传统电能质量分析与改善措施课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,*,3,传统电能质量分析与改善措施,,3.1,概述,,,20,世纪,70,年代以前，电力系统中使用电子计算机进行控制的设备和电子装置的数量不多，非线形负荷和冲击性负荷占系统负荷的比例很小，,电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性构成了传统电能质量的主要内容电力系统中的电气设备是,按额定电压和额定频率设计、制造,的设备的运行性能最优、效率最高，反之，,---,,,,本章主要内容：,,电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性的概念、产生的原因、相关的国家标准以及改善这些电能质量指标的常规方法,10/6/2024,1,,3,传统电能质量分析与改善措施,,3.2,供电电压偏差,,一、 电压偏差的定义,,,电压变动,---,电压的均方根值偏离额定值的现象称为电压变动，,,电压偏差,---,仅仅针对电力系统正常运行状态而言电力系统在正常运行方式下，机组或负荷的投切所引起的系统电压偏差并不大，其绝对值不大于标称电压的,10%,。

电压偏差强调的是实际电压偏离系统标称电压的数值，与偏差持续的时间无关过电压和欠电压,---,既可能出现在电力系统正常运行方式，也可能出现在电力系统非正常运行方式，如故障状态等过电压和欠电压强调实际电压严重偏离标称电压，分别为高于标称电压的,110 %,和维持在标称电压的,10 %~ 90%,，并且持续时间超过,1min,10/6/2024,2,,3,传统电能质量分析与改善措施,,二 、电压偏差的限值,,⑴,35kv,及以上,供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的,10%,如供电电压上下偏差同号时（均为正或负），按较大的偏差绝对值作为衡量依据⑵,20kv,及以上,三相供电电压允许偏差为标称电压的,,7,%,⑶,220v,单相,供电电压允许偏差为标称电压的,+7%,、,-10%,三、电压偏差产生的原因,,系统无功功率不平衡,是引起系统电压偏离标称值的根本原因电力系统的无功功率平衡是指：在系统运行中的任何时刻，无功电源供给的无功功率与系统需求的无功功率相等系统无功功率不平衡意味着,将有大量的无功功率流经供电线路和变压器10/6/2024,3,,3,传统电能质量分析与改善措施,,,,,,图,3-1(a),是当不计线路分布电容影响时一条供电线路的等值电路。

在,110kv,及以上电压等级的输电线路中， ， 母线２的无功功率只要不平衡，无论出现无功不足还是过剩，均会导致母线２的电压偏离标称电压无功功率不平衡越严重，电压偏差越大10/6/2024,4,,3,传统电能质量分析与改善措施,,四、 电压偏差过大的危害,,,1,、对用电设备的危害,,系统中大量使用的异步电动机，其电磁转矩与电压的平方成正比白炽灯设备、家用电器的使用效率和寿命2,、,对电网的危害,,影响频率稳定,：线路的静态功率极限近似与线路的电压平方成正比、系统运行电压偏低，输电线路的功率极限大幅度降低，可能产生系统频率不稳定现象，甚至导致电力系统频率崩溃，造成系统解列影响电压稳定,：如果电力系统缺乏无供电源，可能产生系统电压不稳定现象，导致电压崩溃影响系统的经济运行,：系统电压偏低将使电网的有功损耗、无功功率损耗以及电压损失大大增加；系统电压偏高，超高压电网的电晕损耗加大10/6/2024,5,,3,传统电能质量分析与改善措施,,五、改善电压偏差的措施,,保证电力系统各节点电压在正常水平的充分必要条件,:,,系统具备充足的无功功率电源，同时采取必要的调压手段。

