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電能質(zhì)量3035349539(參考版)

2025-06-27 02:02本頁(yè)面
  

【正文】 負(fù)載諧波功率隨諧波電壓電流相位差θ變化的關(guān)系及對(duì)負(fù)載電能計(jì)量的影響相位差諧波功率負(fù)載電能計(jì)量影響(與基波電度比較)θ(rad)PQ0π/43π/43π/4π/40+%+%%%+%從電能計(jì)量的角度來(lái)看,正弦波電源供非線性負(fù)荷,負(fù)荷污染電網(wǎng)、向系統(tǒng)注入諧波功率,少交電費(fèi),電力系統(tǒng)不公平;諧波電源供線性負(fù)荷,用戶設(shè)備性能變壞,吸收諧波功率,多交電費(fèi)、對(duì)電力用戶不公平。表2-8如下式所示地系統(tǒng)供電電壓,其3次諧波電壓含有率為3%(基波有效值已作歸一化處理)。電子式電能表的誤差主要源自其輸入模塊。諧波次數(shù)越高,Kn越小,而且Kn總小于1,這是因?yàn)橹C波功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比等量基波功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小。這樣快的切換時(shí)間,使用電設(shè)備的電磁開關(guān)來(lái)不及動(dòng)作,從而不致影響用電負(fù)荷的連續(xù)允許。對(duì)于供電中斷的電源恢復(fù),如果涌普通開關(guān),在故障被切除后,~。允許的最長(zhǎng)供電中斷時(shí)間一般取決于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及保護(hù)配合方案。電壓暫降、中斷對(duì)供電恢復(fù)時(shí)間有哪些影響?當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí),不論兩相還是三相短路,用戶端的一相或多相電壓都可能會(huì)短時(shí)降低到允許范圍以下,在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中,出現(xiàn)因故障導(dǎo)致電壓降低到額定值的70%及以下的情況比發(fā)生完全短路故障的情況還要多,電源電壓的下降,一般會(huì)持續(xù)100ms到數(shù)秒甚至更長(zhǎng)時(shí)間,直至故障切除、線路重合或電力線路檢修后恢復(fù)正常。陜西省安康地區(qū)110kV電網(wǎng)由于受到電氣化鐵路供電后產(chǎn)生負(fù)序電流的影響,使電網(wǎng)中多種保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)頻繁誤動(dòng)的情況,等等。同時(shí),雙倍頻率附加交變電磁力矩作用在轉(zhuǎn)子和定子上還會(huì)產(chǎn)生雙倍頻率的附加振動(dòng),造成電機(jī)的機(jī)械損傷。三相電壓不對(duì)稱的主要影響包括:(1)三相電壓不對(duì)稱會(huì)影響變換器及其控制系統(tǒng)的正常工作并改變其設(shè)計(jì)性能,從而產(chǎn)生某些附加的非特性諧波分量。通常頻率在1MHz以上時(shí)共模干擾成分占主要部分。(2)共模干擾。這是在電源相線與零線回路中產(chǎn)生的干擾。電源線上的干擾電路一般以差模干擾和共模干擾兩種形式出現(xiàn)。為了防止電磁干擾傳入設(shè)備而影響設(shè)備的正常工作,或傳到電網(wǎng),對(duì)電網(wǎng)上的其他設(shè)備造成干擾。低壓電網(wǎng)瞬間失電,將直接影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì),內(nèi)部過(guò)電壓約占80%,雷擊過(guò)電壓約占15%左右。同一配電網(wǎng)絡(luò)中的感性負(fù)荷,補(bǔ)償電容的投入和切除,斷路器的分合等會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓;雷擊時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓,會(huì)引起瞬變脈沖。非線性的大功率晶閘管整流裝置,調(diào)壓、調(diào)速裝置,各種氣體放電光源,電子鎮(zhèn)流器等都會(huì)產(chǎn)生諧波,使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電源電壓波形產(chǎn)生畸變,影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常工作。