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      1. 帝森克羅德

        常見問題

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        1 如何抑制電力系統中的高次諧波

        高次諧波對電力系統和用戶都產生了比較大的影響。而隨著非線性用戶的增加,高次諧波將越來越嚴重,所以必須抑制電力系統的高次諧波。抑制電力系統高次諧波的方法很多,常用的有以下幾種:
        • (1) 增加換流裝置的相數或脈沖數,可以減少換流裝置產生的諧波電流,從而減少注入電網的諧波電流。
        • (2) 改變非線性負荷接入電網的接入點。由于高壓電網的短路容量大,有承擔較大諧波的能力,所以把諧波產生容量大的設備接入到高一級電網的母線,或增加非線性負荷到對諧波敏感負荷之處的電氣距離。
        • (3) 在諧波源處或在適當的母線上加裝電感、電容式或其他型式的濾波器。吸收諧波電流。防止諧波電流注入公用電網。如在電氣鐵道機車內或牽引變電所母線上安裝濾波器。裝設濾波器的方式、容量和地點應根據諧波源的情況、實測諧波情況、電力系統運行方式以及諧波源附近其他負荷對諧波的要求程度來確定。而且在裝設濾波器后要進行測量,防止投入后出現某幾次諧波的諧振,導致這幾次諧波電流被放大。在裝有補償無功電容器的地點,應在電容器投入后,測量有否諧波被放大的情況。在需要加裝無功補償電容器,又需要裝濾波器的地點,可以采用同一套電容器起這兩方面的作用。
        • (4) 對于無功沖擊很大的負荷,有時需要同時加裝靜止無功補償裝置和濾波器,才能有效抑制諧波。

        2 變頻器諧波的危害有哪些

        變頻器,以其優越的調速性能、節能效果,被廣泛的應用在工業上。但由于變頻器在輸入回路中產生的高次諧波電流,對供電系統等設備都產生了一定的干擾,使得諧波干擾問題十分嚴重。那么變頻器諧波危害主要體現在哪些方面呢?

        • (1) 增加輸電線路、變壓器和電力電容器的損耗,使設備的溫度過熱,降低設備的利用率和經濟效益
        • (2) 影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性:特別對于電磁式繼電器來說,電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動,使其動作失去選擇性,可靠性降低,容易造成系統事故,嚴重威脅電力系統的安全運行。
        • (3) 對通訊系統工作產生干擾:電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時,會在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓,干擾通信系統的工作,影響通信線路通話的清晰度,甚至在極端的情況下,還會威脅著通信設備和人員的安全。
        • (4) 對用電設備的影響:電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變,畫面亮度發生波動變化,并使機內的元件溫度出現過熱,使計算機及數據處理系統出現錯誤,嚴重甚至損害機器。
        • (5) 電力諧波還會對測量和計量儀器的指示不準確及整流裝置等產生不良影響。通過以上五點內容,我們可以看出變頻器諧波,已經成為當前電力系統中影響電能質量的大公害,并且相信大家對變頻器諧波的危害應該有了一定的了解,在以后使用中要盡量避免變頻器諧波,需要找到消除變頻器諧波的方法

        3 弧光保護產品的重要性

        發電廠、大用戶廠用及配電系統中低壓開關柜眾多,是整個供電系統的核心設備,對全廠/配電系統的安全運行至關重要。但是,目前常規的保護配置方案,中低壓母線沒有配置專門的保護,通常由進線開關的后備保護整定來實現;并且進線與出線開關的保護需要相互配合,所以廠用/配電系統的中低壓母線故障要經過延時切除。一般速斷保護延時的級差至少為300ms,甚至500ms;而過流保護的配合級差更是長達1~2秒。


        鑒于中低壓母線在配電系統中的重要地位,任何故障的延時切除,都將嚴重危及人身和設備安全,造成巨大的損失,所以對中低壓母線的運行保護有充分理由予以重視。


        同時,故障電弧光具有發展迅速、不可預測、破壞力大、極易傳播的特點、電弧中心溫度超過10000攝氏度,弧光的光強度可以超過正常的照明光強2000倍。因此,對故障電弧光早發現、早處理成為抑制電弧光發展的關鍵,只有盡力爭取每一毫秒使供電斷路器跳閘切除故障,才能夠使設備和人身安全得到限度的保護 :


