1、2020/6/21,.,1,傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,1 概述 20世紀(jì)70 年代以前，電力系統(tǒng)中使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的設(shè)備和電子裝置的數(shù)量不多，非線形負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷占系統(tǒng)負(fù)荷的比例很小，電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡和供電可靠性構(gòu)成了傳統(tǒng)電能質(zhì)量的主要內(nèi)容。 電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備是按額定電壓和額定頻率設(shè)計(jì)、制造的設(shè)備的運(yùn)行性能最優(yōu)、效率最高，反之，- 本章主要內(nèi)容： 電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡和供電可靠性的概念、產(chǎn)生的原因、相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)以及改善這些電能質(zhì)量指標(biāo)的常規(guī)方法。,2020/6/21,.,2,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,2 供電電壓偏差 一、 電壓偏差的定義 電

2、壓變動(dòng)-電壓的均方根值偏離額定值的現(xiàn)象稱為電壓變動(dòng)， 電壓偏差-僅僅針對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)而言。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，機(jī)組或負(fù)荷的投切所引起的系統(tǒng)電壓偏差并不大，其絕對值不大于標(biāo)稱電壓的10%。電壓偏差強(qiáng)調(diào)的是實(shí)際電壓偏離系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的數(shù)值，與偏差持續(xù)的時(shí)間無關(guān)。 過電壓和欠電壓-既可能出現(xiàn)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式，也可能出現(xiàn)在電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行方式，如故障狀態(tài)等。過電壓和欠電壓強(qiáng)調(diào)實(shí)際電壓嚴(yán)重偏離標(biāo)稱電壓，分別為高于標(biāo)稱電壓的110 %和維持在標(biāo)稱電壓的10 % 90% ，并且持續(xù)時(shí)間超過1min 。,2020/6/21,.,3,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,二 、電壓偏差的限值 35k

3、v及以上供電電壓的正、負(fù)偏差的絕對值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%。如供電電壓上下偏差同號(hào)時(shí)（均為正或負(fù)），按較大的偏差絕對值作為衡量依據(jù)。 20kv及以上三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的 7%。 220v單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。 三、電壓偏差產(chǎn)生的原因 系統(tǒng)無功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本原因。 電力系統(tǒng)的無功功率平衡是指：在系統(tǒng)運(yùn)行中的任何時(shí)刻，無功電源供給的無功功率與系統(tǒng)需求的無功功率相等。 系統(tǒng)無功功率不平衡意味著將有大量的無功功率流經(jīng)供電線路和變壓器。,2020/6/21,.,4,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,圖3-1(a)是當(dāng)不計(jì)線路分布電容影響時(shí)

4、一條供電線路的等值電路。 在110kv及以上電壓等級(jí)的輸電線路中， ， 母線的無功功率只要不平衡，無論出現(xiàn)無功不足還是過剩，均會(huì)導(dǎo)致母線的電壓偏離標(biāo)稱電壓。無功功率不平衡越嚴(yán)重，電壓偏差越大。,2020/6/21,.,5,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,四、 電壓偏差過大的危害 1、對用電設(shè)備的危害 系統(tǒng)中大量使用的異步電動(dòng)機(jī)，其電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比。 白熾燈設(shè)備、家用電器的使用效率和壽命。 2、對電網(wǎng)的危害 影響頻率穩(wěn)定：線路的靜態(tài)功率極限近似與線路的電壓平方成正比、系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低，輸電線路的功率極限大幅度降低，可能產(chǎn)生系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率崩潰，造成系統(tǒng)解列。 影響

5、電壓穩(wěn)定：如果電力系統(tǒng)缺乏無供電源，可能產(chǎn)生系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓崩潰。 影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：系統(tǒng)電壓偏低將使電網(wǎng)的有功損耗、無功功率損耗以及電壓損失大大增加；系統(tǒng)電壓偏高，超高壓電網(wǎng)的電暈損耗加大。,2020/6/21,.,6,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,五、改善電壓偏差的措施 保證電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓在正常水平的充分必要條件: 系統(tǒng)具備充足的無功功率電源，同時(shí)采取必要的調(diào)壓手段。 （一）配置充足的無功電源 1、同步發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)不僅能發(fā)出無功功率，同時(shí)也能吸收無功功率。 發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無功功率的速度快且不需要額外的投資，其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)能力不大。 發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行增大了系統(tǒng)靜態(tài)不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。

