關(guān)于現(xiàn)代交通建筑中引發(fā)電能質(zhì)量問(wèn)題的思考

論壇會(huì)演講內(nèi)容關(guān)于現(xiàn)代交通建筑中引發(fā)的電能質(zhì)量問(wèn)題的思考邵民杰1主要內(nèi)容1．概述2．諧波產(chǎn)生的危害及治理3.

電壓驟降產(chǎn)生的危害及治理2?

1．概述?

近年來(lái)，隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，城市建筑包括交通建筑的建設(shè)也進(jìn)入持續(xù)發(fā)展時(shí)期，交通建筑包括機(jī)場(chǎng)、鐵路、港口、汽車、城市軌道交通、磁浮車站等建筑，交通建筑的主要特點(diǎn)就是旅客、貨郵吞吐量大，建筑物使用功能性強(qiáng)，電能負(fù)荷需求大，對(duì)電能的質(zhì)量有較高的要求，特別是大型機(jī)場(chǎng)、鐵路等現(xiàn)代交通建筑業(yè)3?

電能是現(xiàn)代社會(huì)中使用最廣泛的能源，電能質(zhì)量關(guān)系到各行各業(yè)及人們工作生活的正常用電，關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體效益?

目前電能質(zhì)量越來(lái)越受到現(xiàn)代新技術(shù)行業(yè)的重視，而現(xiàn)代交通建筑中的如：機(jī)場(chǎng)、高速鐵路、地鐵、磁浮等所涉及到的技術(shù)就越來(lái)越重視電能質(zhì)量，良好的電能質(zhì)量是保證電力設(shè)施和用電設(shè)備安全、可靠、高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。42．諧波產(chǎn)生的危害及治理?

現(xiàn)代交通建筑業(yè)中產(chǎn)生諧波的設(shè)備越來(lái)越多，電氣化鐵道會(huì)向公共電網(wǎng)注入大量的諧波，大量使用的變頻器、不間斷電源、EPS裝置、開關(guān)電源、變頻電源、計(jì)算機(jī)、照明調(diào)光設(shè)備、電子整流器、節(jié)能燈、電梯驅(qū)動(dòng)器、變壓器、鐵芯電抗器、可控硅控制裝置等也成為主要的諧波源。?

所謂諧波是指一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率（50Hz）的整數(shù)倍。在電網(wǎng)中如有大量非線性電氣設(shè)備運(yùn)行著，其電壓、電流波形已不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，而是有不同程度畸變的非正弦波5通常諧波電壓和諧波電流含量分別由下式表示：UI=U2hHh=

2=I2hHh=

2此外表征電壓、電流波形畸變程度的總諧波畸變率，是用周期性電氣量中的諧波含量與其基波分量有效值之比，用百分?jǐn)?shù)表示。電壓、電流總諧波畸變率分別表示為：THDU=

UH

/

U1THDI=

IH

/

I

16?

諧波的存在是對(duì)電網(wǎng)環(huán)境的污染，其對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備及周邊的通信系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：?

增加電力設(shè)施負(fù)荷，降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低用電設(shè)備的使用效率，增加電能損失。?

影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。?

諧波使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，影響電能質(zhì)量，使電網(wǎng)中的設(shè)備遭受損害。?

引起電網(wǎng)諧振。?

3的倍數(shù)次諧波電流會(huì)導(dǎo)致配電線路中的N線過(guò)載，使線纜過(guò)熱，破壞絕緣。?

諧波會(huì)改變繼電保護(hù)性能，導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器誤動(dòng)作，造成供電故障。?

諧波會(huì)干擾正常的通信系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，引起信號(hào)的丟失等7?由于現(xiàn)代交通建筑中各種非線性設(shè)備的大量采用，產(chǎn)生了較多的諧波，因此如何把諧波分量降低到限定的范圍內(nèi)是保證電能質(zhì)量穩(wěn)定的一項(xiàng)重要任務(wù)。?以往設(shè)計(jì)建造的一些交通建筑中，曾發(fā)生過(guò)由于不注意諧波的存在及其危害從而導(dǎo)致工程在正常運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)保護(hù)開關(guān)誤動(dòng)作，線纜發(fā)熱絕緣受損，控制器控制程序失靈，計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作等情況。?國(guó)內(nèi)也曾發(fā)生過(guò)某機(jī)場(chǎng)由于大量的諧波干擾，而導(dǎo)致供電系統(tǒng)較大面積故障的極端事件，給用戶造成了不小的損失。8?

