1、12第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量3电压偏移及改善措施电压偏移及改善措施电压波动及其抑制电压波动及其抑制 电网谐波及其抑制电网谐波及其抑制 衡量电能的指标：要提高电力系统的电能质量主要是提高电压、频率和波形的质量。电能质量主要指标包括电压偏移、电压波动和闪变、频率偏差、谐波（电压谐波畸变率和谐波电流含有率）。本章主要讲述电压偏移、电压波动及谐波的概本章主要讲述电压偏移、电压波动及谐波的概念、影响、国家标准对它们的质量评价指标及改善念、影响、国家标准对它们的质量评价指标及改善措施措施。第一节第一节 电压偏移及改善措施电压偏移及改善措施 电压偏移，或称电压偏差电压偏移，或称电压
2、偏差，是指供配电系统在正常运行方式下，系统各点瞬间的端电压U与其系统标称电压 之偏差，通常用它对标称电压 的百分值来表示，即U%100%NNUUU（一）电压偏移的含义及其计算 一、电压偏移NUNU（二）电压偏移对设备运行的影响（二）电压偏移对设备运行的影响 电压偏移对设备的工作性能和使用寿命有很大的影响电压偏移对设备的工作性能和使用寿命有很大的影响u对感应电动机的影响对感应电动机的影响 当感应电动机的端电压过低时，由于其转矩与端电压平方成正比，因此当电压下降时转矩降低更为严重，会使电动机的运行情况恶化。当感应电动机的端电压比其额定电压低10时，其实际转矩将只有额定转矩的81，而负荷电流将增大5
3、10以上，温升将增高1015以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电机的寿命。而且由于转矩减少，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废、次品。当其端电压偏高时，负荷电流和温升也将增加，绝缘老化加剧，甚至击穿，缩短电机寿命。u 对同步电动机的影响对同步电动机的影响 当同步电动机的端电压偏高或偏低时，转矩也要按电压平方成正比变化，因此同步电动机的端电压偏差，除了不会影响其转速外，其它如对转矩、电流和温升等的影响，与感应电动机相同。u 对电光源的影响对电光源的影响 电压偏差对白炽灯的影响最为显著。电压过低会使白炽灯不能正常发光。当白炽灯的端电压降低10时
4、，灯泡的使用寿命将延长23倍，但发光效率将下降30以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故。当其端电压升高10时，发光效率将提高13，但其使用寿命将大大缩短，只有原来的13。电压偏差对日光灯及其它气体放电灯的影响不像对白炽灯那么明显，但也有一定的影响。当其端电压偏低时，灯管不易起燃。如果多次反复起燃，则灯管寿命将大受影响。而且电压降低时，照度下降，影响视力工作。当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。另外，电压过低使电气设备不能充分利用。当电压降低到额定值的80时，线路和变压器的电能输送容量只为额定值的64，移相电容器的无功功率也降低为额定值的64。电压过低也
5、会使功率和电能损失增加，设备所需的功率不变，线路输送的功率也不变时，由于电压降低，使线路中电流增大，从而使系统中功率损耗和电能损耗也增大。（二）（二）国家标准对电压偏差的评价指标国家标准对电压偏差的评价指标 我国有关电能质量的国家标准，其中我国有关电能质量的国家标准，其中GB/T123252008电能质量电能质量供电电压允许偏差供电电压允许偏差是对电压偏差的质量评估指标。是对电压偏差的质量评估指标。其规定：其规定：35kV及以上供电电压正、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，按较大偏差的绝对值作为衡量的依据。20kV及以下三相供电电压允许偏差为7。220V单相供电
6、电压允许偏差为7、10。国家标准GB500522009供配电系统设计规范规定：正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的允许值宜符合下列要求：电动机为5 照明：在一般工作场所为5；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5、10；应急照明、道路照明和警卫照明等为5、10。其它用电设备，当无特殊规定时为5。不满足以上要求时，需采取措施进行改善。二、改善电压偏差的主要措施二、改善电压偏差的主要措施第二节第二节 电压波动及其抑制 （一）电压波动的含义及其计算（一）电压波动的含义及其计算 一、电压波动有关概念一、电压波动有关概念 电压波动是指电压方均根值（有效值）一系列的变动或连续
