电能质量对工厂电气设备运行性能的影响

电能质量对工厂电气设备运行性能的影响摘要本文叙述了电网中影响电能质量的过电压、欠电压、电压不平衡度、电压波动和闪变、电压谐波等几个主要因素，分析了这些因素对电气设备运行性能的影响，指出节约电能不仅是采用一两件节能产品和设备，也要从关心电网电能质量入手。要从根本上提高电能质量减少消耗和浪费，保障用电的安全性，不仅是供电者的责任也是电力用户的责任。前言当前我国的国民经济正处于高速发展时期，工业生产对电力的需求也处于快速增长的阶段。国内工业生产用电量的平均增长速率已超过了国民经济的增长，也超过了电力发展建设的速度。电网供电能力难以满足用电需求，供求矛盾突出;供电能力的不足已成为国民经济发展的“瓶颈”供电的相对缺额，使得有些地区电网在电力供应过程中电压波动大、供电质量难以稳定。在用户侧各工业企业各自为政形成“散户”现象，使得电力管理的难度加大:01、各种大容量用电设备随意地的“投入”"切除"，这对本就蒲弱的电力供应网络形成负荷冲击造成电网电压的波动使供电质量难以稳定。02、用户不确定负荷的使用(如:单相负荷的大量使用或是带有整流器的负载等)以及电网可能出现的断相故障，造成供电电源的不平衡度加大。上述都是造成供电质量难以稳定和难以控制的因素。反过来供电质量的波动又可对工业企业用电设备造成相对影响，特别是对占工业用电80%左右的交流电动机的正常运行影响为最大，轻则损坏设备重则造成事故严重影响企业的安全生产。本文就电能质量对工厂电气设备运行性能的影响作一分析。影响电网电能质量的几个主要因素1、过电压和欠电压过电压和欠电压是电网中常见的影响电能质量的一种不正常运行现象。由于电网电压不可能始终稳定在一个额定的指标上，因此正常运行中电网的运行电压始终是围绕在额定值附近上下波动。当这一波动是在规程规定的范围内，我们就认为电能的电压质量是正常的，否则就是不正常的。过电压和欠电压是一个相对的概念，当运行电压高于额定值且超过上限的规定值时，我们就称为过电压;而低于额定值且超过下限的规定值时，我们就称为欠电压。一般易出现在如下的几情况中:1)电网的短路容量不够大电网的短路容量较小时(相对于网内用电负荷)，当用电负荷的大量增加或大量减少(如白班工作制或两班工作制的单位较多)时，均会造成电网电压的大幅度波动并超过规定值。而这种情况在某些区域变电站未扩容之前容易出现。2)电网内短时工作的重负荷较多当电网内短时工作的大型机械(非连续工作的机加工设备)启动投入或退出运行时，对电网潮流分布影响较大，造成电网运行电压的大幅波动。2、三相电压的不平衡度当电网中有不对称负荷或三相负荷不平衡时会导致电网中出现三相不对称的负荷电流，这种三相不对称的负荷电流在对称的系统内电抗上产生不对称的电压降，导致负荷终端的电压出现不平衡。另外，当电网出现异常故障(例如一相或两相断线或发生单相接地故障)时，会在三相电压中出现负序分量和零序分量，此时也会导致负荷终端的电压不平衡。三相电压的不平衡度是用负序分量比正序分量的百分数表示的。3、过电压和欠电压电压波动和电压闪变是两个不同的概念。1)电压波动指电网电压的幅值在一定范围内有规则的变动。这种波动有时是因某处电网的短路容量不够大，而用户有较大的交流电动机、大型的电力机车运行、大型电加热负荷投入或切除时造成电网内电流短时的较大变化，较大变化的负荷电流在电力系统的内阻抗上产生较大变化的电压降，从而导致用户终端电压的波动。2)电压的闪变在电网中能引起电压闪变的因素较多，如:1)当用户有大型交流电动机(电动机容量相对于电网的短路容量而言)直接在电网中启动时或大型的冲击负荷出现时，较大的冲击电流在电网内短路阻抗上产生较大的冲击电压降，从而引起电网内的电压产生短时的波动。