常用的減少諧波的基本技術(shù)措施主要包括：–

將非線性負(fù)荷單獨(dú)或成組放置在配電系統(tǒng)的上游，以遠(yuǎn)離敏感負(fù)荷；–

建立隔離電源，通過(guò)隔離變壓器為非線性負(fù)荷供電；–

采用Dyd結(jié)線的三圈變壓器，阻止5次和7次諧波向上游電網(wǎng)擴(kuò)散；–

加裝電抗器來(lái)抑制諧波，減小其對(duì)電網(wǎng)的影響；–

選擇合適的接地方式如TN-S系統(tǒng)等。?

除了我們常用的基本技術(shù)措施外，還可采用專門的措施用于抑制諧波的危害主要方式可有兩種：?

一是對(duì)可能產(chǎn)生的諧波源設(shè)備進(jìn)行限制或進(jìn)行改進(jìn)，使改進(jìn)后的設(shè)備產(chǎn)生的諧波限定在規(guī)定的范圍內(nèi)，?

另一種是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)對(duì)出現(xiàn)的諧波進(jìn)行有效補(bǔ)償9?其主要方法常有：?裝設(shè)無(wú)源濾波器?傳統(tǒng)的抑制高次諧波的方法，是采用LC無(wú)源濾波器。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，投入及運(yùn)行成本較低，在較寬的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)為低阻抗，可抑制多個(gè)頻率的諧波，在吸收高次諧波的同時(shí)又可進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，能夠改善負(fù)載的功率因數(shù)。?裝設(shè)有源濾波器?有源濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，它的應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)。10?通常其具有以下特點(diǎn)：?A．實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有快速的響應(yīng)；?B．可同時(shí)對(duì)諧波和無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償；且補(bǔ)償無(wú)功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；?C．即使補(bǔ)償對(duì)象電流過(guò)大，有源濾波器也不會(huì)發(fā)生過(guò)載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用；?D．受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；?E．能跟蹤電網(wǎng)頻率變化，補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響；?F．即可對(duì)一個(gè)諧波和無(wú)功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行集中補(bǔ)償。11?

3

電壓驟降產(chǎn)生的危害及治理?

所謂電壓驟降也稱電壓暫降(voltage

sag

or

voltage

dip)

是指供電電壓有效值的突然快速下降或幾乎完全損失，然后又回升至正常值附近?

電壓驟降一般采用保留電壓和持續(xù)時(shí)間來(lái)說(shuō)明?

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將其定義為供電電壓有效值快速下降到其額定值的90％～1％，而后又快速恢復(fù)到額定值的90％以上?

持續(xù)時(shí)間為10ms到數(shù)拾秒不等12電

壓

下

降

低至90%及以下即

視

為

暫

降電壓恢復(fù)達(dá)到90%以上即視為暫降結(jié)束三相電壓中最低的降幅即視為暫降的降幅13?

電壓驟降是電能質(zhì)量中出現(xiàn)的常見問(wèn)題，造成電壓驟降的原因很多?

相對(duì)于完全斷電現(xiàn)象，電壓驟降發(fā)生的幾率要遠(yuǎn)高于完全斷電情況?

電壓驟降對(duì)許多用戶特別是民用建筑用戶的影響很小，有的甚至也覺(jué)察不出它的發(fā)生?

一些對(duì)電壓驟降非常敏感的用戶及設(shè)施（例如：半導(dǎo)體行業(yè)、數(shù)字電子控制設(shè)備、IT產(chǎn)業(yè)設(shè)備企業(yè)等）一旦發(fā)生電壓驟降，有時(shí)所帶來(lái)的損失將是巨大的?

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐洲和美國(guó)，電力部門與用戶對(duì)電壓驟降的關(guān)注程度甚至要比對(duì)其它有關(guān)電能質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)注程度強(qiáng)得多14?

敏感電力用戶開始認(rèn)識(shí)到一味地要求電力公司從供電側(cè)提高供電可靠性對(duì)解決電壓驟降問(wèn)題意義并不大?

逐步地轉(zhuǎn)而將焦點(diǎn)放到設(shè)備生產(chǎn)商和用電設(shè)備上?

目前，國(guó)外針對(duì)電壓驟降問(wèn)題的解決策略通常為：?

按照電能質(zhì)量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，逐步由原來(lái)要求從供電側(cè)來(lái)解決問(wèn)題，轉(zhuǎn)變成深入到生產(chǎn)設(shè)備來(lái)解決問(wèn)題?

理論上來(lái)說(shuō)，在任何一級(jí)設(shè)備上治理都可以達(dá)到改善電能質(zhì)量的目的，但是所花費(fèi)的硬件費(fèi)用與時(shí)間卻不同15①

電力公司解決②

整個(gè)企業(yè)解決③

解決整條生產(chǎn)線④

解決敏感設(shè)備⑤

解決敏感設(shè)備控制部分16?