大容量設(shè)備啟動(dòng)或停止會(huì)引起母線電源電壓的波動(dòng),產(chǎn)生瞬態(tài)的低電壓或高電壓。在大多情況下,民用建筑物內(nèi)動(dòng)力和照明負(fù)荷都是共用同一變壓器低壓電源或同一段低壓配電線路,因此,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)受到電能質(zhì)量的影響和干擾。采用屏蔽電纜通信,雖可消除靜電感應(yīng)的影響,但不能消除電磁感應(yīng)的干擾。諧波是電網(wǎng)干擾通信的重要因素,主要通過(guò)靜電感應(yīng)(電容耦合,電壓作用)和電磁感應(yīng)(電流作用),在通信線路上產(chǎn)生聲頻干擾。經(jīng)有關(guān)部門測(cè)定,應(yīng)用電器設(shè)備較多得酒店、商廈、網(wǎng)吧、計(jì)算機(jī)房、居民小區(qū)等,在沒(méi)有采取濾波等措施前,中性線電流都很大,有些甚至超過(guò)相電流,導(dǎo)致過(guò)熱成為形成火災(zāi)事故得重大隱患。諧波對(duì)用電安全有哪些影響和干擾?一些建筑物突發(fā)性火災(zāi)已被證明與電力諧波有關(guān)。(4)引起電能計(jì)量誤差,造成不必要的電費(fèi)損失等。(2)引起冰箱、空調(diào)的壓縮機(jī)承受沖擊力,產(chǎn)生振動(dòng),降低使用壽命。諧波對(duì)居民生活用電有哪些影響?諧波引起電壓波動(dòng)和閃變產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng),使用電設(shè)備受到高能量沖擊。干擾負(fù)載的保護(hù)回路,造成誤動(dòng)作等。電能質(zhì)量污染對(duì)這類設(shè)備的危害主要有三個(gè)方面,即在設(shè)備的檢測(cè)模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計(jì)算、導(dǎo)致錯(cuò)誤的輸出結(jié)果。這部分電容器的設(shè)計(jì)大多只考慮無(wú)功補(bǔ)償量,不考慮裝設(shè)點(diǎn)電能質(zhì)量的實(shí)際污染情況,因此,運(yùn)行點(diǎn)電能質(zhì)量指標(biāo)低時(shí),常造成一些事故,如補(bǔ)償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護(hù)熔絲熔斷,甚至發(fā)生串并聯(lián)諧振,引發(fā)電容器的諧波過(guò)電壓與過(guò)電流,導(dǎo)致電容器爆炸等。負(fù)序性的諧波分量(5此、11此等)對(duì)電機(jī)的影響與負(fù)序電壓的效果一樣。諧波對(duì)用戶電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有哪些影響?諧波電流通過(guò)交流電動(dòng)機(jī),使諧波附加損耗明顯增加,引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱,機(jī)械振動(dòng)和噪聲增大。另外,還包括對(duì)電信通信造成影響,對(duì)廣播、電視及精密制造工業(yè)造成干擾和影響,這類干擾和影響有些表現(xiàn)在差模干擾和共模干擾,差模干擾是工頻及長(zhǎng)線傳輸分布電容的相互干擾,共模干擾是引起回路對(duì)地電位發(fā)生變化的干擾,是造成微機(jī)控制單元工作不正常的主要原因。使用電能質(zhì)量污染的電源,用電設(shè)備又可能成為新的污染源,而危害電力系統(tǒng)和其他用戶設(shè)備。一些信息設(shè)備和公用設(shè)備的電流諧波含量(%)設(shè)備諧波次數(shù)357111324六脈沖整流器---十二脈沖整流器---交流電弧爐168176六相整流供電直流電弧爐---某綜合負(fù)荷--表2-9一個(gè)值得注意的問(wèn)題是,為了減少重要設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的敏感度,設(shè)備制造商努力進(jìn)行設(shè)備的升級(jí)和改進(jìn),用戶則采用各種保護(hù)性裝置,而這些改進(jìn)措施和保護(hù)裝置常常顧此失彼,對(duì)公用供電的電能質(zhì)量造成更大的危害。各種靜止變流器是以開關(guān)方式工作的,會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變。負(fù)荷側(cè)的諧波污染對(duì)電網(wǎng)有哪些影響?近年來(lái),用戶端大量非線性負(fù)荷的應(yīng)用正成為電能質(zhì)量污染甚至惡化的重要因素。