传统电能质量分析与改善措施

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1、North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering Ch3 传统电能质量分析与改善措施 3.2 电力系统电压 3.3 电力系统 频率 3.4 电力系统 三相不平衡 3.1 概述 3.5 供电中断与供电可靠性 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.1 概述 20世纪 70年代以前，电能质量问题主要局限在 电 压、频率和连续供电 方面 计算机控制设备及电子

2、装置数量不多 非线性负荷和冲击性负荷比例很小 传统电能质量的主要内容 电压偏差 频率偏差 电压三相不平衡 供电可靠性 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.1 概述 对电气设备的安全运行及使用寿命有重要影响 电气设备按额定电压和额定频率设计 不良电能质量会使设备运行性能减弱，效率下降 严重时可使设备无法正常工作，设备绝缘损坏，烧毁 或爆炸 与电力系统自身的安全稳定和经济运行直接相关 电气设备的间接或直接影响，危害设备、人身及系统 安全 系统损耗增加 North C

3、hina Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2 电力系统电压 3.2.1 电压概述 3.2.2 电压偏差的国家标准 3.2.3 电压偏差超标的危害 3.2.4 电力系统电压监测与调整 3.2.5 电力系统电压质量和无功管理 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.1 电压概述 电压损耗与电压偏差 线路电压降落的概念 电压损耗与电压偏差 影响电压损耗的主

4、要因素 电网元件参数、传输功率 1U 2UjXR 22 jQP 2 22 2 22 21 U RQXPj U XQRPUUUjUUd North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.1 电压概述 电压水平与无功功率平衡 负荷的电压静态特性 电压缓慢变化时负荷功率的变化特性，即负荷的 功率与其端电压的关系。 无功功率平衡 电网运行的每一时刻，所有无功电源发出的无功 功率要等于所有负荷所消耗的无功功率和系统中 各环节上无功功率损耗之和。 电压水平 North China E

5、lectric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.1 电压概述 电压偏差大的危害 对用电设备的危害 性能和效率降低、寿命减少 对电网稳定、经济运行的危害 专用术语 电压降落、电压损耗、电压偏移 调压方式（逆调压、顺调压、常调压） 负荷的自然功率因数、自然功率 同步稳定性、电压崩溃、进相运行 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.2 电压偏差的国家标准 GB1232

6、5-1990 电能质量 供电电压允许偏差 主题内容与适用范围 引用标准 GB156额定电压 供电电压允许偏差 35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过 10% 10kV及以下三相供电为 7% 220V单相供电为 +7%， -10% North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.2 电压偏差的国家标准 制订标准的主要依据 国外电压偏差的标准 我国电网电压偏差的状况 关于标准的一些说明 North China Electric Power University 电 气 工

7、 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.3 电压偏差超标的危害 对用电设备的影响 对照明设备的影响 发光效率 、 光通量 、 使用寿命 对交流电动机的影响 效率 、 温升 、 稳定 、 寿命 对电力变压器的影响 损耗增加、绝缘老化、寿命 对电力电容器的影响 U 无功降低、 U 寿命 对家用电器的影响 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.3 电压偏差超标的危害 对电力系统稳定和经济运行的影响 对同步运行稳定的影响

8、 对电压稳定的影响 对电网经济运行的影响 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.4 电力系统电压监测与调整 电力系统电压监测 电压监测仪表的基本要求 典型的电压监测仪表介绍 电力系统电压调整 中枢点电压管理 发电机调压 变压器调压 改变电网无功分布 改变电网参数 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.2.5 电力系统电压质量与无功

9、管理 电力系统无功潮流优化 电力系统无功电源的最优分布 电力系统无功负荷的最优补偿 优化技术的应用 电压和无功电力的运行管理 管理目标和方法 电压偏差的统计考核 无功补偿设备的运行和管理 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.3 频率偏差对电力系统的影响 3.3.4 电力系统频率控制及其调整 3.3.1 频率的概念 3.3.2 频率偏差的国家标准 3.3 电力系统频率 3.3.5 电力系统频率的检测与评价 North China Electric Power

10、University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.1 频率的概念 交流电的频率 交流电在 1s内正弦参量交变的次数 f=1/T 频率的基本属性 和发电机转速直接相对应的电频率 是一个惯性量 电力系统频率，电源频率和负荷节点频率 标称频率 频率偏差：在正常运行条件下，系统频率的实际 值与标称值之差，即 f=fre-fN 60 pnf North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.1 频率的概念 频率波