雖然對(duì)于公共、民用建筑而言，對(duì)電壓驟降的發(fā)生并不敏感?

我們的電氣設(shè)計(jì)中也并未刻意地要求去如何應(yīng)對(duì)、防止電壓驟降的現(xiàn)象?

但是對(duì)于一些比較重要的，對(duì)供電質(zhì)量有較高要求的公共建筑，忽略電壓驟降的存在及造成的影響，確實(shí)會(huì)給用電設(shè)施及運(yùn)行管理帶來(lái)不同程度的危害17公共交通建筑中所面臨的電壓驟降問(wèn)題18?

國(guó)內(nèi)某國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓

：簽于機(jī)場(chǎng)的重要性，整個(gè)機(jī)場(chǎng)航站樓的供電可靠性要求非常高?

從多年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行情況看，供電的可靠性及保證率是很高的，極少發(fā)生供電完全中斷的情況?

與此高可靠性情況相反，由供電電網(wǎng)上出現(xiàn)的電壓驟降的現(xiàn)象平均每年會(huì)發(fā)生10~20次?

而航站樓一旦發(fā)生電壓驟降的現(xiàn)象，對(duì)樓內(nèi)設(shè)施影響較大的要數(shù)對(duì)電壓驟降非常敏感的電子信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理設(shè)施、行李處理系統(tǒng)以及自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行步道等?

電子信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理等設(shè)施的電源前端都配置了UPS裝置，免受了電壓驟降的危害?

行李處理系統(tǒng)的傳運(yùn)設(shè)備，自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行步道等由于供電側(cè)并無(wú)任何防電壓驟降的措施，所以易遭受不同程度的影響19電壓驟降的治理對(duì)策?

由于不同用電設(shè)備對(duì)電壓驟降的容忍度不同，而目前全球電力行業(yè)在運(yùn)營(yíng)中尚無(wú)法完全避免電壓驟降的發(fā)生?

對(duì)于一些對(duì)電壓質(zhì)量要求較嚴(yán)格，電壓驟降造成影響大的設(shè)施近年來(lái)各先進(jìn)國(guó)家的重要用戶大多從自身考慮進(jìn)行必要的預(yù)防和治理措施，以提高對(duì)電壓驟降的容忍度?

就目前，既然電壓驟降的治理，單從電力供應(yīng)的源頭上去考慮已是無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)或者所花費(fèi)的成本也不允許這樣做?

有效的方法只能是用戶從自身設(shè)備或局部配電系統(tǒng)去進(jìn)行末端治理，這樣所花費(fèi)的代價(jià)及帶來(lái)的效果要遠(yuǎn)優(yōu)于單從電力系統(tǒng)源頭上去進(jìn)行治理20?對(duì)于自動(dòng)扶梯，自動(dòng)人行步道，最具成本效益的方法是在選擇這些設(shè)施時(shí)注意要求設(shè)備商能盡量減少自動(dòng)扶梯，自動(dòng)人行步道因突發(fā)電壓驟降引起跳閘時(shí)而出現(xiàn)的強(qiáng)烈顛簸，確保乘客安全?為完全避免這些故障的發(fā)生，可采取措施進(jìn)行治理。?采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR），它的使用可有效保護(hù)由于電壓驟降、驟升引起的設(shè)備運(yùn)行故障，提高效率，減少故障及維護(hù)成本。21?

DVR裝置主要是用于修正電壓驟降、相角誤差、三相不平衡和電壓驟升，并提供連續(xù)的電壓調(diào)節(jié)22?

對(duì)于有效防止電壓驟降，除了采用上述的DVR裝置外，亦可采用不間斷電源UPS

裝置提供穩(wěn)頻穩(wěn)壓輸出，在市電異常時(shí)保持對(duì)負(fù)載的不間斷穩(wěn)定供電?

兩者在初期投資、運(yùn)行成本、維護(hù)等方面有差異?

采用UPS

方案占地面積較大，維護(hù)和運(yùn)行成本較高?

國(guó)際上針對(duì)電壓驟降治理的方案已開始較廣泛使用無(wú)需蓄電池且具有高性能的帶負(fù)荷動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償?shù)腄VR裝置23小結(jié)?

電能質(zhì)量及供電可靠性一直是用戶和電氣設(shè)計(jì)師所關(guān)注的問(wèn)題?

因?yàn)槠渲苯佑绊懝╇娤到y(tǒng)及設(shè)備的正常運(yùn)行，特別是對(duì)于諸如現(xiàn)代大型交通建筑等對(duì)電能質(zhì)量較為敏感的項(xiàng)目。?

而電能質(zhì)量中有關(guān)諧波