7、的改变。它是波动负荷引起连续的电压变动或电压幅值包络线的周期性变动。其变动过程中相继出现的电压最大值Umax与最小值Umin之差称之为电压波动值，常用Umax与Umin之差对电网标称电压UN的百分值来表示，即%100minmaxNUUUd式中：m某一规定时间内电压变化的次数；电压波动某一规定时间内电压变化的次数；电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为一次电压波波形上相邻两个极值之间的变化过程称为一次电压波动，如图动，如图6-1中中t1t2和和 t2t3等各为一次电压波动。等各为一次电压波动。T统计频度的时段，取引起电压波动的冲击性负统计频度的时段，取引起电压波动的冲击性负荷一个周期；根据
8、规定，电压变化的速度低于荷一个周期；根据规定，电压变化的速度低于0.2的的电压变化不统计在变化次数中，如图电压变化不统计在变化次数中，如图6-1中中t6t7；同；同一方向的变化，如间隔时间（一次变化结束到下次变一方向的变化，如间隔时间（一次变化结束到下次变化开始的时间段）不大于化开始的时间段）不大于30ms，则算一次变化。，则算一次变化。电压变动的频度r用单位时间内电压变动的次数来表示，即r=m/T 第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量（二）电压波动的产生与危害二）电压波动的产生与危害 电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起。电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起。例
9、如电动机的起动，电焊机的工作，特别是大型电弧例如电动机的起动，电焊机的工作，特别是大型电弧炉和大型轧钢机等冲击性负荷的工作，均会引起电网炉和大型轧钢机等冲击性负荷的工作，均会引起电网电压的波动。电压的波动。电压波动可影响电动机的正常起动，甚至使电动机无法起动；对同步电动机还可引起其转子振动；可使电子设备、计算机和自控设备无法正常工作；可使照明灯发生明显的闪烁，严重影响视觉，使人无法正常生产、工作和学习。（三）闪变及等效闪变值（三）闪变及等效闪变值 闪变是指灯光照度不稳定造成的视觉感受，是电压波动在一段时间内的累计效果。由短时间闪变值Pst和长时间闪变值Plt来衡量。引起灯光（照度）闪变的波动电
10、压，称为闪变电压。短时间闪变值短时间闪变值Pst是衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱是衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计值，短时间闪变的基本记录周期为的一个统计值，短时间闪变的基本记录周期为10 min。长时间闪变值长时间闪变值Plt由短时间变值由短时间变值Pst推算出，反映长时间（若推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值，长时间闪变的基本记录周期为干小时）闪变强弱的量值，长时间闪变的基本记录周期为2 h。当负荷为周期性等间隔矩形波（或阶跃波）时，闪变也可当负荷为周期性等间隔矩形波（或阶跃波）时，闪变也可通过其电压变动通过其电压变动d和频度和频度r的曲线（或对应表格）进行有关估的曲
11、线（或对应表格）进行有关估算算。二、国家标准对电压波动和闪变的评价指标二、国家标准对电压波动和闪变的评价指标 国家标准对电压波动和闪变的质量评估指标为GB123262008电能质量电压波动和闪变。规定1.电压波动的允许值电压波动的允许值电力系统公共供电点由冲击性负荷产生的电压波动允许值 本标准中系统标称电压UN等级按以下划分：低压（LV）：UN1KV中压（MV）：1KVUN35KV高压（HV）：35KVUN220KV第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量电压波动允许值电压波动允许值（依据国标GB123262008）变动频度r(次/h)电压波动允许值d/%低、中压高压r1431r10
12、32.510r10021.5100r10001.251第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量2.闪变电压的允许值闪变电压的允许值 电力系统公共连接点，在系统正常运行的较小方式下，以一周（168 h）为测量周期，所有长时间闪变值Plt都应满足表闪变允许值的要求。闪变电压允许值闪变电压允许值（依据国标GB123262008）Plt110 kV110 kV10.8第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量 任何一个波动负荷用户在电力系统公共连接点单独引起的闪任何一个波动负荷用户在电力系统公共连接点单独引起的闪变值一般应满足下列要求。变值一般应满足下列要求。电力系统正常运行的较小方