一）配置充足的无功电源,,,1,、同步发电机,,,发电机不仅能发出无功功率，同时也能吸收无功功率发电机调节无功功率的速度快且不需要额外的投资，其缺点是调节能力不大发电机的进相运行增大了系统静态不稳定的风险,静稳极限,,同时，,进相运行使发电机的端部发热加剧,，对发电机的安全运行构成潜在威胁同步发电机进相运行多用于超高压系统轻载运行时吸收系统多余无功功率，抑制系统电压升高,10/6/2024,6,,3,传统电能质量分析与改善措施,,2.,同步调相机,,3.,并联电容器,,电容器只能输出无功功率，其产生无功功率的大小可表示成,,电容器具有有功损耗小（约为额定容量的,0.3%~0.5%,）、设计简单、容量组合灵活、安全可靠、运行维护方便、投资省等,优点,电容器调压的缺点,：正反馈的电压调节特性不利于系统电压的稳定，此外，这种调压是不连续的4.,电抗器,,图,3-4,等值电路，每个电容产生的充电功率为线路,,总充电功率的一半，即等于,,10/6/2024,7,,3,传统电能质量分析与改善措施,,当线路轻载或空载运行时，线路电抗中的无功损耗 很小，其数值可能等于或小于线路的充电功率。

当线路电抗上消耗的无功功率与线路充电功率相等时 ， 为零，此时线路传输的有功功率称为,线路的自然功率,高压线路在轻载时，将会存在大量过剩的充电功率，从而使电压升高作为吸收容性无功功率的主要设备，电抗器一般,并联,接入,220kv,以上电压等级的电网5.,静止无功补偿装置和静止无功发生装置,,基于电力电子半控器件的静止无功补偿装置,（,Static,Var,Compensator—SVC,）,和基于电力电子全控器件的静止无功发生装置,（,Static,Var,Generation—SVG,）,具有动态无功功率补偿特性10/6/2024,8,,3,传统电能质量分析与改善措施,,静止无功补偿装置,(SVC),,10/6/2024,9,,3,传统电能质量分析与改善措施,,优点：,它们既可向系统输出无功功率，也可吸收系统得无功功率其动态特性好，调压速度快，调压平滑，而且可实现分相无功补偿，有功功率损耗也比较小由于它们由静止开关元件构成，所以运行维护方便、可靠性高缺点：,设备价格普遍较高，运行经验较欠缺（,第七章介绍,）二）系统调压手段,,对电力系统电压偏差的监视与调整就是监视与调整系统的电压中枢点电压。

电压中枢点：,将这些母线的电压偏差控制在允许范围内，系统中其他节点的电压及负荷电压就能基本满足要求装机容量较大的发电厂高压母线，容量较大的变电所低压母线，以及有大量地方负荷的发电机母线10/6/2024,10,,3,传统电能质量分析与改善措施,,1.,电压偏差的调整方式,,中枢点的调压方式有三种，即逆调压、顺调压和恒调压逆调压,：在最大负荷时，提高中枢点电压以补偿线路上增加的电压损失，最小负荷时降低中枢点电压以防止受端电压过高的电压调整方式顺调压,：在最大负荷时适当降低中枢点电压，最小负荷时适当加大中枢点电压的电压调整方式恒调压：,又称常调压，是指无论负荷如何变动，中枢点电压基本保持不变的电压调整方式目前中枢点常用的调压方式是,逆调压,2.,电压偏差的调整手段,,（,1,）用发电机调压简单、经济、作用有限采用逆调压方式10/6/2024,11,,3,传统电能质量分析与改善措施,,（,2,）改变变压器变比调压目前，有载调压变压器已经在电力系统中得到广泛的应用，成为保证电压质量的主要手段装设有载调压变压器的前提是系统无功功率电源充足（,无功电源缺额较大时，系统电压水平偏低用有载调压变压器调压，使变压器二次侧的电压抬高。

则无功缺额全部转嫁到主网上，使主电网电压严重下降这种情况极有可能,引发电压崩溃,事故3),改变线路参数调压,1),采用分裂导线,2),串联电容器,<1,欠补偿、,>1,过补偿、,=1,完全补偿10/6/2024,12,,3,传统电能质量分析与改善措施,,六、电压偏差的监测与考核,,安装“电压监测仪”,--,直接监测电压的偏差，统计电压合格率和电压超限率电压监测点的设置原则：,,设置足够数量并具有一定代表性的电压监测点10/6/2024,13,,3,传统电能质量分析与改善措施,,3.3,电力系统频率偏差,,一、频率偏差定义：,,二、频率偏差限值：,,我国电力系统正常频率偏差允许值为,0.2Hz,当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到,0.5Hz,三、频率偏差产生的原因：,,系统有功功率不平衡（发电机与负荷间 ）是产生频率偏差的根本原因四、频率偏差过大的危害：,,1.,系统频率偏差过大对用电负荷的危害：,,(1),产品质量没有保障2),降低劳动生产率3),使电子设备不能正常工作，甚至停止运行10/6/2024,14,,3,传统电能质量分析与改善措施,,2.,系统频率偏差大对电力系统的危害,,(1),降低发电机组效率，严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃。