而對(duì)于諧波電源供非線性負(fù)荷,則應(yīng)根據(jù)諧波電壓電流的相位差具體分析,以判斷用戶是吸收諧波功率還是污染電網(wǎng)而向系統(tǒng)注入諧波功率。 某用戶接在此供電系統(tǒng)上,其負(fù)載電流如下式所示:負(fù)載諧波功率隨著諧波電壓、電流相位差θ變化的關(guān)系及對(duì)負(fù)載電能計(jì)量的影響見表2-8(;)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,由于電能表輸入模塊的信號(hào)變送僅考慮基波,當(dāng)電壓、電流波形發(fā)生畸變時(shí),磁通不能相應(yīng)地發(fā)生線性變化而產(chǎn)生誤差,影響了電能表地整體計(jì)量精度。,電子表帶寬主要受其互感器頻帶和乘法器時(shí)鐘頻率的限制。諧波系數(shù)Kn在不同諧波次數(shù)下的實(shí)測(cè)值諧波次數(shù)n3次5次7次諧波系數(shù)Kn表2-7中,Kn為電能表反映諧波功率的轉(zhuǎn)速與反映基波功率的轉(zhuǎn)速之比。 當(dāng)諧波電壓和電流達(dá)到基波量的20%時(shí),K1基本不變,Kn的實(shí)測(cè)結(jié)果見表2-7。 K1——基波系數(shù); P1——基波功率;主要原因時(shí)感應(yīng)式電能表的圓盤渦流路徑的等效圓盤阻抗角隨頻率的增高而增大,如當(dāng)基波功率P1和諧波功率Pn通過(guò)感應(yīng)型電能表時(shí),電能表的轉(zhuǎn)速為:wn=K1P1+KnPn式中感應(yīng)型電能表對(duì)2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性,達(dá)到9次時(shí)已衰減掉80%以上。若變壓器負(fù)荷較大,且負(fù)荷電流中含有高次諧波分量,對(duì)數(shù)字型差動(dòng)保護(hù)的影響就比較大了。(2)目前,數(shù)字型差動(dòng)保護(hù)繼電器對(duì)Dy接線組別變壓器的電流互感器接線組別沒(méi)有明確的規(guī)定,整定時(shí)只要將電流互感器接線組別輸入保護(hù)裝置的參數(shù)就可以了。(4)變壓器一、二次繞組波形畸變率明顯不同,二次側(cè)的諧波含量小于抑制值的15%,因此由于諧波電流過(guò)大的原因?qū)е铝瞬顒?dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。(2)由于變壓器一次繞組時(shí)三角形接線,因此對(duì)二次繞組負(fù)荷電流中的9次諧波有濾波作用。電源電流諧波分量含有率項(xiàng)目次數(shù)變壓器110kV側(cè)電流(A)/含有率(%)變壓器10kV側(cè)電流(A)/含有率(%)直 表2-6經(jīng)檢查,繼電器和二次回路均未出現(xiàn)任何異常。諧波電流對(duì)數(shù)字型差動(dòng)保護(hù)有哪些影響?數(shù)字型差動(dòng)保護(hù)裝置整定簡(jiǎn)單、動(dòng)作時(shí)間快、功能強(qiáng),因此目前得到了普遍的推廣、應(yīng)用,但在電能質(zhì)量較差的條件下,會(huì)發(fā)生由于電流波形畸變而出現(xiàn)誤動(dòng)作的可能。如上海寶鋼就發(fā)生過(guò)因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響,造成諧波電流對(duì)數(shù)字型差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生干擾,使差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故。如某地電氣化鐵路通車后,曾發(fā)生過(guò)由于牽引變電所注入系統(tǒng)大量的諧波和負(fù)序電流,引起供電系統(tǒng)電能質(zhì)量指標(biāo)嚴(yán)重惡化,多次造成發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng),主變壓器的過(guò)電流保護(hù)裝置誤動(dòng),線路的距離保護(hù)振蕩閉鎖裝置誤動(dòng),高頻保護(hù)收發(fā)訊機(jī)誤動(dòng),母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)和故障錄波器誤動(dòng)的事故。諧波對(duì)繼電保護(hù)整定有哪些影響?繼電保護(hù)正常運(yùn)行中,當(dāng)電源諧波分量較高時(shí),可能會(huì)引起過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)的誤動(dòng)作。(2)利用信號(hào)過(guò)零取樣的控制系統(tǒng)及利用數(shù)據(jù)過(guò)零點(diǎn)的數(shù)字式繼電器或微機(jī)保護(hù),都會(huì)受到諧波的影響和干擾。