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电能质量的性能指标与改善方法(电子学论文)(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/5/15 13:25:25   

1 电能质量概念

电能质量包括四个方面的相关术语和概念:电压质量(Voltagequality)即用实际电压与额定电压间的偏差(偏差含电压幅值,波形和相位的偏差),反映供电企业向用户供给的电力是否合格;电流质量(Current quality)即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求,并使电流波形与供电电压同相位,以保证系统以高功率因数运行,这个定义有助于 电网电能质量的改善,并降低网损;供电质量 (qualityofsupply)包含技术含义和非技术含义两个方面:技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量(qualityofservice)包括供电企 业对用户投诉的反应速度和电力价格等;用电质量(qualityofconsumption)包括电流质量和非技术含义,如用户是否按时、如数缴纳电费等,它反映供用双方相互作用与影响用电方的责任和义务。

一般地,电能质量的定义:导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰,概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用,电力系统中用电负荷结构发生改变,即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏,而电能作为商品,人们会对电能质量提出更高的要求,电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题,有关电能质量的问题已经成为电工领域的前沿性课题,有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。

2 电能质量指标

电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述,不同的指标有不同的定义,参考IEC标准、从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下:

(1)低频传导现象:谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡,电压暂降与短时断电,电网频率变化,低频感应电压,交流网络中的直流;

(2)低频辐射现象:磁场、电场;

(3)高频传导现象:感应连续波电压与电流,单向瞬态、振荡瞬态;

(4)高频辐射现象:磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态);

(5)静电放电现象。

对于以上电力系统中的电磁现象,稳态现象可以利用幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述,非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。

保障电能质量既是电力企业的责任,供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准;同时也是用户(拥有干扰性负荷)应尽的义务,即用户用电不得危害供电;安全用电;对各种电能质量问题应采取有效的措施加以抑制。

电能质量指标国内外大多取95%概率值作为衡量依据,并需指明监测点,这些指标特点也对用电设备性能提出了相应的要求。即电气设备不仅应能在规定的标准值之内正常运行,而且应具备承受短时超标运行的能力。

3 电能质量标准

综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的相关标准,中低压电能质量标准分5大类13个指标。

(1)频率偏差:包括在互联电网和孤立电网中的两种;

(2)电压幅值:慢速电压变化(即电压偏差);快速电压变化(电压波动和闪变);电压暂降(是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间(10ms~lmin)内下降到90%的额定值以下,然后又恢复到正常水平,会使用户的次品率增大或生产停顿);短时断电(又称电压中断,是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失(3min,电压中断使用户生产停顿,甚至混乱);长时断电;暂时工频过电压;瞬态过电压;

(3)电压不平衡;

(4)电压波形:谐波电压;间谐波电压;(由较大的波动或冲击性非线性负荷引起,如大功率的交一交变频,间谐波的频率不是工频的整数倍,但其危害等同于整数次谐波)。

(5)信号电压(在电力传输线上的高频信号,用于通信和控制)

我国迄今为止已颁布了6项电能质量指标的国标,概述如下:

3.1 电压允许偏差

用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的。当其端子上出现电压偏差时,其运行参数和寿命将受到影响,影响程度视偏差的大小、持续的时间和设备状况而异,电压偏差计算式如下:

电压偏差(%)=(实际电压一额定电压)/额定电压X100% (1)

《电能质量供电电压允许偏差》(GBl2325-1990)规定电力系统在正常运行条件下,用户受电端供电电压的允许偏差为:

(1)35kY及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的正负偏差绝对值之和不超过10%;

(2)10kV及以下高压供电和低压三相用户为额定电压的 7%~-7%;

(3)220V低压单相用户为额定电压的 7%~-10%。

衡量点为供用电产权分界处或电能计量点。

为了保证用电设备的正常运行,在综合考虑了设备制造和电网建设的经济合理性后,对各类用户设备规定了如上的允许偏差值,此值为工业企业供配电系统设计提供了依据。

在工业企业中,改善电压偏差的主要措施有三:

(1)就地进行无功功率补偿,及时调整补偿量,无功负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差,它是产生电压偏差的源,因此,就地进行无功功率补偿,及时调整补偿量,从源上解决问题,是最有效的措施。