2),汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振，造成叶片疲劳和断裂 3),频率偏差大使感应电能表的计量误差加大、 电容器的无功出力降低、系统电压水平降低，给系统电压调整带来困难五、电力系统频率调整和控制,,1,、电力系统频率调整,,频率的一次调整：,,频率的二次调整：,,满足以下条件的发电厂（机组）宜选作调频厂,(,机组,),：,,(1),足够的可调容量和调整范围；,(2),机组调整速度快；,,(3),调频输出的功率满足系统安全稳定要求，同时经济性能好10/6/2024,15,,3,传统电能质量分析与改善措施,,在枯水季节，电力系统一般选择水电厂作为主调频厂，效率较低的汽轮发电机组担任辅助调频机组；,,在丰水季节，一般水轮发电机组以额定功率发电，选择中温中压凝气式汽轮发电机组作为主调频机组，高温高压凝气式汽轮发电机组作为辅助调频机组抽水蓄能机组,是理想的调频机组，常配合核电机组使用抽水蓄能机组除担任系统调频任务外，还起到系统,“,削峰填谷,”,、调相以及事故备用的作用频率的二次调整：,可经运行人员手动操作或依靠自动装置来完成，分别称为,手动调频和自动调频,自动调频是通过装在调频厂和调度所的自动发电控制（,Automatic Generation Control,－,AGC,）装置实现的．,10/6/2024,16,,3,传统电能质量分析与改善措施,,2.,电力系统频率控制,,电力系统在非正常运行方式下（故障后系统失去大量电源，或系统解列等），系统频率会出现异常，严重偏离额定频率。

系统频率异常时一般采取频率控制措施：,,（,1,）电力系统应当具有足够的负荷备用和事故备用容量2,）,自动低频减载装置,--,在系统内安装按频率降低自动减负荷装置自动高频切机装置,--,可能被解列而导致功率过剩的地区装设按频率升高自动切除发电机装置10/6/2024,17,,3,传统电能质量分析与改善措施,,3.4,电压三相不平衡,,一、三相对称与三相不平衡的概念,,设三相系统的电流和电压分别为,,,,三相系统可分为对称三相系统和不对称三相系统对称三相系统,是指三相电量（电动势、电压或电流）数值相等、频率相同、相位互差 的系统不同时满足这三个条件的三相系统是,不对称三相系统,三相系统的对称性还表现为：在任意时刻，三相电量的瞬时值之和为零，用数学公式表示就是,,,10/6/2024,18,,3,传统电能质量分析与改善措施,,三相系统又可分为,平衡三相系统和不平衡三相系统,在任意时刻，三相瞬时总功率与时间无关，这样的系统称为平衡三相系统；,,在任意时刻，三相瞬时总功率是时间的函数，这样的系统称为不平衡三相系统一般说来，它不等于零对于对称三相系统，,,,,,,该式说明对称三相系统在任意时刻的总瞬时功率是常数，也就是说,对称三相系统一定也是平衡三相系统。

对于三相系统，系统的不对称直接导致不平衡，所以不对称三相系统和不平衡三相系统在使用上不作严格区分10/6/2024,19,,3,传统电能质量分析与改善措施,,二、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定义为该电量的三相不平衡度，用符号 表示，即,,,,工程上为了估算某个不对称负荷在公共接地点上造成的三相电压不平衡度，可用以下公式进行近似计算,,,,,——,负荷电流的负序分量，,A,；,,,——,公共连接点的线电压均方根值，,kV,；,,,——,公共连接点的三相短路容量，,MV,·,A,10/6/2024,20,,3,传统电能质量分析与改善措施,,三、三相不平衡度的限值,,国标：,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%,；接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为,1.3%,四、三相不平衡产生的原因,,电力系统三相不平衡可以分为事故性不平衡和,正常性不平衡,两大类电力系统在正常运行方式下，,供电环节的不平衡或用电环节的不平衡,都将导致电力系统三相不平衡供电系统的不平衡主要来自于供电线路的不平衡。