13、式下，并保证波动负荷的最大工作周期包含在内，测量获得的最大时间内闪变值和波动负荷退出时的背景闪变值，通过下列计算获得波动负荷单独引起的长时间闪变值：330312ltltltPPP式中：Plt1波动负荷投入时的长时间闪变值；Plt0背景闪变值，是波动负荷退出时一段时期内的长时间闪变测量值；Plt2波动负荷单独引起的长时间闪变值。第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量三、电压波动和闪变的抑制三、电压波动和闪变的抑制抑制电压波动和闪变，可采取下列措施：抑制电压波动和闪变，可采取下列措施：1）采用合理的接线方式。对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线或专用变压器单独供电。2）设法增大供电
14、容量，减少系统阻抗，如将单回路线路改为双回路线路，或将架空线路改为电缆线路等，使系统的电压损耗减小，从而减小负荷变动时引起的电压波动。在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。3）对大功率电弧炉的炉用变压器宜由短路容量较大的电网供电，一般是选用更高电压等级的电网供电。4)对大型冲击性负荷，如采取上述措施达不到要求时，可装设能“吸收”冲击无功功率的静止型补偿装置（SVC）。SVC是一种能吸收随机变化的冲击无功功率和动态谐波电流的无功补偿装置，第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量第三节第三节 电网谐波及其抑制电网谐波及其抑制一、电网谐波的有关概念 交流电网中，由于许多
15、非线性电气设备的投入运行，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的周期性非正弦波。谐波，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常又称为高次谐波。而基波是指其频率与工频相同的分量。谐波次数（h）是谐波频率与基波频率的整数比。（一）电网谐波的含义及其估算（一）电网谐波的含义及其估算 谐波含有率（电压或电流）是周期性电气量中含有的第h次谐波分量有效值与其基波分量有效值之比，用百分数表示。第h次谐波电压含有率（）按下式计算1100%hhUHRUU式中，为第h次谐波电压和基波电压的有效值，kV；1hUU、第第h次谐波电流含有率次谐波电流含有
16、率()按下式计算按下式计算hHRI1100%hhIHRII式中，为第h次谐波电流和基波电流的有效值，A。1hII、hHRU第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量 谐波含量（电压或电流）是周期性电气量中含有的各次谐波分量有效值的和方根（平方和的平方根）值。谐波电压总含量谐波电压总含量(UH)按下式计算按下式计算2H2()hhUU谐波电流总含量（谐波电流总含量（IH）按下式计算）按下式计算2H2()hhII 总谐波畸变率表征波形畸变程度，是用周期性电气量中的谐波含量与基波分量有效值之比，用百分数表示。第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量电压总谐波畸变率（电压总谐波畸变率（
17、）按下式计算）按下式计算uTHD2211()100%100%hhHuUUTHDUU电流总谐波畸变率（电流总谐波畸变率（）按下式计算）按下式计算iTHD2211()100%100%hhHiIITHDII第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量（二）谐波的产生与危害（二）谐波的产生与危害 系统中主要的系统中主要的“谐波源谐波源”可分为两大类：可分为两大类：1）含半导体非线性元件的谐波源）含半导体非线性元件的谐波源 2）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。例如：各种整流设备、交直流换流设备、PWM变频器、相控调制变频器及为节能和控制用的电力电子设备等；例如：交
18、流电弧炉、交流电焊机、荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、发电机、变压器及铁磁谐振设备等。第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量 如在系统和用户中存在谐波干扰，将会使系统中的电压和电流发生畸变。供电系统中的谐波源主要是谐波电流源，谐波电流通过电网将在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波电压的产生。谐波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，不仅增加能耗，而且使其绝缘介质老化加速，缩短使用寿命。谐波还能使变压器噪声增大。第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量二、国家标准对电网谐波的的评价指标二、国家标准对电网谐波的的评价指
