電能質(zhì)量 第3章下

1、電能質(zhì)量 第3章下傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析與改善措施概述供電電壓偏差電力系統(tǒng)頻率偏差三相電壓不平衡供電中斷與供電可靠性第三節(jié) 電力系統(tǒng)頻率偏差頻率是電能質(zhì)量重要指標(biāo)之一頻率偏差的定義：在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值之差稱為系統(tǒng)的頻率偏差： 電力系統(tǒng)的頻率變化是指基波頻率偏離規(guī)定正常值的現(xiàn)象。頻率偏差的限值：我國國標(biāo)GB/T 15945-2008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差正常允許值為 ，當(dāng)系統(tǒng)容量較小可放寬到 ，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定：用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過 。在保證近區(qū)電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行和用戶正常供電的情況下，可以根據(jù)沖擊負(fù)荷的性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件適當(dāng)變動(dòng)限

2、制。頻率偏差產(chǎn)生的原因系統(tǒng)負(fù)荷功率總需求（包括電能傳輸環(huán)節(jié)的損耗）與系統(tǒng)電源的總供給相平衡時(shí)，才能維持所有發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的恒定。當(dāng)發(fā)電機(jī)與負(fù)荷間出現(xiàn)有功功率不平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率就會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，出現(xiàn)頻率偏差。發(fā)電機(jī)總輸出有功負(fù)荷對有功的需求，頻率上升發(fā)電機(jī)總輸出有功負(fù)荷對有功的需求，頻率下降只有發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率=負(fù)荷對有功功率的需求時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際頻率才稱為標(biāo)稱頻率，頻率偏差為0。偏差過大的危害系統(tǒng)頻率偏差過大對用電負(fù)荷的危害產(chǎn)品質(zhì)量沒有保證工業(yè)企業(yè)降低勞動(dòng)生產(chǎn)率機(jī)械工業(yè)使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行?，F(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)頻率偏差過大對電力系統(tǒng)的危害降低發(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

3、崩潰；汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生葉片共振；處于低頻率系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)和變壓器會(huì)給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難；頻率下降，電容器無功出力成比例降低，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整；頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。電力系統(tǒng)調(diào)整和控制：電力系統(tǒng)調(diào)整：電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，通過改變發(fā)電機(jī)的輸出功率使系統(tǒng)的頻率變動(dòng)保持在允許偏差范圍內(nèi)的過程。電力系統(tǒng)控制：電力系統(tǒng)在非正常運(yùn)行方式下，針對頻率異常所采取的調(diào)頻措施。電力系統(tǒng)頻率調(diào)整：頻率調(diào)整包括頻率的一次調(diào)整和二次調(diào)整。一次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器，對于變動(dòng)幅度?。?.1%-0.5%）、變動(dòng)周期短（10s以內(nèi)）的頻率偏差所做的調(diào)整。二次調(diào)整：利用發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻

4、器，對于變動(dòng)幅度較大（0.5%-1.5%）、變動(dòng)周期較長（10s-30min）的頻率偏差所做的調(diào)整。擔(dān)任二次調(diào)頻任務(wù)的發(fā)電廠（機(jī)組）稱為調(diào)頻廠（機(jī)組），滿足以下條件的發(fā)電廠（機(jī)組）易選作調(diào)頻廠（機(jī)組）：足夠可調(diào)容量和調(diào)整范圍；足跡調(diào)整速度快；調(diào)頻輸出功率滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定要求；經(jīng)濟(jì)性能好。電力系統(tǒng)常用大容量發(fā)電機(jī)組分為三類：水輪發(fā)電機(jī)組火力發(fā)電機(jī)組核能發(fā)電機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組輸出功率的調(diào)整范圍較大，一般可達(dá)額定容量的50%以上，機(jī)組調(diào)整速度快，調(diào)整上升速遞員可達(dá)80-100MW/min。從空載到輸出額定功率可以在1min完成，而且操作安全、快捷?？菟竟?jié)，電力系統(tǒng)選擇水電廠作為主調(diào)頻廠，效率較低的汽