2)电网内某处发生瞬间短路时，较大的短路冲击电流会引起电网电压的闪变。4、电压谐波造成电网电压中出现谐波分量的因素有两个方面：1)用户方面大量使用工作在非线性状态的电力电子设备。由于电力电子技术和计算机技术的迅速发展，使基于微处理器控制的电力电子设备，如:变频器、UPS电源、计算机系统得到迅速普及和发展;另外各种家用电器中的开关电源、日光灯电子镇流器等均为非线性电气设备的大量使用。2)电力系统中如电力变压器、交流电动机等有铁芯绕组的设备，在运行电压较高时使铁芯磁通的工作点进入非线性区域形成非线性负载，这时在非线性条件下产生的谐波电流向电网倒输，造成电网中含有谐波电压。因谐波形成的因素很复杂，故电网中各次谐波含量在不同时间段内是不同的，这对电网的运行管理也提出了更高的要求。电能参数对交流电动机运行性能的影响过电压和欠电压对电动机运行性能的影响1）过电压对电动机运行性能的影响当电网电压处于过电压运行时对交流电动机的运行安全将造成两方面的影响。1)过电压运行能使电动机铁芯损耗加大使铁芯过热交流电动机铁芯特性的设计，通常都使电流与磁通的工作点处于磁化特性饱和前的拐点处。这种将工作点设计在拐点的目的在于节省铁芯材料。因为工作点离饱和区越远，在磁通量不变的情况下所需要的铁芯截面积越大，即要产生的同样的磁通量所需要的铁芯材料越多。在满足使用的条件下，一般都将工作点选择在磁化特性的拐点处。2）欠电压对电动机运行性能的影响当运行电压较低时，可能使电动机处于过电流运行。因为当电网电压低于额定电压时，在电机铁芯特性上表现的是磁通量的减少，使工作点离开饱和区。这对变压器一类静设备的运行性能没有什么影响，但对交流电动机这种输出转矩带动工作设备运转的电器设备，就不能忽视其影响。这一点我们可以从交流电动机转矩与端电压的关系式入手分析:电动机的电磁转矩直接与电动机的外加电源电压U的平方成正比，因此当电源电压下降时其转矩的下降是很快的。在外部工作机械轴功率不变的情况下，电动机会因转速的降低使转差率升高，导致电机工作电流升高;当电动机处于高负载率运行或是电源电压下降较多时，可造成电动机运行电流超过额定电流，使电动机过热而降低使用寿命，严重时会使电动机堵转而损坏。三相电压的不平衡度对电动机运行性能的影响当电网中出现三相电压不平衡时会在负荷中出现3种序分量电流;即正序电流分量11、负序电流分量12和零序电流分量10。交流电动机的定子接线有形和Y形两种接线方式，不论哪一种接线方式，其中性点都不外引接地也不与中性线相连接。因此在三相交流异步电动机的运行中不存在霉席电流分量，只有正序和负序电流分量。电压波动和闪变对电动机运行性能的影响运行电压的大副波动或闪变时可能使电动机失去稳定运行条件。交流电动机在运行中最怕电网电压的大幅度波动，大的电压波动有可能造成交流电动机的堵转而烧毁电动机。当交流异步电动机在正常运行负荷较重时，遇到电网电压的大副波动而使电动机的最大转矩低于机械负载的工作转矩，电动机的工作点便落入不稳定区;电动机一但进入不稳定区而电压的恢复又不及时，则电动机只有形成堵转，其结果有可能烧毁电动机导致出现不应有的事故。结语本文介绍了电网中的几个主要电气参数及对电网供电质量的影响。通过分析说明了这些参数的稳定与否既决定了电网的供电质量也决定了用户在用电过程中的安全性。同时分析了占用电负荷80%以上的交流电动机，在这几个主要电能参数影响下的运行性能;分析结果指出这些参数的不稳定，导致电