用的环节的不平衡是指系统中三相负荷不对称所引起的系统三相不平衡三相负荷不对称是系统三相不平衡的最主要因素,--,是单相大容量负荷（如电气化铁路、电弧炉和电焊机等）在三相系统中的容量和电气位置分别不合理10/6/2024,21,,3,传统电能质量分析与改善措施,,五、三相不平衡的危害,,电压、电流中含大量负序分量1,）感应电动机：产生制动转矩 2,）变压器：容量得不到充分利用3,）换流器：换流器将产生较大的非特征谐波4,）继电保护和自动装置误动：,,（,5,）线损增加：,,（,6,）计算机：零电位漂移对计算机产生电噪声干扰六、改善三相不平衡的措施,,（,1,）将不对称负荷合理分布于三相中，使各相负荷尽可能平衡2,）将不对称负荷分散接于不同供电点10/6/2024,22,,3,传统电能质量分析与改善措施,,（,3,）将不对称负荷分散接入高一级电压供电4,）将不对称负荷采用单独的变压器供电5,）采用特殊接线方式的平衡变压器供电电气化铁路单相,V,，,V,结线 、斯科特（,Scott,）结线等6,）加装三相平衡装置3.5,供电中断与供电可靠性,,供电中断,——,长时间供电中断（,>1/5min,）,,一、供电可靠性常用指标,,1,．供电可靠性主要指标,,(1),供电可靠率,,,10/6/2024,23,,3,传统电能质量分析与改善措施,,(2),用户平均停电时间,,,,(3),用户平均停电次数,,,,(4),用户平均故障停电次数,,,,,2.,供电可靠性参考指标,,(1),用户平均故障停电时间,(2),故障停电平均持续时间,。

3),平均停电用户数4),故障停电平均用户数,,,10/6/2024,24,,3,传统电能质量分析与改善措施,,,,,,10/6/2024,25,,3,传统电能质量分析与改善措施,,供电中断分类,,（,1,）、预安排供电中断,:,,,计划供电中断,---,检修、施工、用户申请供电中断,,临时供电中断,---,临时检修、施工、用户临时申请供电中断,,限电,——,系统电源不足、供电系统限电,,（,2,）、故障供电中断,,,,预安排供电中断导致的用户停产或减产现象并不严重，故障供电中断对用户和供电系统的影响很大，造成的经济损失难以估量本节所指的供电中断以及产生的原因、危害和改善措施主要针对故障供电中断而言10/6/2024,26,,3,传统电能质量分析与改善措施,,二、供电中断的危害,,电力系统供电中断将使全,系统,的有功功率和无功功率的平衡遭到破坏，系统频率及电压严重偏离正常值，甚至可能导致频率崩溃和电压崩溃电力系统供电中断对,国民经济其他行业,产生重大影响，导致生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，从而给国民经济带来严重损失三、供电中断产生的原因以及提高供电可靠性的措施,,电力系统故障是产生供电中断的最主要原因。

造成系统故障最直接的原因分别是：,,,设备质量缺陷,引起的占,32%,，,人员误操作,引起的占,17%,，,自然灾害,引起的占,16.6%,，,继电保护误动作,引起的占,13.2%,，,运行管理水平低,引起的占,21.2%,相应（,5,条）,提高可靠性措施：,10/6/2024,27,,3,传统电能质量分析与改善措施,,其它有利于改善系统的供电可靠性措施：,,(1),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2),采用自动化程度很高的系统，装设分散协调控制装置等都是重要的技术措施3),各负荷的供电方式，应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件确定一级负荷：应由两个独立电源供电二级负荷：应由两回线路供电,,三级负荷：对供电方式无要求10/6/2024,28,,。