5、輪發(fā)電機(jī)組擔(dān)任輔助調(diào)頻機(jī)組；豐水季節(jié)，為了充分利用水資源，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)組是特殊形式的水輪發(fā)電機(jī)組，其啟停及功率調(diào)整速度很快。系統(tǒng)處于低谷負(fù)荷：機(jī)組吸收系統(tǒng)多余電能，把下水庫的水抽到上水庫，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲(chǔ)起來；系統(tǒng)處于高峰負(fù)荷：機(jī)組利用上水庫的水進(jìn)行發(fā)電，將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能輸送到系統(tǒng)。抽水蓄能機(jī)組出擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)頻任務(wù)外，還起到“削峰填谷”、調(diào)相以及事故備用的作用。但抽水蓄能電站的不足之處時(shí)電站自身的經(jīng)濟(jì)效率較差。頻率的二次調(diào)整手動(dòng)調(diào)頻：調(diào)頻廠由值班人員根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的大

6、小改變調(diào)頻機(jī)組調(diào)速器的整定值，從而改變調(diào)頻機(jī)組的處理。缺點(diǎn)：調(diào)頻速度慢，操作繁瑣。自動(dòng)調(diào)頻：通過裝在調(diào)頻廠和調(diào)度所的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）裝置實(shí)現(xiàn)的。恒定頻率控制（FFC）橫交換功率控制（FTC）聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差控制（TBC）電力系統(tǒng)頻率控制電力系統(tǒng)在非正常運(yùn)行方式下。系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)異常，嚴(yán)重偏離額定頻率。可能出現(xiàn)頻率異常的原因：故障后系統(tǒng)失去大量電源，或系統(tǒng)解列，且解列后的局部系統(tǒng)有功功率失去平衡；氣候變化或意外災(zāi)害使負(fù)荷發(fā)生突變；在供應(yīng)不足的系統(tǒng)中缺乏有效控制負(fù)荷的手段；高峰負(fù)荷間，發(fā)電處理的增長速度低于負(fù)荷的增長速度，低谷負(fù)荷期間，發(fā)電最小出力大于總負(fù)荷；大型沖擊負(fù)荷造成的頻率波動(dòng)。頻率異

7、常時(shí)采用以下頻率控制措施：具有足夠的負(fù)荷備用和事故備用容量；裝設(shè)直接控制用戶負(fù)荷的裝置，備有事故拉閘序位表；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)低頻減載裝置），和在可能被解列而導(dǎo)致功率過剩的地區(qū)裝置按頻率升高自動(dòng)切除發(fā)電機(jī)（自動(dòng)高頻切機(jī)裝置）。頻率調(diào)整與電壓調(diào)整差異：全系統(tǒng)頻率相同，而系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓各不相同；系統(tǒng)頻率質(zhì)量主要由有功功率平衡狀況決定，系統(tǒng)電壓質(zhì)量主要由無功功率平衡狀況決定；調(diào)整頻率只有改變發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)功率這唯一的措施。三相對稱與不平衡的概念三相系統(tǒng)可分為是對稱三相系統(tǒng)和不對稱三相系統(tǒng)。對稱三相系統(tǒng)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120的系統(tǒng)。不

8、同時(shí)滿足這三個(gè)條件的系統(tǒng)為不對稱三相系統(tǒng)。第四節(jié) 電壓三相不平衡（3-24）（3-25）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)。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)；不平衡三相系統(tǒng)：在任意時(shí)刻，三相瞬時(shí)總功率是時(shí)間的函數(shù)。式中：經(jīng)代入，式（3-28）為：公式（3-29）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)，即對稱三相系統(tǒng)也是平衡三相系統(tǒng)。對于三相系統(tǒng)，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。三相不平衡度的定義三相系統(tǒng)的電量可分解為正序分量，負(fù)序分量，零序分量三個(gè)對稱分量。在正常運(yùn)行下，電量的負(fù)序分量方均根值與正序分量方均根值之比定義為該電量的三相不平衡度

9、，用 表示。電壓、電流不平衡度：其中：要計(jì)算不平衡度，首先要計(jì)算正序、負(fù)序分量以及相位，這樣的運(yùn)算較繁瑣。在實(shí)際計(jì)算中，往往只知道三相電量的數(shù)值。對不含零序系統(tǒng)，計(jì)算三相不平衡度為： 其中：估算不對稱負(fù)荷造成的三相電壓不平衡度：其中： 國標(biāo)GB/T 15543-2008電能質(zhì)量 三相電壓不平衡規(guī)定：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)（PCC點(diǎn)）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%，短時(shí)不得超過2.6%。三相不平衡度限值 三相不平衡產(chǎn)生原因電力系統(tǒng)三相不平衡分為事故性不平衡和正常性不平衡。事故性不平衡：系統(tǒng)中各種非對稱