        由于弧光產生的不可避免性,弧光故障發生的危害性,迫切的需要一種裝置對弧光故障進行保護。帝森克羅德技術中低壓母線弧光短路快速保護系統,將弧光檢測和高速過流檢測相結合,利用高速分斷輸出,使保護動作快速,安全、可靠。


        4 諧波源主要包含哪些設備

        • (1) 電力電子設備   
          電力電子設備主要包括整流器、變頻器、開關電源、靜態換流器、晶閘管系統及其他SCR控制系統等。由于工業與民用電力設備常用到這類電力電子設備和電路,如整流和變頻電路,其負載性質一般分為感性和容性兩種,感性負載的單相整流電路為含奇次諧波的電流型諧波源。而容性負載的單相整流電路,由于電容電壓會通過整流管向電源反饋,屬于電壓型諧波源,其諧波含量與電容值的大小有關,電容值越大,諧波含量越大。變頻電路諧波源由于采用的是相位控制,其諧波成分不僅含有整數倍數的諧波,還含有非整數倍數的間諧波。
        • (2) 可飽和設備   
          可飽和設備主要包括變壓器、電動機、發電機等??娠柡驮O備是非線性設備,其鐵心材料具有非線性磁化曲線和磁滯回線,在正弦波電壓的作用下,勵磁電流為對稱函數,并滿足 。應用傅立葉級數分解時僅含有奇次項,對于三相對稱的變壓器,3次諧波的奇數倍(3次,6次,9次……)諧波均為零序,可認為變壓器是只產生奇次諧波的電流源型諧波源。變壓器的諧波次數還受到一、二次側接線方式的影響,諧波的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程序越高,諧波電流就越大。與電力電子設備和電弧設備相比,可飽和設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
        • (3) 電弧爐設備及氣體電光源設備
            (a)電弧爐在熔煉金屬過程中的非線性影響將產生大量的諧波。
            (b)氣體電光源包括熒光燈、鹵化燈、霓虹燈燈。根據這類氣體放電光源的伏安特性,其非線性特性十分嚴重,同時含有負的伏安特性。而氣體燈具工作時要與電感性鎮流器相串聯,并使其綜合伏安特性不再為負才能正常工作。由于鎮流器的非線性相當嚴重,其中三次諧波含量再20%以上,其特性為對稱函數,只含有奇次諧波,所以氣體電光源設備屬于電流源型諧波源。

        5 諧波對電力、電氣設備有哪些危害

        • 使得電動機的機械效率下降,造成電能的浪費,諧波主要引起電動機的附加發熱,容易產生過電壓或者過電流。諧波的產生還會引起繞組不均勻處過熱導致的絕緣層損壞,導致變頻器的運行不正常,很容易感受諧波失真而誤動作,對供電線路產生了附加諧波損耗、保護電器的誤動作1)變壓器電流諧波將增加銅損。
        • 變頻器當變頻器輸入電壓發生畸變,導致線路壓降增大。
        • 電動機電機繞組存在雜散電容,其綜合結果就是使得變壓器的溫度上升。
          此外,絕緣破壞直至燒毀,諧波可能導致開關設備,電力系統裝設的電容器比系統中的感抗要大得多,導致電容器過熱。但在諧波頻率較高時,這就可能出現諧振。諧波還可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振,諧振造成異常電流進入電容器,從而影響變頻器的工作性能和使用壽命,諧波電壓將增加鐵損,影響計量儀表測量精度,并且導體對高頻諧波電流的集膚效應使線路的等效阻抗增加、電機轉矩脈沖及噪聲的增加,就使得變頻器整流二極管及電解電容負擔加重,感抗值成倍增加而容抗值大幅減少,導致電動機的額外溫升。
        • 電力電容器工頻狀態下,從而產生噪聲污染,輸出電纜的截面要相應增大。
        • 供電線路高頻諧波電流使線路阻抗隨著頻率的增加而提高。由于變頻器屬于電力電子裝置,輸入電流峰值增大。