6、靜穩(wěn)極限 同時(shí)，進(jìn)相運(yùn)行使發(fā)電機(jī)的端部發(fā)熱加劇，對發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅。 同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行多用于超高壓系統(tǒng)輕載運(yùn)行時(shí)吸收系統(tǒng)多余無功功率，抑制系統(tǒng)電壓升高。,2020/6/21,.,7,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,2.同步調(diào)相機(jī) 并聯(lián)電容器 電容器只能輸出無功功率，其產(chǎn)生無功功率的大小可表示成 電容器具有有功損耗?。s為額定容量的0.3%0.5%）、設(shè)計(jì)簡單、容量組合靈活、安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便、投資省等優(yōu)點(diǎn)。 電容器調(diào)壓的缺點(diǎn)：正反饋的電壓調(diào)節(jié)特性不利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，此外，這種調(diào)壓是不連續(xù)的。 4.電抗器 圖3-4等值電路，每個(gè)電容產(chǎn)生的充電功率為線路 總充電功率的一半，即等于

7、,2020/6/21,.,8,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,當(dāng)線路輕載或空載運(yùn)行時(shí)，線路電抗中的無功損耗 很小，其數(shù)值可能等于或小于線路的充電功率。 當(dāng)線路電抗上消耗的無功功率與線路充電功率相等時(shí) ， 為零，此時(shí)線路傳輸?shù)挠泄β史Q為線路的自然功率。 高壓線路在輕載時(shí)，將會(huì)存在大量過剩的充電功率，從而使電壓升高。作為吸收容性無功功率的主要設(shè)備，電抗器一般并聯(lián)接入220kv以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)。 5.靜止無功補(bǔ)償裝置和靜止無功發(fā)生裝置 基于電力電子半控器件的靜止無功補(bǔ)償裝置（Static Var CompensatorSVC）和基于電力電子全控器件的靜止無功發(fā)生裝置（Static Var Gene

8、rationSVG）具有動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償特性。,2020/6/21,.,9,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC),2020/6/21,.,10,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,優(yōu)點(diǎn)：它們既可向系統(tǒng)輸出無功功率，也可吸收系統(tǒng)得無功功率。其動(dòng)態(tài)特性好，調(diào)壓速度快，調(diào)壓平滑，而且可實(shí)現(xiàn)分相無功補(bǔ)償，有功功率損耗也比較小。由于它們由靜止開關(guān)元件構(gòu)成，所以運(yùn)行維護(hù)方便、可靠性高。 缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)格普遍較高，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較欠缺（第七章介紹）。 （二）系統(tǒng)調(diào)壓手段 對電力系統(tǒng)電壓偏差的監(jiān)視與調(diào)整就是監(jiān)視與調(diào)整系統(tǒng)的電壓中樞點(diǎn)電壓。 電壓中樞點(diǎn)：將這些母線的電壓偏差控制在允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)中其他節(jié)點(diǎn)

9、的電壓及負(fù)荷電壓就能基本滿足要求。 -裝機(jī)容量較大的發(fā)電廠高壓母線，容量較大的變電所低壓母線，以及有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)母線。,2020/6/21,.,11,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,1. 電壓偏差的調(diào)整方式 中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式有三種，即逆調(diào)壓、順調(diào)壓和恒調(diào)壓。 逆調(diào)壓：在最大負(fù)荷時(shí)，提高中樞點(diǎn)電壓以補(bǔ)償線路上增加的電壓損失，最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓以防止受端電壓過高的電壓調(diào)整方式。 順調(diào)壓：在最大負(fù)荷時(shí)適當(dāng)降低中樞點(diǎn)電壓，最小負(fù)荷時(shí)適當(dāng)加大中樞點(diǎn)電壓的電壓調(diào)整方式。 恒調(diào)壓：又稱常調(diào)壓，是指無論負(fù)荷如何變動(dòng)，中樞點(diǎn)電壓基本保持不變的電壓調(diào)整方式。 目前中樞點(diǎn)常用的調(diào)壓方式是逆調(diào)壓。 2.電

10、壓偏差的調(diào)整手段 （1）用發(fā)電機(jī)調(diào)壓。簡單、經(jīng)濟(jì)、作用有限。采用逆調(diào)壓方式。,2020/6/21,.,12,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,（2）改變變壓器變比調(diào)壓。 目前，有載調(diào)壓變壓器已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，成為保證電壓質(zhì)量的主要手段。 裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器的前提是系統(tǒng)無功功率電源充足（無功電源缺額較大時(shí)，系統(tǒng)電壓水平偏低。用有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓，使變壓器二次側(cè)的電壓抬高。則無功缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主網(wǎng)上，使主電網(wǎng)電壓嚴(yán)重下降。這種情況極有可能引發(fā)電壓崩潰事故。） (3)改變線路參數(shù)調(diào)壓。 1)采用分裂導(dǎo)線。 2)串聯(lián)電容器。 1過補(bǔ)償、=1完全補(bǔ)償。,2020/6/21,.,13,3傳統(tǒng)電能