11、动 负荷的波动导致电力系统频率的波动 随机分量、脉冲分量、持续分量 电力系统的频率特性 电力系统的频率静态特性（负荷、电源、系统） 电力系统的频率动态特性 频率突然下降及崩溃 频率与电压的关系 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.2 频率偏差的国家标准 GB/T 15945-95 电能质量 电力系统频率允许偏 差 主题内容与适用范围 本标准规定了电力系统频率允许偏差值及其测量 仪器的基本要求 。 本标准适用于正常运行下标称频率为 50Hz的电力 系统 。 本

12、标准不适用于电气设备的频率允许偏差 。 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.2 频率偏差的国家标准 GB/T 15945-95 电能质量 电力系统频率允许偏 差 术语 频率偏差：系统频率的实际值与标称值之差 频率变动：频率变化过程中相邻极值频率之差 冲击负荷：生产 （ 或运行 ） 过程中周期性或非周 期性地从电网中取用快速变动功率的负荷 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of E

13、lectrical Engineering 3.3.2 频率偏差的国家标准 GB/T 15945-95 电能质量 电力系统频率允许偏 差 频率偏差允许值 电力系统正常频率偏差允许值为 0.2Hz。 当系统 容量较小时 ， 偏差值可以放宽到 0.5Hz。 用户冲击引起的系统频率变动一般不得超过 0.2Hz ， 根据冲击负荷性质和大小以及系统的条 件也可适当变动限值 ， 但应保证近区电力网 、 发 电机组和用户的安全 、 稳定运行以及正常供电 。 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engin

14、eering 3.3.2 频率偏差的国家标准 GB/T 15945-95 电能质量 电力系统频率允许偏 差 测量仪器 用于频率偏差指标评定的测量 ， 须用具有统计功 能的数字式自动记录仪表 ， 其绝对误差不大于 0.01Hz。 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.3 频率偏差超标的危害 影响频率的因素 供需平衡 、 调峰调频方案选取 、 AGC等 系统低频率运行对火电厂的影响 辅机出力下降 、 设备过热 、 振动 、 发电能力下降 、 效率降低 、 频率崩溃

15、或电压崩溃 系统低频率运行对水电厂的影响 机组出力少许变动 、 影响不大 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.3 频率偏差超标的危害 系统低频率运行对负荷的影响 同步电动机 （ 转速 、 磁通 、 转矩 、 功角 ） 异步电动机 -产品质量下降 、 劳动生产率降低 输配电系统 无功增大 、 电压水平降低 对电子设备及测量仪表的影响 电子设备不能正常工作 、 感应式电能表误差加大 冲击负荷引起的电力系统频率波动 电力系统高频率运行的危害 North China

16、 Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.4 电力系统频率控制及其调整 系统正常工况下的频率调整 单一电力系统的频率调整过程 主调频厂的选择 频率调整与电压调整的关系 有功平衡及有功出力的合理分配 联合自动调频 （ AGC） 电力系统的优化运行 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.4 电力系统频率控制及其调整 系统异常及故障工况下的频率调整 按频率自

17、动减负荷 遏制电力系统特大功率缺额事故的对策 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.3.5 电力系统频率检测与评价 电力系统频率的四种运行工况 正常运行工况 异常运行工况 系统同步振荡工况 系统失步振荡工况 电力系统的动态频率 电力系统频率的检测 电力系统频率的评价 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.3 三相不平衡的危害 3.

18、4.1 三相不平衡的概念 3.4.2 三相不平衡产生的原因 3.4 电力系统的三相不平衡 3.4.4 三相不平衡的标准 3.4.5 改善 三相不平衡的措施 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.1 三相不平衡的概念 对称和平衡的基本概念 对称的 m相系统 ：各相电量（电势、电压或电流） 大小相等而且顺序相邻间的相移等于 2/m 组成对称多相系统的全部电量瞬时值之和在任意时 刻均为零，组成这些电量的全部相量之和也等于零 平衡的 m相系统 ：各相总功率瞬时值与时间

19、无关， 恒为常数 m2的对称系统一定是平衡的 平衡与否涉及功率和电磁转矩，对称与否只涉及电 路结构参数 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.1 三相不平衡的概念 对称分量法 三相对称分量的定义 不对称三相相量的分解与对称分量的合成 电气元件的序参数 静止元件 旋转元件 三相不平衡度的定义 电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方 根值与正序分量均方根值之比 近似计算公式 North China Electric Power University 电 气