        6 公共電網諧波測量方法有哪些

        • 諧波電壓(或電流)測量應選擇在電網正常供電時可能出現的較小運行方式,且應在諧波源工作周期中產生的諧波量大的時段內進行(例如:電弧煉鋼爐應在熔化期測量)。
          當測量點附近安裝有電容器組時,應在電容器組的各種運行方式下進行測量。
        • 測量的諧波次數一般為第2 到第19 次,根據諧波源的特點或測試分析結果,可以適當變動諧波次數測量的范圍。
        • 對于負荷變化快的諧波源(例如:煉鋼電弧爐、晶閘管變流設備供電的軋機、電力機車等),測量的間隔時間不大于2min,測量次數應滿足數理統計的要求,一般不少于30 次。
          對于負荷變化慢的諧波源(例如:化工整流器、直流輸電換流站等),測量間隔和持續時間不作規定。
        • 諧波測量的數據應取測量時段內各相實測量值的95%概率值中較大的一相值,作為判斷諧波是否超過允許值的依據。
          但對負荷變化慢的諧波源,可選五個接近的實測值,取其算術平均值
          注:為了實用方便,實測值的95%概率值可按下述方法近似選?。簩崪y值按由大到小次序排列,舍棄前面5%的大值,取剩余實測值中的較大值。

        7 國家電網對無功補償配置技術原則

        第一章 總則

        • 第一條 為保證電壓質量和電網穩定運行,提高電網運行的經濟效益,根據《中華人民共和國電力法》等國家有關法律法規、《電力系統安全穩定導則》、信息來源:《電力系統電壓和無功電力技術導則》、《國家電網公司電力系統電壓質量和無功電力管理規定》等相關技術標準和管理規定,特制定本技術原則。
        • 第二條 國家電網公司各級電網企業、并網運行的發電企業、電力用戶均應遵守本技術原則。

        第二章 無功補償配置的基本原則

        • 第三條 電力系統配置的無功補償裝置應能保證在系統有功負荷高峰和負荷低谷運行方式下,分(電壓)層和分(供電)區的無功平衡。分(電壓)層無功平衡的重點是220kV及以上電壓等級層面的無功平衡,分(供電)區就地平衡的重點是110kV及以下配電系統的無功平衡。無功補償配置應根據電網情況,實施分散就地補償與變電站集中補償相結合,電網補償與用戶補償相結合,高壓補償與低壓補償相結合,滿足降損和調壓的需要。
        • 第四條 各級電網應避免通過輸電線路遠距離輸送無功電力。500(330)kV電壓等級系統與下一級系統之間不應有大量的無功電力交換。500(330)kV電壓等級超高壓輸電線路的充電功率應按照就地補償的原則采用高、低壓并聯電抗器基本予以補償。
        • 第五條 受端系統應有足夠的無功備用容量。當受端系統存在電壓穩定問題時,應通過技術經濟比較,考慮在受端系統的樞紐變電站配置動態無功補償裝置。
        • 第六條 各電壓等級的變電站應結合電網規劃和電源建設,合理配置適當規模、類型的無功補償裝置。所裝設的無功補償裝置應不引起系統諧波明顯放大,并應避免大量的無功電力穿越變壓器。35kV~220kV變電站,在主變較大負荷時,其高壓側功率因數應不低于0.95,在低谷負荷時功率因數應不高于0.95。
        • 第七條 對于大量采用10kV~220kV電纜線路的城市電網,在新建110kV及以上電壓等級的變電站時,應根據電纜進、出線情況在相關變電站分散配置適當容量的感性無功補償裝置。
        • 第八條 35kV及以上電壓等級的變電站,主變壓器高壓側應具備雙向有功功率和無功功率(或功率因數)等運行參數的采集、測量功能。
        • 第九條 為了保證系統具有足夠的事故備用無功容量和調壓能力,并入電網的發電機組應具備滿負荷時功率因數在0.85(滯相)~0.97(進相)運行的能力,新建機組應滿足進相0.95運行的能力。為了平衡500(330)kV電壓等級輸電線路的充電功率,在電廠側可以考慮安裝一定容量的并聯電抗器。
        • 第十條 電力用戶應根據其負荷性質采用適當的無功補償方式和容量,在任何情況下,不應向電網反送無功電力,并保證在電網負荷高峰時不從電網吸收無功電力。
        • 第十一條 并聯電容器組和并聯電抗器組宜采用自動投切方式。

