用。（2）由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大。11（3）由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，使得供电系统电压损失增加。（4）对发电设备，无功电流的增大，发电机转子的励磁电流增加，电压降低，过度增大激磁电流，则使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。此外原动机的出力是以有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率的增加，导致原动机的出力相对降低。129.2.2提高供配电系统的自然功率因数

提高自然功率因数的方法是通过降低各用电设备所需的无功功率来改善其功率因数，主要包括以下几方面:

正确选用异步电动机的型号和容量电力变压器不宜轻载运行适当采用同步电动机轻载绕线式异步电动机同步化运行139.2.3采用电力电容器无功补偿提高功率因数的方法

用电力电容器作无功补偿以提高功率因数，其电力电容器的补偿容量可用下式确定：

在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑到实际运行电压可能与额定电压不同（实际运行电压只能低于或等于额定电压），电容器能补偿的实际容量应按下式进行换算：

149.2.4并联电容的装设地点用户处的电容器补偿方式可分为就地补偿、分组（分散）补偿和集中补偿三种。15

高压集中补偿

这种方式是在地面变电所6~10kV母线上集中装设移相电容器组。

低压成组补偿

把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间动力变压器低压母线上。

分散就地补偿

将电容器组分别装设在各组用电设备或单独的大容量电动机处。

169.2.5

静止补偿提高功率因数的方法

①校正动态无功负荷的功率因数；②改善电压调整；③提高电力系统的静态和动态稳定性，阻尼功率振荡；④降低过电压；⑤稳定母线电压，减少电压闪烁，提高电压质量；⑥阻尼次同步振荡；⑦减少电压和电流的不平衡。17

1.晶闸管控制电抗器（TCR）TCR的基本原理图TCR的三相接线形式18

2.晶闸管投切电容器（TSC）TSC的基本原理图TSC的基本原理图193.复合开关投切电容器

实现电压过零导通和电流过零切断。适用于对低压无功补偿电容器的通断控制，由于投切电容无冲击电流，可实现快速无功补偿。基本工作原理是将晶闸管与磁保持继电器并接，使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管过零投切的优点，而在正常接通期间又具有接触器无功耗的优点。其原理见图

复合开关原理图

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4.静止无功发生器（SVG）

SVG通常分为电压型桥式电路和电流型桥式电路，电路的直流侧分别接电容和电感两种不同的储能元件。在交流侧，对电压型桥式电路，还需要串联电感才能并入电网；对电流型桥式电路，则需并联上电容器，以吸收换相产生的过电压。目前，大多数采用电压型桥式电路，简称其为SVG。SVG的电路基本结构215.进相机补偿进相机是一种用来对绕线式异步电动机进行就地无功补偿的节电装置，有自激式和它激式两种。进相机的基本工作原理是在电动机的转子回路中，增加一个导前于转子主电势90º的附加电势，从而使电动机的功率因数得到改善。这里主要介绍自激式进相机。自激式进相机结构简单、体积小巧、无需定子。进相机接入绕线式异步电动机转子回路运行时的接线如图：1M一绕线式异步电动机；2M一进相机拖动电机；FZ一进相机进相机接线示意图226.调节发电机的励磁电流进行无功补偿7.串联补偿串联补偿装置示意图239.3电力谐波及补偿滤波措施9.3.1电力谐波及其性质1．谐波的含义和性质国际上公认的谐波含义是：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数。”由于谐波的频率是基波的整数倍数，因此也常称它为高次谐波。242．电力系统谐波产生的原因及谐波源(1)供电系统中谐波产生的原因谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性，即所加的电压与产生的电流不成线性关系而造成的波形的畸变。(2)电力系统谐波源①系统中的各种非线性用电设备。②供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。③如荧光灯、家用电器等。④发电机发出的谐波电势。253.谐波对电气设备的影响和危害谐波的危害主要体现在以下几个方面:(1)谐波对旋转电机的影响(2)对无功补偿电容器引起谐振或谐波电流的放大(3)对供电网和导线增加电网的损耗(4)对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作(5)造成电能计量的误差(6)谐波电流在高压架空线路上的流动带来的问题(7)对断路器和熔断器的影响269.3.2有源补偿滤波理论有源补偿滤波理论就是：如果负载中无功能量不与电网交换，即电网不给负载提供无功功率，那么电网就只需给负载提供与电网同频同相的理想电流，从而达到补偿和滤波的双重目的。27有源无功补偿滤波系统的构成电源、负载和补偿滤波器的电流方向如图有源无功补偿滤波系统的构成示意图289.3.3供电系统中谐波抑制的方法抑制谐波的方法可分为：补偿的方法设置LC滤波器有源滤波器等改造谐波源的方法设法提高电力系统中主要的谐波源（即整流装置）的相数采用高功率因数整流器等。299.3.4电力谐波谐振与无功补偿

谐振是交流电路的一种特定工作状况，在由电阻、电感和电容组成的电路中，当电压相量与电流相量同相时，就称这一电路发生了谐振。

1.功率因数的进一步讨论

2.电力电容器的作用

3.谐波治理与无功补偿装置关系的分析30小结1.功率因数包括：（1）瞬时功率因数：其瞬时值可由功率因数表测得31

（2）均权平均功率因数：均权平均功率因数是指某一规定时间内功率因数的平均值。（3）自然功率因（4）总功率因数

322.

功率因数对供电系统的影响当供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大，即供电系统的