其中利用負(fù)序量啟動(dòng)的對(duì)諧波的敏感性最大。(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)附近會(huì)受到影響。(3)在系統(tǒng)因短路容量太小而可能出現(xiàn)較大諧波電壓影響的場(chǎng)所會(huì)受到影響。諧波對(duì)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置有哪些影響?(1)在諧波嚴(yán)重超標(biāo)的電弧爐負(fù)荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網(wǎng)中會(huì)受到影響。高諧波含量對(duì)電力載波通信的干擾主要表現(xiàn)在語(yǔ)音通信過(guò)程中產(chǎn)生噪聲,數(shù)據(jù)傳輸失真,降低EMS、DAS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性,造成集中抄表系統(tǒng)中數(shù)據(jù)出錯(cuò)等故障。當(dāng)電網(wǎng)諧波成分較大時(shí),發(fā)生單相接地故障,消弧線圈對(duì)諧波電流將可能不起作用,在接地點(diǎn)得不到的補(bǔ)償,從而引發(fā)系統(tǒng)的故障擴(kuò)大。諧波會(huì)使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作,斷路器的遮斷能力降低,不能遮斷波形畸變率超過(guò)一定限值的故障電流,對(duì)中壓斷路器截?cái)嚯姼须娏鲿r(shí)可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現(xiàn)象,導(dǎo)致斷路器觸頭燒損。同時(shí),由于輸出的電壓波形中產(chǎn)生附加諧波分量,使負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生扭振,降低其工作壽命。諧波對(duì)電力系統(tǒng)其他運(yùn)行設(shè)備有哪些影響?(1)對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響。電纜的額定電壓等級(jí)越高,諧波引起電纜介質(zhì)不穩(wěn)定的危險(xiǎn)性越大,更容易發(fā)生故障。諧波對(duì)電力電纜有哪些影響?諧波污染將會(huì)使電纜的介質(zhì)損耗、輸電損耗增大,泄漏電流上升,溫升增大及干式電纜的局部放電增加,引發(fā)單相接地故障的可能性增加。在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中,零序電流和零序性的諧波電流(3次,6次、9次……)不僅會(huì)引起中性線電流大大增加,造成過(guò)負(fù)荷發(fā)熱,使損耗增加,而且產(chǎn)生壓降,引起零電位漂移,降低了供電的電能質(zhì)量。特別是在電力系統(tǒng)三相不對(duì)稱運(yùn)行時(shí),對(duì)中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)線損的增加尤為顯著。諧波對(duì)輸電線路有哪些影響?(1)諧波污染增加了輸電線路的損耗。這一問(wèn)題對(duì)選擇保護(hù)高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數(shù)帶來(lái)較大的困難。對(duì)三角形連接的繞組,零序性諧波在繞組內(nèi)形成換流,使繞組溫度升高。諧波對(duì)電力變壓器有哪些影響?(1)諧波電流使變壓器的銅耗增加,引起局部過(guò)熱,振動(dòng),噪聲增大,繞組附加發(fā)熱等。按照電力系統(tǒng)諧波管理規(guī)定,電網(wǎng)中任何一點(diǎn)電壓正弦波的畸變率(歌詞諧波電壓有效值的均方根與基波電壓有效值的百分比),均不得超過(guò)表2-5規(guī)定。因此,電壓諧波和電流諧波超標(biāo),都會(huì)使電容器的工作電流增大和出現(xiàn)異常,例如,對(duì)于常用自愈式并聯(lián)電容器,當(dāng)電容器的電流超過(guò)這一限制時(shí),將會(huì)造成電容器的損壞增加、發(fā)熱異常、絕緣加速老化而導(dǎo)致使用壽命降低,甚至造成損壞事故。諧波對(duì)電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性的影響還表現(xiàn)在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴(kuò)大、電網(wǎng)解裂燈。