        第三章 500(330)kV電壓等級變電站的無功補償

        • 第十二條 500(330)kV電壓等級變電站容性無功補償配置
          500(330)kV電壓等級變電站容性無功補償的主要作用是補償主變壓器無功損耗以及輸電線路輸送容量較大時電網的無功缺額。容性無功補償容量應按照主變壓器容量的10%~20%配置,或經過計算后確定。
        • 第十三條 500(330)kV電壓等級變電站感性無功補償配置
          500(330)kV電壓等級高壓并聯電抗器(包括中性點小電抗)的主要作用是限制工頻過電壓和降低潛供電流、恢復電壓以及平衡超高壓輸電線路的充電功率,高壓并聯電抗器的容量應根據上述要求確定。主變壓器低壓側并聯電抗器組的作用主要是補償超高壓輸電線路的剩余充電功率,其容量應根據電網結構和運行的需要而確定。
        • 第十四條 當局部地區500(330)kV電壓等級短線路較多時,應根據電網結構,在適當地點裝設高壓并聯電抗器,進行無功補償。以無功補償為主的高壓并聯電抗器應裝設斷路器。
        • 第十五條 500(330)kV電壓等級變電站安裝有兩臺及以上變壓器時,每臺變壓器配置的無功補償容量宜基本一致。

        第四章 220kV變電站的無功補償

        • 第十六條 220kV變電站的容性無功補償以補償主變壓器無功損耗為主,并適當補償部分線路的無功損耗。補償容量按照主變壓器容量的10%~25%配置,并滿足220kV主變壓器較大負荷時,其高壓側功率因數不低于0.95。
        • 第十七條 當220kV變電站無功補償裝置所接入母線有直配負荷時,容性無功補償容量可按上限配置;當無功補償裝置所接入母線無直配負荷或變壓器各側出線以電纜為主時,容性無功補償容量可按下限配置。
        • 第十八條 對進、出線以電纜為主的220kV變電站,可根據電纜長度配置相應的感性無功補償裝置。每一臺變壓器的感性無功補償裝置容量不宜大于主變壓器容量的20%,或經過技術經濟比較后確定。
        • 第十九條 220kV變電站無功補償裝置的分組容量選擇,應根據計算確定,較大單組無功補償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過電壓額定值的2.5%。一般情況下無功補償裝置的單組容量,接于66kV電壓等級時不宜大于20Mvar,接于35kV電壓等級時不宜大于12Mvar,接于10kV電壓等級時不宜大于8Mvar。
        • 第二十條 220kV變電站安裝有兩臺及以上變壓器時,每臺變壓器配置的無功補償容量宜基本一致。

        第五章 35kV~110kV變電站的無功補償

        • 第二十一條 35kV~110kV變電站的容性無功補償裝置以補償變壓器無功損耗為主,并適當兼顧負荷側的無功補償。容性無功補償裝置的容量按主變壓器容量的10%~30%配置,并滿足35kV~110kV主變壓器較大負荷時,其高壓側功率因數不低于0.95。
        • 第二十二條 110kV變電站的單臺主變壓器容量為40MVA及以上時,每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無功補償裝置。
        • 第二十三條 110kV變電站無功補償裝置的單組容量不宜大于6Mvar,35kV變電站無功補償裝置的單組容量不宜大于3Mvar,單組容量的選擇還應考慮變電站負荷較小時無功補償的需要。
        • 第二十四條 新建110kV變電站時,應根據電纜進、出線情況配置適當容量的感性無功補償裝置。