11、質(zhì)量分析與改善措施,六、電壓偏差的監(jiān)測與考核 安裝“電壓監(jiān)測儀” -直接監(jiān)測電壓的偏差，統(tǒng)計(jì)電壓合格率和電壓超限率。 電壓監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置原則： 設(shè)置足夠數(shù)量并具有一定代表性的電壓監(jiān)測點(diǎn)。,2020/6/21,.,14,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,3電力系統(tǒng)頻率偏差 一、頻率偏差定義： 二、頻率偏差限值： 我國電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.2Hz。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，頻率偏差值可以放寬到0.5Hz。 三、頻率偏差產(chǎn)生的原因： 系統(tǒng)有功功率不平衡（發(fā)電機(jī)與負(fù)荷間 ）是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因。 四、頻率偏差過大的危害： 1.系統(tǒng)頻率偏差過大對用電負(fù)荷的危害： (1)產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障。 (2)降低勞動(dòng)

12、生產(chǎn)率。 (3)使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行。,2020/6/21,.,15,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,2.系統(tǒng)頻率偏差大對電力系統(tǒng)的危害 (1)降低發(fā)電機(jī)組效率，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。 (2)汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞和斷裂 。 (3)頻率偏差大使感應(yīng)電能表的計(jì)量誤差加大、 電容器的無功出力降低、系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難。 五、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整和控制 1、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整 頻率的一次調(diào)整： 頻率的二次調(diào)整： 滿足以下條件的發(fā)電廠（機(jī)組）宜選作調(diào)頻廠(機(jī)組)： (1)足夠的可調(diào)容量和調(diào)整范圍；(2)機(jī)組調(diào)整速度快； (3)調(diào)頻

13、輸出的功率滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定要求，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性能好。,2020/6/21,.,16,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,在枯水季節(jié)，電力系統(tǒng)一般選擇水電廠作為主調(diào)頻廠，效率較低的汽輪發(fā)電機(jī)組擔(dān)任輔助調(diào)頻機(jī)組； 在豐水季節(jié)，一般水輪發(fā)電機(jī)組以額定功率發(fā)電，選擇中溫中壓凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組作為主調(diào)頻機(jī)組，高溫高壓凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組作為輔助調(diào)頻機(jī)組。 抽水蓄能機(jī)組是理想的調(diào)頻機(jī)組，常配合核電機(jī)組使用。抽水蓄能機(jī)組除擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)頻任務(wù)外，還起到系統(tǒng)“削峰填谷”、調(diào)相以及事故備用的作用。 頻率的二次調(diào)整：可經(jīng)運(yùn)行人員手動(dòng)操作或依靠自動(dòng)裝置來完成，分別稱為手動(dòng)調(diào)頻和自動(dòng)調(diào)頻。 自動(dòng)調(diào)頻是通過裝在調(diào)頻廠和調(diào)度所的自動(dòng)發(fā)電

14、控制（Automatic Generation Control AGC）裝置實(shí)現(xiàn)的,2020/6/21,.,17,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,2.電力系統(tǒng)頻率控制 電力系統(tǒng)在非正常運(yùn)行方式下（故障后系統(tǒng)失去大量電源，或系統(tǒng)解列等），系統(tǒng)頻率會(huì)出現(xiàn)異常，嚴(yán)重偏離額定頻率。 系統(tǒng)頻率異常時(shí)一般采取頻率控制措施： （1）電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有足夠的負(fù)荷備用和事故備用容量。 （2）自動(dòng)低頻減載裝置-在系統(tǒng)內(nèi)安裝按頻率降低自動(dòng)減負(fù)荷裝置。 自動(dòng)高頻切機(jī)裝置-可能被解列而導(dǎo)致功率過剩的地區(qū)裝設(shè)按頻率升高自動(dòng)切除發(fā)電機(jī)裝置。,2020/6/21,.,18,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,4電壓三相不平衡 一、三相