(2)调整同步电动机的励磁电流。在铭牌规定值的范围内适当调整同步电动机的励磁电流,使其超前或滞后运行,就能产生超前或滞后的无功功率,从而达到改善网络负荷的功率因数和调整电压偏差的目的。

(3)采用有载调压变压器。从总体上考虑无功负荷只宜补偿到功率因数为0.90~0.95,仍然有一部分变化无功负荷要电网供给而产生电压偏差,这就需要分区采用一些有效的办法来解决,采用有载调压变压器就是有效而经济的办法之一。

3.2 公用电网谐波

谐波(Harmonic)即对周期性的变流量进行傅里叶级数分解,得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量,它是由电网中非线性负荷而产生的。《电能质量公用电网谐波》(GB/T14529-1993)中规定了各电压等级的总谐波畸变率,各单次奇次电压含有率和各单次偶次电压含有率的限制值。

该标准还规定了电网公共连接点的谐波电流(2~25次)注入的允许值;而且同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配,以体现供配电的公正性。

3.3 电压波动和闪变

电压波动(Fluctuation)即电压方均根值一系列的变动或连续的改变;闪变(Flick)即灯光照度不稳定造成的视感,是由波动负荷,如电弧炉、轧机、电弧焊机等引起的。

《电能质量电压波动和闪变))(GBl2326-2000)是在原来标准GBl2326-1990的基础上,参考了IEC电磁兼容(EMC)标准IECTl00-3-7等修订而成的,适用于由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能人对灯闪明显感觉的场合,该标准规定了各级电压下的闪变限制值。

3.4 三相电压不平衡

《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的PCC连接点的电压不平衡,该标准规定:电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%,短时不得超过4%,每个用户不得超过1.3%。而且该标准还解释:不平衡度允许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产(运行)周期中的实测值,例如炼钢电弧炉应在熔化期测量等。在确定三相电压允许不平衡指标时,该标准规定用95%概率值作为衡量值。即正常运行方式下不平衡度允许值,对于波动性较小的场合,应和实际测量的五次接近数值的算术平均值对比;对于波动性较大的场合,应和实际测量的95%的概率值对比;以判断是否合格。其短时允许值是指任何时刻均不能超过的限制值,以保证保护和自动装置的正确动作。

3.5 电网频率

《电能质量电力系统频率允许偏差》(GB/T15945-1995)中规定:电力系统频率偏差允许值为o.2Hz,当系统容量较大时,偏差值可放宽到 0.5Hz~-0.5Hz,标准中并没有说明系统容量大小的界限,而在《全国供用电规则》中有规定:"供电局供电频率的允许偏差:电网容量在3GW及以下者为0.2Hz;电网容量在3GW以上者为0.5Hz"。实际运行中,我国务跨省电力系统频率都保持在 0.1Hz~-0.1Hz的范围内,这点在电网质量中最有保障。

3.6 暂时过电压和瞬态过电压

由于开关操作(转载自中国教育文摘http://www.edUzhai.net,请保留此标记。)或雷击等原因引起,暂时过电压与瞬态过电压是直接危及电力设备安全运行的重要原因之一,以往只是对电器设备的耐压水平进行考核,而对电网中实际产生的过电压水平则无限制。电网的过电压水平也是电能质量的一个重要指标。

《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》GB/T18481-2001标准主要根据GB311.1,按过电压的波形特点分为两大类,因为是过电压波形,幅值和持续时间决定了对设备绝缘和保护装置的影响。"暂时过电压"是指其频率为工频或某谐波频率,且在其持续时间范围内无衰减或衰减慢的过电压;"瞬态过电压"为振荡的或非振荡的,通常衰减很快,持续时间只有几毫秒且为缓波前的(例如一些操作过电压)或几十个微秒且为快波前的(如雷电过电压)的过电压。虽然"操作过电压","雷电过电压"通常分别由操作(或故障)及雷电放电所引起,但其波形特征未必总是如此。例如:当变压器一侧有雷电波作用时,经绕组间耦合的电感性传递过电压,会有接近于操作过电压的缓波前;而当单相接地时,依照相间的电磁耦合,可在正常相上产生接近于雷电过电压的的快波前。因此,本标准中所谓的"操作"、"雷电"过电压是指可分别用缓波前的操作冲击和快波前的雷电冲击来代表的过电压。

来源:中国电能质量治理网
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