19、标 GBT1454993电能质量公用电网谐波是目前我国对电网谐波的质量评估主要指标。电网标称电压k电压总谐波畸变率（%）次谐波电压含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8公用电网谐波电压公用电网谐波电压（相电压）限值（据限值（据GBGBT14549T145499393）（一）谐波电压限值（一）谐波电压限值 第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量hpkkhISSI21 式中，Sk1为公共连接点的最小短路容量(MVA)；Sk2为基准短路容量(MVA)；Ihp为表6-5中的第h次谐波电流允许值(A)；Ih为短
20、路容量为第h次谐波电流允许值(A)。（二）谐波电流允许值（二）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（方均公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表根值）不应超过表-4规定的允许值。当公共连接点处的最小规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于表中基准短路容量时，应按下式修正表中的谐短路容量不同于表中基准短路容量时，应按下式修正表中的谐波电流允许值：波电流允许值：第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量三、电网谐波的抑制（一）抑制电网谐波，可采取下列措施：（一）抑制电网谐波，可采取下列措施：供各类大功率的非线性用电设备的变压器由短路
21、容量较大的电网供电，一般可由更高电压等级的电网供电或由主变压器更大的电网供电。第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量1 提高整流变压器二次侧的相数，增加整流器的整流脉冲数。提高整流变压器二次侧的相数，增加整流器的整流脉冲数。2 多台相数相同的整流装置，使整流变压器的二次侧有适当的相位差。多台相数相同的整流装置，使整流变压器的二次侧有适当的相位差。例如有一台整流变压器，二次侧有三角形和星形三相线圈各一组，各接三相桥式整流器，将这两个整流器的直流输出串联或并联（加平衡电抗）接到直流负荷，即可得到12脉冲整流电路。整流脉冲数越高，次数低的谐波被消去，变压器一次侧的谐波含量就越少。例如有两
22、台Ydy（即Y.Y）联结的整流变压器，若将其中一台加移相线圈，使两台变压器的一次侧主线圈有150相位差，则两台的综合效应在理论上可大大改善向电力系统注入的谐波。（二）对大功率静止整流器，采取下列措施：（二）对大功率静止整流器，采取下列措施：第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量 宜采用Dyn11联结组别的三相配电变压器。三相整流变压器也宜采用Yd或Dy的联结方式，采用上述结线，可以消除3次及3的整数倍次的高次谐波，这些谐波在三角形联结的绕组内形成环流，不致注入公共电网中去。以上的方法，主要通过改造谐波源以限制谐波源注入电网的谐波电流，把电力系统的谐波电压抑制在允许的范围之内。除此还
23、可用补偿的方法，主要是设置LC滤波器和有源电力滤波器。（三）变压器采用合适的组别（三）变压器采用合适的组别第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量1.LC滤波器（四）采用补偿的方法抑制谐波（四）采用补偿的方法抑制谐波2.有源电力滤波器3.加静止无功功率补偿装置 4.有源功率因数校正装置 5.采用谐波保护器第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量有源滤波器及无源滤波器应用场合对比分析：有源滤波器及无源滤波器应用场合对比分析：（1）有源滤波容量单套不超过100KVA，无源滤波则无此限制；（2）有源滤波在提供滤波时，不能或很少提供无功功率补偿，因为要占容量；而无源滤波则同时提供无
24、功功率补偿。（3）有源滤波目前最高适用电网电压不超过450V，而低压无源滤波最高适用电网电压可达3000V。（4）无源滤波由于其价格优势、且不受硬件限制，广泛用于电力、油田、钢铁、冶金、煤矿、石化、造船、汽车、电铁、新能源等行业；有源滤波器因无法解决的硬件问题，在大容量场合无法使用，适用于电信、医院等用电功率较小且谐波频率较高的单位，优于无源滤波器。第六章第六章 供配电系统电能质量供配电系统电能质量建筑供配电与照明课程建筑供配电与照明课程吉林建筑大学吉林建筑大学人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
