1、第九章第九章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量 第一节 概述 一、供配电系统电能质量 由于出发点不同，电能质量存在很多不同的定义。电力公司常将电能质量定义为供电可靠性并用统计数字来表示；而设备制造商则将电能质量定义为能使设备正常运行的供电特征，因此不同的设备制造商往往采用不同的电能质量指标；从用户方面考虑，电能质量定义为：导致用户设备失效或不能正常工作的电压、电流或频率偏移。电能质量是众多单一类型的电力系统干扰问题的总称，实质是电压质量，主要描述供电电压偏离其理想状态的程度。对于供配电系统来说，电能质量主要是指电压电压、频率频率和波形波形的质量。二、评价供配电系统电能质量的主要指标 （1）
2、电压偏差。（2）电压波动和闪变。（3）三相电压不对称度。（4）谐波。（5）频率偏差。频率偏差是电力系统实际基波频率偏离标称频率的程度。即：Nfff ffNfNfff频率偏差对系统和用电设备的影响（1）将引起异步电动机转速的变化；（2）将使与系统有关的测控设备受系统频率的影响而降低其性能，甚至不能正常工作；（3）将引起异步电动机和变压器激磁电流增加，所消耗的无功功率增加，恶化了电力系统的电压水平；（4）频率的变化还可能引起系统中滤波器的失谐和电容器组发出的无功功率变化。电力系统频率偏差允许值是0.2HZ；系统容量较小时，其频率偏差允许值是0.5HZ。频率偏差通常由电力系统调节，供配电系统一般不采
3、取调整措施。式中 频率偏差；实际基波频率；标称频率。ffNf第二节 电压偏差及改善措施 一、电压偏差的概念 供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化会使供配电系统各点的电压也随之变化，这时各点的实际电压与系统标称电压之差凸U称为电压偏差。电压偏差凸U也常用与系统标称电压的百分比表示。即：式中 电压偏差百分比；实际电压；电网标称电压。100%NNUUUUUNUU二、电压偏差对系统和用电设备的影响 电压偏差过大会对供配电系统的正常运行产生不利影响，主要表现在：1电压偏差对感应电动机的影响电动机转矩与瑞电压的平方成正比，即：。当电压出现正偏差时，电动机机端电压升高，其激磁电流和温升也增加，绝缘受到过电
4、压和过热的威胁，影响其使用寿命，同时还会产生有害的谐波电流；当电压出现负偏差时，其实转矩下降较多，转速降低，引起产品质量和数量的降低，同时负荷电流却会增加，影响电动机的使用寿命。2电压偏差对照明设备的影响照明设备的发光效率与电压的关系极大，因此，电压降低会引起照明设备的效率降低，造成照度不足，影响照明效果；当电压过低时，会导致气体放电光源的照明器不能正常点燃；另一方面，电光源的工作寿命也受电压的影响很大，当电压偏高时，光源寿命缩短很多。3电压偏差对电子设备的影响随着计算机系统的大规模应用和自动控制系统的不断精细化，对于一个计算中心来说，电压偏差会造成计算机系统的工作紊乱，数据损坏；对于精密机床
5、、机器人等，电压偏差可能造成无法保持对由其驱动过程的精确控制。4电压偏差对无功补偿的影响电压过低会引起补偿电容器组输出无功减少，不能满足补偿要求。三、电压偏差的允许值 1系统的供电电压允许偏差国家标准电能质量供电电压允许偏差系统的供电电压允许偏差国家标准电能质量供电电压允许偏差 GB1232590规定：规定：（1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的 10。若供电电压。若供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。（2）10kV及以
6、下供电电压允许偏差为额定电压的土及以下供电电压允许偏差为额定电压的土 7。（3）022kV单相供电电压允许偏差为十单相供电电压允许偏差为十7、一、一10。2用电设备端电压允许偏差国家标准供配电系统设计规范用电设备端电压允许偏差国家标准供配电系统设计规范 GB5005295规定：规定：（1）电动机允许电压偏差为额定电压的士）电动机允许电压偏差为额定电压的士 5。（2）照明时，允许电压偏差在一般工作场所为额定电压的全）照明时，允许电压偏差在一般工作场所为额定电压的全5；对于远离变电所的小面积；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为额定电压的十一般工作场所，难以满足上述要求时，
7、可为额定电压的十5、10；应急照明、道路照；应急照明、道路照明和警卫照明等为额定电压的十明和警卫照明等为额定电压的十5、10。3其他用电设备当无特殊规定时允许电压偏差为额定电压的士其他用电设备当无特殊规定时允许电压偏差为额定电压的士5。四、电压偏差的改善措施（一）调整供配电系统供电端的电压1、逆调压 2、稳压（常调压）3、不调压（二）其它改善措施第三节 电压波动和闪变及改善措施 1电压波动 一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，当其变化速度等于或大于每秒02时称为电压波动。2电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升降，则照明设施的照度随之急剧变化，使人眼对灯光的闪烁感到不适，这种现