10、性故障引起，比如：單相接地短路、兩相接地短路或兩相相間短路等。事故性不平衡一般需要保護(hù)裝置切除故障元件，經(jīng)故障處理后才能重新恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，供電環(huán)節(jié)（主要是供電線路）的不平衡和用電環(huán)節(jié)（負(fù)荷不對稱）的不平衡都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)三相不平衡。供電線路不平衡：由于供電線路中間相導(dǎo)線的導(dǎo)納高于其余兩相的導(dǎo)納，最終導(dǎo)致供電線路處于不平衡。負(fù)荷不對稱：由于單相大容量負(fù)荷（電氣化鐵路，電弧爐和電焊機(jī)等）在三相系統(tǒng)中的容量和電氣位置分布不合理。三相不平衡產(chǎn)生原因三相不平衡的危害 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)序電壓產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和輸出功率下降，還可能引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)。變壓器變壓器處于不平

11、衡負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，如果其中一相電流已先達(dá)到變壓器額定電流，則其余兩相電流只能低于額定電流，此時(shí)變壓器容量得不到充分利用。換流器三相電壓不平衡使換流器的觸發(fā)角不對稱，換流器將產(chǎn)生較大的非特征諧波。非特征諧波電流的出現(xiàn)對換流器的諧波治理提出更高要求，直接導(dǎo)致?lián)Q流器總投資增大。繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置三相不平衡系統(tǒng)中的負(fù)序分量偏大，可能導(dǎo)致一些作用于負(fù)序電流的保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此外，系統(tǒng)三相不平衡還會(huì)使某些負(fù)序啟動(dòng)元件對系統(tǒng)故障的靈敏度下降。三相不平衡的危害 線損在三相不平衡系統(tǒng)中，線路除正序電流產(chǎn)生的正序功率損耗外，還有負(fù)序電流及零序電流產(chǎn)生的附加功率損耗，因此加大了線路的總損

12、耗，降低了電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。計(jì)算機(jī)在低壓三相四線制系統(tǒng)中，三相不平衡引起中性線上出現(xiàn)不平衡電流，中性點(diǎn)電位會(huì)產(chǎn)生漂移。嚴(yán)重的零電位漂移對計(jì)算機(jī)產(chǎn)生電噪聲干擾，可能使計(jì)算機(jī)無法正常工作。三相不平衡的危害 改善三相不平衡的措施將不對稱負(fù)荷合理分布于三相中，使各相負(fù)荷盡可能平衡：其中P1=5MW, S2=15+j7MVA, S3=10+j2MVA, S4=20+j9MVA, S5=25+j8MVA。采用(a)所示負(fù)荷分配方式比采用(b)所示的負(fù)荷分配方式更有利于系統(tǒng)三相平衡。 將不對稱負(fù)荷分散接于不同的供電點(diǎn)，減少集中連接造成的不平衡度過大。將不對稱負(fù)荷接入高一級電壓供電。電壓等級越高，系統(tǒng)短路

13、容量越大，不對稱負(fù)荷在系統(tǒng)總負(fù)荷中所占比例就越小。將不對稱負(fù)荷采用單獨(dú)的變壓器供電。采用特殊接地的平衡變壓器供電。改善三相不平衡的措施加裝三相平衡裝置。實(shí)現(xiàn)三相平衡原理電路如圖所示：設(shè)ab間接有單相用電負(fù)載，在該負(fù)載上并聯(lián)電納，使ab相等效負(fù)載呈電阻性。然后在bc間介入容性電納，在ca間接入感性電納。改善三相不平衡的措施P74 例3-1額定電壓為380V的3臺單相負(fù)荷，其參數(shù)如下：負(fù)荷I:7.6kVA,cos=1;負(fù)荷II:7.6kVA,cos=0.866;負(fù)荷III:7.6kVA,cos=0.707;試求不同接線方式時(shí)的三相電流不平衡度:供電可靠性常用指標(biāo)供電可靠性是指供電系統(tǒng)連續(xù)供電的能力