15、對稱與三相不平衡的概念 設(shè)三相系統(tǒng)的電流和電壓分別為 三相系統(tǒng)可分為對稱三相系統(tǒng)和不對稱三相系統(tǒng)。 對稱三相系統(tǒng)是指三相電量（電動(dòng)勢、電壓或電流）數(shù)值相等、頻率相同、相位互差 的系統(tǒng)。不同時(shí)滿足這三個(gè)條件的三相系統(tǒng)是不對稱三相系統(tǒng)。 三相系統(tǒng)的對稱性還表現(xiàn)為：在任意時(shí)刻，三相電量的瞬時(shí)值之和為零，用數(shù)學(xué)公式表示就是,2020/6/21,.,19,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,三相系統(tǒng)又可分為平衡三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)。在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率與時(shí)間無關(guān)，這樣的系統(tǒng)稱為平衡三相系統(tǒng)； 在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率是時(shí)間的函數(shù)，這樣的系統(tǒng)稱為不平衡三相系統(tǒng)。 一般說來，它不等于零。對于對稱三相系

16、統(tǒng)， 該式說明對稱三相系統(tǒng)在任意時(shí)刻的總瞬時(shí)功率是常數(shù)，也就是說對稱三相系統(tǒng)一定也是平衡三相系統(tǒng)。對于三相系統(tǒng)，系統(tǒng)的不對稱直接導(dǎo)致不平衡，所以不對稱三相系統(tǒng)和不平衡三相系統(tǒng)在使用上不作嚴(yán)格區(qū)分。,2020/6/21,.,20,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,二、三相不平衡度的定義 電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，電量的負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度，用符號(hào) 表示，即 工程上為了估算某個(gè)不對稱負(fù)荷在公共接地點(diǎn)上造成的三相電壓不平衡度，可用以下公式進(jìn)行近似計(jì)算 負(fù)荷電流的負(fù)序分量，A； 公共連接點(diǎn)的線電壓均方根值，kV； 公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA。,2020/6

17、/21,.,21,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,三、三相不平衡度的限值 國標(biāo)：公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過4%；接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶，引起該點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%。 四、三相不平衡產(chǎn)生的原因 電力系統(tǒng)三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類。 電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，供電環(huán)節(jié)的不平衡或用電環(huán)節(jié)的不平衡都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)三相不平衡。 供電系統(tǒng)的不平衡主要來自于供電線路的不平衡。 用的環(huán)節(jié)的不平衡是指系統(tǒng)中三相負(fù)荷不對稱所引起的系統(tǒng)三相不平衡。 三相負(fù)荷不對稱是系統(tǒng)三相不平衡的最主要因素-是單相大容量負(fù)荷（如電氣化鐵路、電弧爐和電焊機(jī)等）在三相

18、系統(tǒng)中的容量和電氣位置分別不合理。,2020/6/21,.,22,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,五、三相不平衡的危害 電壓、電流中含大量負(fù)序分量。 （1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。 （2）變壓器：容量得不到充分利用。 （3）換流器：換流器將產(chǎn)生較大的非特征諧波。 （4）繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)： （5）線損增加： （6）計(jì)算機(jī)：零電位漂移對計(jì)算機(jī)產(chǎn)生電噪聲干擾。 六、改善三相不平衡的措施 （1）將不對稱負(fù)荷合理分布于三相中，使各相負(fù)荷盡可能平衡。 （2）將不對稱負(fù)荷分散接于不同供電點(diǎn)。,2020/6/21,.,23,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,（3）將不對稱負(fù)荷分散接入高一級(jí)電壓供電。 （4

19、）將不對稱負(fù)荷采用單獨(dú)的變壓器供電。 （5）采用特殊接線方式的平衡變壓器供電。電氣化鐵路單相V，V結(jié)線 、斯科特（Scott）結(jié)線等。 （6）加裝三相平衡裝置。 5供電中斷與供電可靠性 供電中斷長時(shí)間供電中斷（1/5min） 一、供電可靠性常用指標(biāo) 1供電可靠性主要指標(biāo) (1)供電可靠率,2020/6/21,.,24,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,(2)用戶平均停電時(shí)間 (3)用戶平均停電次數(shù) (4)用戶平均故障停電次數(shù) 2.供電可靠性參考指標(biāo) (1)用戶平均故障停電時(shí)間 (2)故障停電平均持續(xù)時(shí)間。(3)平均停電用戶數(shù)。 (4)故障停電平均用戶數(shù),2020/6/21,.,25,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,2020/6/21,.,26,3傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施,供電中斷分類 （1）、預(yù)安排供電中斷: 計(jì)劃供電中斷-檢修、施工、用戶申請供電中斷 臨時(shí)供電中斷-臨時(shí)檢修、施工、用戶臨時(shí)申請供電中斷 限電系統(tǒng)