而氣體燈具工作時(shí)要與電感性鎮(zhèn)流器相串聯(lián),并使其綜合伏安特性不再為負(fù)才能正常工作。(2)氣體電光源包括熒光燈、鹵化燈、霓虹燈燈。與電力電子設(shè)備和電弧設(shè)備相比,可飽和設(shè)備上的諧波在未飽和的情況下,其諧波的幅值往往可以忽略。應(yīng)用傅立葉級(jí)數(shù)分解時(shí)僅含有奇次項(xiàng),對(duì)于三相對(duì)稱的變壓器,3次諧波的奇數(shù)倍(3次,6次,9次……)諧波均為零序,可認(rèn)為變壓器是只產(chǎn)生奇次諧波的電流源型諧波源。可飽和設(shè)備主要包括變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等。而容性負(fù)載的單相整流電路,由于電容電壓會(huì)通過(guò)整流管向電源反饋,屬于電壓型諧波源,其諧波含量與電容值的大小有關(guān),電容值越大,諧波含量越大。諧波源主要包括哪些設(shè)備?電力電子設(shè)備主要包括整流器、變頻器、開關(guān)電源、靜態(tài)換流器、晶閘管系統(tǒng)及其他SCR控制系統(tǒng)登。諧波污染的影響使電能質(zhì)量明顯下降,因此,對(duì)電能質(zhì)量諧波污染的抑制和治理已刻不容緩。三次諧波的產(chǎn)生,還包括大功率晶閘管整流裝置及大量開發(fā)應(yīng)用的電力電子器件,煉鋼電弧爐及軋機(jī)容量的增大,電氣化鐵路交通的發(fā)展應(yīng)用,包括UPS電源、電子調(diào)速裝備、節(jié)能型燈具及家用電器中的計(jì)算機(jī)、微波爐等電力電子設(shè)備和電器設(shè)備應(yīng)用的大量增加,使各類非線性負(fù)荷注入電網(wǎng)的諧波日益增多,造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染的影響也越來(lái)越大。隨著電網(wǎng)大量電容裝置的投運(yùn),通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)諧波實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn),三次諧波并不是只有零序分量可被變壓器三角繞組所環(huán)路,而是波及全網(wǎng),并給電容裝置及電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)影響和威脅。電網(wǎng)中的三次諧波是諧波影響的主要成分之一,除電氣化鐵路荷電弧爐負(fù)荷是主要諧波源以外,根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的分析結(jié)果證實(shí),電力變壓器也是電力系統(tǒng)中三次諧波的一個(gè)重要諧波源。三次諧波產(chǎn)生的特點(diǎn)及影響有哪些?電網(wǎng)中的諧波主要指頻率為工頻(基波頻率)整數(shù)倍成分的諧波及工頻非整數(shù)倍成分的間諧波。當(dāng)電壓低于60%、持續(xù)時(shí)間超過(guò)240ms,計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)將可能丟失等。當(dāng)電壓低于50%、持續(xù)時(shí)間超過(guò)20ms,即可能發(fā)生脫扣斷電。而對(duì)于一些精密加工機(jī)械的電機(jī),當(dāng)電壓低于90%、持續(xù)時(shí)間超過(guò)60ms,也可能發(fā)生因跳閘而退出運(yùn)行。(6)對(duì)變頻調(diào)速器。(5)對(duì)直流電機(jī)。(4)對(duì)機(jī)器人控制的精密加工器具。(3)對(duì)可編程控制器。(2)對(duì)芯片測(cè)試儀。電壓驟降對(duì)一些設(shè)備有哪些影響?(1)對(duì)冷卻控制器。與長(zhǎng)時(shí)間供電中斷事故相比,電壓驟降又發(fā)生頻度高、事故原因不易覺(jué)察的特點(diǎn),處理起來(lái)也比較困難。電壓驟降就是針對(duì)這一問(wèn)題提出的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高科技設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50160以及美國(guó)國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std1159-1992,電壓驟降的定義為:供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%~10%
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