8、象称为电压闪变。3电压变动频度 单位时间内电压变动的次数。电压由大到小或由小到大各算一次变动，同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms，则算一次变动。电压变动频度广的计算公式为：式中 m某一规定时间内电压变化的次数。T冲击负荷的周期，单位为h。4短时间闪变值和长时间闪变值 短时间闪变值是衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量，长时间闪变值是由短时间闪变量推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值。这两个值是评价电压闪变的指标。可以由闪变仪直接测量，也可由仿真计算得到。一、电压波动和闪变的概念%100%minmaxNUUUdTmr二、电压波动和闪变对系统和用电设备的影响 1电压波动和
9、闪变对照明设备的影响 引起照明设备中光源的闪烁，使得照明质量下降。2电压波动和闪变对显示设备的影响 电压波动和闪变会引起电视机、计算机显示器中显像管工作不正常，图像变形。3电压波动和闪变对电动机的影响 电压不稳定使电动机转速不均匀，影响所生产产品的质量。4电压波动和闪变对电子设备的影响 电压波动和闪变会导致电子设备、自控设备或测试仪器无法准确工作。三、电压波动和闪变的允许值1变动限值 电力系统公共连接点，由波动负荷产生的电压变动限值和变动频度如表91所示。2闪变限值 电力系统公共连接点，由波动波动负荷引起的短时间闪变值和长时间闪变值应满足如表9-2所示要求的限值。3波动负荷用户电压波动和闪变值
10、（详见教材P280）四、电压波动和闪变的限制措施 1、采用单独回路供电2、降低共用配电线路阻抗3、提高供电电压4、增加短路容量5、采用静止型无功功率补偿装置 第四节 三相电压不对称及改善措施 三相电压不对称的程度通常用三相电压不对称度来表示，它表示三相系统的电压正序分量与电压负序分量的均方根值百分比。即：一、三相电压不对称度的概念 式中 三相电压正序分量的均方根值；三相电压负序分量的均方很值；三相电压不对称度。%100UUUUUU二、三相电压不对称对系统和用电设备的影响 1对变压器的影响 对于三相电力变压器，当三相电压不对称时，由于要求三相负荷均不能过载，因此，变压器额定容量必须大于其负荷最大
11、一相的容量的3倍，使三相电力变压器的利用率降低。2对电动机的影响 负序电流流入同步电动机或异步电动机，会使电动机因产生附加损耗而过热，产生附加转短而降低使用效率；同时还会使电动机寿命降低。3对变流装置的影响 对多相整流装置，不对称电压使电流在各整流元件上导通的时间和大小发生差异，因而必须降低整流装置的允许功率，从而导致部分元器件效能得不到充分利用。此外，在不对称电压下工作，对多相整流装置会产生偶次非特征谐波，其幅值与电压的不对称度成正比。4对补偿电容的影响 对于对称连接的电容器，加上不对称电压后，会引起三相无功功率输出的不平衡，改变总无功功率的输出。三、三相电压不对称度的允许值（1）电力系统公
12、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允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定。（2）接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为13。1均衡单相负荷使三相上分布的单相负荷尽量平衡；同时应考虑到用电设备功率因数的不同，尽量使有功和无功功率在三相系统达到均衡；低压系统三相之间的容量之差不宜超过15。2对不平衡负荷采用单独的单相变压器供电。四、三相电压不对称度的改善措施 1谐波（分量）对周期性交流量进行付立叶级数分析，得到的频率为基波频率大于1的整数倍的分量称为谐波。2谐波次数 谐波频率与基波频率的整数比。3谐波含量 从周期性交流量中减去基波
13、分量后所得的量。第五节 谐波及改善措施 一、谐波的概念（1）谐波电压含量UH：（2）谐波电流含量IH22)(hhHUU22)(hhHII4谐波含有率HR周期性交流量中含有的第h次谐波分量的均方根值与基波分量的均方根值之比。（1）第h次谐波电压含有率HRUh：（2）第h次谐波电流含有率HRIh：5总谐波畸变率THD 周期性交流量中的谐波含量的均方根值与其基波分量的均方根值之比。%1001UUHRUhh%1001IIHRIhh（1）电压总畸变率 ：（2）电流总畸变率 ：uTHD%1001UUTHDHuiTHD%1001IITHDHi二、谐波对系统和用电设备的影响影响如下：（1）谐波电流在旋转电动机
14、绕组中流通，使电动机产生附加功率损耗而过热，产生脉动转矩和噪声。（2）引起无功补偿电容器组谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过负荷或过电压而损坏，对电力电缆也会造成过负荷或过电压而损坏。（3）由于集肤效应和邻近效应的存在，使输电线路、变压器等因产生附加损耗而过热。（4）电压或电流波形的畸变改变了电压或电流的变化率，影响了断路器的断路容量，对晶闸管的使用寿命产生严重影响。（5）对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动或拒动。（6）使计量仪表，特别是感应式电能表产生计量误差。（7）造成通信干扰。三、谐波允许值 1.谐波电压允许值参见表96。2谐波电流允许值 公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（均方根值）不应超过如表97所示中规定的允许值。四、抑制谐波的措施（一）加强系统承受谐波的能力（二）提高供、用电设备抗谐波干扰的能力（三）限制谐波的产生（四）装设交流滤波器吸收谐波