14、，是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。供電可靠性常用指標(biāo)供電可靠率用戶平均停電時(shí)間第五節(jié) 供電中斷與供電可靠性用戶平均停電次數(shù)用戶平均故障停電次數(shù)供電可靠率參考指標(biāo)用戶平均故障停電時(shí)間故障停電平均持續(xù)時(shí)間平均停電用戶數(shù)故障停電平均用戶數(shù)供電可靠率（%）年均停電時(shí)間供電可靠率（%）年均停電時(shí)間99.9（稱為3個(gè)9）8.76h99.99999（稱為7個(gè)9）3.15s99.99（稱為4個(gè)9）52.56min99.999999（稱為8個(gè)9）0.32s99.999（稱為5個(gè)9）5.26min99.9999999（稱為9個(gè)9）31.54ms99.9999（稱為6個(gè)9）31.54s表3-8 供電可靠率和平均停電時(shí)

15、間的關(guān)系我國從1997年開展的大規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造以來，用戶供電可靠性大為提高。到2002年時(shí)，城市用戶供電可靠率為99.92%，較1997年提高了0.185個(gè)百分點(diǎn)。上述供電可靠性指標(biāo)中的停電是指長時(shí)間供電中斷，即供電電壓幅值為零，且持續(xù)時(shí)間超過5min的現(xiàn)象。長時(shí)間供電中斷稱為供電中斷。我國近幾年大規(guī)模的城市電網(wǎng)改造使一些城市欲安排供電中斷次數(shù)明顯增加，隨著電網(wǎng)改造的結(jié)束，預(yù)安排供電中斷的次數(shù)必然下降。故障供電中斷是指故障或故障后保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作引起的突然供電中斷，具有很大的偶然性，所以對用戶和供電系統(tǒng)造成影響很大。供電企業(yè)為維護(hù)供電系統(tǒng)正常工作，對電氣設(shè)施進(jìn)行定期或不定期的維護(hù)、檢修，

16、或?yàn)闈M足系統(tǒng)改、擴(kuò)建須有而又計(jì)劃實(shí)施的供電中斷時(shí)不可避免的。供電中斷的危害電力系統(tǒng)供電中斷將使全系統(tǒng)的有功功率和無功功率的平衡遭到破壞，系統(tǒng)頻率及電壓嚴(yán)重偏離正常值，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰和電壓崩潰。電力系統(tǒng)供電中斷還會(huì)對國民經(jīng)濟(jì)其他行業(yè)產(chǎn)生重大影響。供電中斷產(chǎn)生的原因以及提高供電可靠性的措施電力系統(tǒng)故障是產(chǎn)生供電中斷的最主要原因。設(shè)備質(zhì)量缺陷系統(tǒng)中有些設(shè)備的運(yùn)行年限過長，導(dǎo)致設(shè)備性能老化。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境惡劣時(shí)，狠容易出現(xiàn)由于瓷套管和絕緣子閃絡(luò)放電而導(dǎo)致斷路器跳閘的事故。人員誤操作由于對有關(guān)的規(guī)章制度不熟悉，或存在麻痹大意思想，某些運(yùn)行人員不能嚴(yán)格按照制度進(jìn)行調(diào)度，從而引發(fā)事故。自然災(zāi)害雷擊

17、、閃電、大風(fēng)、暴雨、大霧、冰雹、酷熱、嚴(yán)寒以及山洪、泥石流等自然災(zāi)害惡化了系統(tǒng)中電氣設(shè)備的運(yùn)行條件。繼電保護(hù)誤操作隨著系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的逐步加強(qiáng)，二次設(shè)備對系統(tǒng)可靠性的影響越來越大，其設(shè)計(jì)及接線正確與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。運(yùn)行管理水平低電氣設(shè)備因檢修而退出運(yùn)行，必將導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性的下降。以下措施也有利于改善系統(tǒng)的供電可靠性：加強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，合理分布電源及其無功功率補(bǔ)償設(shè)備，提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力；采用自動(dòng)化程度很高的系統(tǒng)，裝設(shè)分散協(xié)調(diào)控制裝置等都是重要的技術(shù)措施；各負(fù)荷的供電方式，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷對供電可靠性的要求和地區(qū)供電條件確定。用電負(fù)荷分為三級：一級負(fù)荷：二級負(fù)荷：三級負(fù)荷：一級負(fù)荷：突然停電將造成人身傷亡，或在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，或在政治上造成重大不良影響的負(fù)荷。例如：重要交通和通信樞紐用電負(fù)荷，重點(diǎn)企業(yè)中的