        第六章 10kV及其它電壓等級配電網的無功補償

        • 第二十五條 配電網的無功補償以配電變壓器低壓側集中補償為主,以高壓補償為輔。配電變壓器的無功補償裝置容量可按變壓器較大負載率為75%,負荷自然功率因數為0.85考慮,補償到變壓器較大負荷時其高壓側功率因數不低于0.95,或按照變壓器容量的20%~40%進行配置。
        • 第二十六條 配電變壓器的電容器組應裝設以電壓為約束條件,根據無功功率(或無功電流)進行分組自動投切的控制裝置。

        第七章 電力用戶的無功補償

        • 第二十七條 電力用戶應根據其負荷特點,合理配置無功補償裝置,并達到以下要求:
          100kVA及以上高壓供電的電力用戶,在用戶高峰負荷時變壓器高壓側功率因數不宜低于0.95;其他電力用戶,功率因數不宜低于0.90。

        第八章 附則

        • 第二十八條 本技術原則由國家電網公司負責解釋。
        • 第二十九條 本技術原則自頒發之日起執行。

        8 提高功率因數的好處有哪些

        供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數,那提高功率因數對我們用戶端有什么好處呢?

        • ① 通過改善功率因數,減少了線路中總電流和供電系統中的電氣元件,如變壓器、電器設備、導線等的容量,因此不但減少了投資費用,而且降低了本身電能的損耗。
        • ② 藉由良好功因值的確保,從而減少供電系統中的電壓損失,可以使負載電壓更穩定,改善電能的質量。
        • ③ 可以增加系統的裕度,挖掘出了發供電設備的潛力。如果系統的功率因數低,那么在既有設備容量不變的情況下,裝設電容器后,可以提高功率因數,增加負載的容量。
          舉例而言,將1000KVA變壓器之功率因數從0.8提高到0.98時:
          補償前:1000×0.8=800KW
          補償后:1000×0.98=980KW
          同樣一臺1000KVA的變壓器,功率因數改變后,它就可以多承擔180KW的負載。
        • ④ 減少了用戶的電費支出;透過上述各元件損失的減少及功率因數提高的電費優惠。

        此外,有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等;可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等;電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等,這些設備均是主要的諧波源,運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接于電網的電器設備都有大小不等的危害,主要表現為產生諧波附加損耗,使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。

        并聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用,使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外,諧波電流疊加在電容器的基波電流上,會使電容器的電流有效值增加,造成溫度升高,減少電容器的使用壽命。

        諧波電流使變壓器的銅損耗增加,引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。

        諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時,可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。

        因此,如果系統量測出諧波含量過高時,除了電容器端需要串聯適宜的調諧(detuned)電抗外,并需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。

        9 中低壓配電網的無功補償方式有哪些

        配電網中常用的無功補償方式為:在系統的部分變、配電所中,在各個用戶中安裝無功補償裝置;在高低壓配電線路中分散安裝并聯電容機組;在配電變壓器低壓側和車間配電屏間安裝并聯電容器以及在單臺電動機附近安裝并聯電容器,進行集中或分散的就地補償。

        • (1) 就地補償
          對于大型電機或者大功率用電設備宜裝設就地補償裝置。在就地補償方式中,把電容器直接接在用電設備上,中間只加串熔斷器保護,用電設備投入時電容器跟著一起投入,切除時一塊切除,實現了較方便的無功自動補償,切除時用電設備的線圈就是電容器的放電線圈。
        • (2) 分散補償   
          當各用戶終端距主變較遠時,宜在供電末端裝設分散補償裝置,結合用戶端的低壓補償,可以使線損大大降低,同時可以兼顧提升末端電壓的作用。
        • (3) 集中補償   
          變電站內的無功補償,主要是補償主變對無功容量的需求,結合考慮供電壓區內的無功潮流及配電線路和用戶的無功補償水平來確定無功補償容量。35KV變電站一般按主變容量的10%-15%來確定;110KV變電站可按15%-20%來確定。