20、工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.2 三相不平衡产生的原因 事故性不平衡 系统非对称性故障引起 正常性不平衡 供电环节的不平衡 供电线路参数的不平衡 用电环节的不平衡 电气化铁路 交流电弧炉 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.3 三相不平衡的危害 发电机 转子的附加损耗及发热 附加力矩及振动 感应电动机 负序电压产生制动转矩，效率降低、机械振动 负序电流增大，铜损增加，发热，绝缘老化 变压器 容量得不

21、到充分利用 局部过热，绝缘老化 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.3 三相不平衡的危害 换流器 触发角不对称，非特征谐波增大 换相失败的可能性增大 继电保护和自动装置 负序电流保护和自动装置误动 负序启动元件的灵敏度下降 线损 附加功率损耗 计算机 零电位漂移产生电噪声干扰 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.4 三相不

22、平衡的 的标准 GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平 衡度 主题内容与适用范围 本标准规定了三相电压不平衡度的允许值及其计 算 、 测量和取值方法 。 本标准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公共连接点的 电压不平衡 。 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.4 三相不平衡的 的标准 GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平 衡度 术语 、 符号 不平衡度 -负序分量与正序分量方均

23、根值的百分比 正序分量 负序分量 公共连接点 电力系统中一个以上用户的连接处 Point of Common Coupling (PCC) North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.4 三相不平衡的 的标准 GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平 衡度 电压不平衡度允许值 电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为 2%， 短时不得超过 4%。 电气设备额定工况的电 压不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定 接于公共连接点的每个用户 ， 引起

24、该点正常电压 不平衡度允许值一般为 1.3% North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.4.5 改善三相不平衡的措施 将不对称负荷合理地分布于三相中，使各项负荷尽 可能平衡 将不对称负荷分散接于不同的供电点，减少集中连 接造成的不平衡度过大 将不对称负荷接入高一级电压供电 将不对称负荷采用单独的变压器供电 采用特殊接线的平衡变压器供电（铁道牵引系统） 加装三相不平衡装置 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院

25、 School of Electrical Engineering 3.5.3 供电中断产生的原因 3.5.1 供电可靠性常用指标 3.5.2 供电中断的危害 3.5 供电中断与供电可靠性 3.5.4 提高供电可靠性的措施 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.5.1 供电可靠性常用指标 供电可靠性主要指标 供电可靠率 RS-1= 用户平均停电时间 用户在统计期间内的平均停电 小时数， AIHC-1 用户平均停电次数 用户在统计期间内的平均停电 次数， AITC-

26、1 用户平均故障停电次数 用户在统计期间内的平均 故障停电次数， AFTC-1 %)( 1 0 01 统计期间时间用户平均停电时间 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.5.1 供电可靠性常用指标 供电可靠性参考指标 用户平均故障停电时间 统计期间内，用户的平均 故障停电小时数 故障停电平均持续时间 统计期间内，故障停电每 次平均停电小时数 平均停电用户数 统计期间内，平均每次停电的用 户数 故障停电平均用户数 统计期间内，平均每次故障 停电的用户数 North

27、China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.5.1 供电可靠性常用指标 供电中断分类 故障供电中断 供电系统限电 系统电源不足限电 限电 用户临时申请供电中断 临时施工供电中断 临时检修供电中断 临时供电中断 用户申请供电中断 施工供电中断 检修供电中断 计划供电中断 预安排供电中断 供电中断 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.5.2 供电中断的危

28、害 全系统功率平衡遭到破坏 频率电压严重偏离正常值、频率崩溃、电压崩溃 对国民经济各行业产生重大影响 生产停顿、生活混乱 危及设备及生命安全 电解铝、高炉、矿井、电气机车、交通 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.5.3 供电中断产生的原因 设备质量缺陷 人员误操作 自然灾害 继电保护误动作 运行管理水平低 North China Electric Power University 电 气 工 程 学 院 School of Electrical Engineering 3.5.4 提高供电可靠性的措施 针对产生供电中断的原因，采取针对性措施 加强系统的网架结构，合理分布电源及无功功率 补偿设备，提高系统的抗扰动能力 提高系统自动化水平、采用分散协调控制装置 根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件， 划分负荷等级