        10 使用變頻器后無功補償柜的保險頻繁燒毀原因分析

        簡介

        變頻器工作時會產生很強的諧波電流發射,當變頻器發射的諧波電流注入到系統中,會在電容上產生較大的電流。這是因為有以下兩個原因:

        • 第一, 諧波電流的頻率較高,補償電容對高頻電流具有更小的阻抗,因此會產生較大的電流。
        • 第二, 諧波電流會在系統中發生諧振,導致諧波電流被放大,這個原因通常是問題的主要原因。

        在電力系統中,變頻器與無功補償電容構成了一個LC并聯電路,如圖1所示。這個電路有一個固有的諧振頻率f0,當f0與諧波的頻率相同時,諧波電流會被放大,從而在LC構成的回路中產生很大的電流,一般會達到諧波源電流的10~20倍,這對電力系統和電容的損害都非常大。

        補償電容支路上的保險燒毀,也恰好說明了熔斷器起到保護作用,否則將會導致更加嚴重的后果,例如,電容爆炸,變壓器過熱等。

        解決方案

        當出現上述問題時,可以有兩個方法來解決:

        • 第一個方法,在電容上串聯電抗L1,并使L1與C構成的串聯電路的諧振點低于較低次諧波電流的頻率,本案中低于5次諧波。電抗(L+L1)與補償電容C構成的回路的諧振頻率必然低于諧波源的頻率,因此不會發生諧振。
        • 第二個方法是減小諧波源的諧波電流。具體方法是在變頻器的電源輸入端安裝諧波保護器,或者在系統進線側安裝有源濾波器進行統一的集中治理。

        通常情況下,一般采取第二個方法。據統計采取此項措施后,無功補償柜工作正常,也基本沒有再出現保險燒毀的現象。

        對節電柜的諧波電流的限制要求可以采用GB17625標準或者IEEE519標準。根據調研,歐美企業采用IEEE519標準的較多,主要內容是規定總諧波電流畸變率THID<8%。

        只要在節電方案的設計中采取了預防措施,就完全能夠規避諧波電流帶來的風險。

        11 三次諧波的產生及危害

          電網中的諧波主要指頻率為工頻(基波頻率)整數倍成分的諧波及工頻非整數倍成分的間諧波。它們都是造成電網電能質量污染的重要原因。電網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荷是主要諧波源以外,根據大量現場測試的分析結果證實,電力變壓器也是電力系統中三次諧波的一個重要諧波源。電力變壓器的激磁電流、鐵心飽荷及三相電路荷磁路的不對稱,致使在變壓器三角Z繞組的線電壓和線電流中也仍然存在三次諧波分量,尤其在負荷低谷時,隨著電網電壓的升高,變壓器鐵心飽和程度加劇,產生的三次諧波含量也隨之增大。隨著電網大量電容裝置的投運,通過對現場諧波實測發現,三次諧波并不是只有零序分量可被變壓器三角繞組所環路,而是波及全網,并給電容裝置及電網的正常運行帶來影響和威脅。例如,電容裝置盲目采用串聯電抗率為5%~6%的電抗接入電網后,引起三次諧波的放大和導致發生諧振的情況,已為大量的現場事故案例所證實。

          三次諧波的產生,還包括大功率晶閘管整流裝置及大量開發應用的電力電子器件,煉鋼電弧爐及軋機容量的增大,電氣化鐵路交通的發展應用,包括UPS電源、電子調速裝備、節能型燈具及家用電器中的計算機、微波爐等電力電子設備和電器設備應用的大量增加,使各類非線性負荷注入電網的諧波日益增多,造成電網電能質量的污染的影響也越來越大。在這些設備集中使用的地區,如工廠車間、公寓大廈、居民小區、寫字樓、酒店商廈等,諧波污染已相當嚴重。諧波污染的影響使電能質量明顯下降,因此,對電能質量諧波污染的抑制和治理已刻不容緩。

        12 低壓電容器無功補償容量的計算

        通常情況下,變電所集中補償電容器容量的估算方法如下:

        1、機械工廠的自然功率因數為0.75,如果補償為0.96,由下表可知:

        K為0.59,這樣當變壓器安裝容量為Se時,正常情況按運行在額定容量的80%考慮,則
        P=0.8Se*cosφ=0.75*0.8Se=0.6Se
        Qc=KP=0.354Se

        對于民用建筑,自然功率因數約為0.78,補償至0.95時,K指為0.474,變壓器運行時,按在額定容量的80%范圍,則
        P=0.8Se*cosφ=0.8*0.78Se=0.624Se
        Qc=KP=0.624Se*0.474=0.296Se

        由此可初步估算補償容量,機械工廠電容器容量一般為變壓器容量的35%,而民用建筑一般為變壓器容量的30%。例如民用建筑變壓器容量為1000kVA,低壓電容器補償容量可取為300kvar。當功率因數補償至一定值后,再加大電容器的容量,對功率因數的提高效益不夠明顯,會使投資增加過多,而對功率因數的提高意義并不大。因此,供電部門要求功率因數低壓側不低于0.90有它合理的一面。過補償更無必要,不但增加投資,由于會向電網返無功功率,會抬高電網系統的電壓,對用電設備造成危害。

        13 影響電能質量的因素有哪些

        電能質量直接關系到電力系統的供電安全和供電質量,從技術上講,影響電能質量的因素主要包括三個方面:

        • (1) 自然現象的因素,如雷擊、風暴、雨雪等對電能質量的影響,使電網發生事故,造成供電可靠性降低。
        • (2) 電力設備及裝置的自動保護及正常運行的因素,如大型電力設備的啟動和停運、自動開關的跳閘及重合等對電能質量的影響,使額定電壓暫時降低、產生波動與閃變等。
        • (3) 電力用戶的非線性負荷、沖擊性負荷等大量投運的因素,如煉鋼電弧爐、電氣化機車運行等對電能質量的影響,使公用電網產生大量的諧波干擾、產生電壓擾動、產生電壓波動與閃變等。

        14 電能質量基礎知識

        什么是電能質量(Power Quality,縮寫PQ)? 從普遍意義上講,電能質量是優質的供電,即通過公用電網給用戶端的交流電能的品質。

        理想狀態的公用電網應以恒定的頻率、正弦波形和標準電壓對用戶供電,同時在三相交流系統中,各相電壓和電流的幅值應大小相等、相位對稱且相互差120度。但由于系統中的發電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱,負荷性質多變,加之調控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因,這種理想的狀態并不存在,因此產生了電網運行、電力設備和供用電環節中的各種問題,也就產生了電能質量的概念。

        圍繞電能質量的含義,從不同角度理解通常包括:

        • (1) 電壓質量:是以實際電壓與理想電壓的偏差,反映供電企業向用戶供應的電能是否合格的概念,這個定義能包括大多數電能質量問題,但不能包括頻率造成的電能質量問題,也不包括用電設備對電能質量的影響和污染。
        • (2) 電流質量:反映了與電壓質量有密切關系的電流的變化,是電力用戶除對交流電源有恒定額率、正弦波形的要求外,還要求電流波形與供電電壓問相位以保證高功率因素運行:這個定義有助于電網電能質量的改善和降低線損,但不能概括大多數因電壓原因造成的電能質量問題。
        • (3) 供電質量:其技術含義是指電壓質量和供電可靠性,非技術含義是指服務質量。包括供電企業對用戶投訴的反映速度以及電價組成的合理性、透明度等。
        • (4) 用電質量:包括電流質量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權利、責任和義務,也包括電力用戶是否按期、如數交納電費等。
        • (5) 公共連接點:用戶接人公用電網的連接處。在公共連接點上連接至少兩個用戶。
        • (6) 基波(分量):對周期性交流量進行傅里葉級數分解得到的頻率與工頻相同的分量。對于廣義的周期性交流量,其基波頻率不一定等于工頻,因此廣義的基波分量是:周期量的傅里葉級數中序數為1的分量。當傅里葉級數采用指數函數形式時,指數函數ejω1t中,ω1叫是基波角頻率。
        • (7) 諧波(分量):對周期性交流量進行傅里葉級數分解得到頻率為基波頻率的大于1的整數倍的分量,即其頻率為基波頻率的2或2以上整數倍的分量。當該周期量用傅里葉級數表示時,諧波就是級數中序數大于1的各個分量,或者說就是具有指數函數ejhω1t并且h>2的各項。
        • (8) 諧波次數:諧波頻率與基波頻率的整數比。在某些文獻中,同樣含義的術語是“諧波序數”(harmonic number)。應該指出,從中英文對照來看order應是“序數”,而“number”應是“次數”。在如年代以前的文獻中采用的符號是n。
        • (9) 諧波含量:從周期性交流量中減去基波分量后所得的量,即等于交變量方均根值酌平方減去所含基波分量方均根值的平方后,所得差額的平方根。應該指出,在IEEE的定義中, “content”不是有名值,而是“基波幅值的百分數”。
        • (10) 諧波合有率(HR):周期性交流量中含有的第h次諧波分量的方均根值與基波分量的方均根值之比(用百分數表示)。第h次諧波電壓臺有率以HRUh表示;第h次諧波電流含有率以HRIh表示。其表達式為
          HRUh=(Uh/U1)*100%
          HRIh=(Ih/I1)*100%
          對于同一含義,IEEE采用的術語是“諧波百分率。
        • (11) 總諧波畸變率(THD):周期性交流量中的諧波含量的方均根值與其基波分量的方均根值之比(用百分數表示)。電壓總諧波畸變率以THDu表示,電流總諧波畸變率以THDi表示。在IEEE標準中稱為“諧波畸變百分率”,實際上,除了考慮諧波引起的畸變外,尚應考慮諧間波等引起的陶變,故更確切地可以用下述表達式來定義
          THDu=(√(U2—U12)/Ul)×100%
          THDi=(√(I2—I12)/Il)×100%
        • (12) 諧波源:向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備。更廣泛的定義是:在其工作時產生諧波的設備、裝置、器件或電路。在有的文獻中稱為“諧波發生器”。
        • (13) 短時間諧波:沖擊持續的時間不超過2s,且兩次沖擊之間的間隔時間不小于30s的電流所含有的諧波及其引起的諧波電壓。IEC 77A工作組則采取以下定義:持續1s或更短時間的脈動量所含的諧波量。IEC的定義更廣泛.例如可以是“快速變化諧波”或“極短促的諧波爆發”,不限于必須由沖擊電流所引起。在諧波標準中一般不規定其允許值,但在實際的諧波工作中,不論是研究諧波影響或抑諧措施,都需要分別具體對待。
        • (14) 準穩態諧波:緩慢變化的諧波,在短時間內可以看作穩態的諧波。
        • (15) 奇次諧波:諧波次數為奇數(h=2k±1,k為任意正整數)的諧波。
        • (16) 偶次諧波:諧波次數為偶數(h=2k,k為任意正整數)的諧波。
        • (17) 間諧波:頻率不是基波頻率酌整倍數或整約數的周期性交變量。過去的文獻中一般稱之為“非諧波”,尚有稱為“偽諧波”。IEEE的諧波對設備影響工作組“pseudo-harmonics”直譯為“分數諧波”,可解釋成“頻率為基波頻率的非整數倍的諧波”。
        • (18) 特征諧波:在理想的外部和內部工作條件下,由諧波源本身的工作特性確定的某些特定次數的諧波,稱為該諧波源的特征諧波。較重要的例子是脈動數為p的換流器的交流側特征諧波是(pk±1)次諧波,以及其直流側的特征諧波是p次諧波,k是任意正整數。有的文獻中稱之為“理論諧波”。
        • (19) 非特征諧波:不同于所屬諧波源的特征諧波次數的各次諧波,稱為該諧波源的非特征諧波。諧波源的實際工作條件總會不同程度地偏離理想條件,故會出現某些或大或小的非特征諧波量。

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