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關于電能治理及解決方案

時間:2019-12-30瀏覽量:83

隨著現代工業以及電力電子技術的不斷發展,用電設備越來越復雜多樣,由此引發了諸多用電質量的問題。一方面,除了功率因數低的問題之外,各種變流器等電力電子裝置的日益廣泛應用又為電網引入大量諧波;另一方面,大量的精密儀器非常容易受電力諧波的影響,對電能質量的要求越來越高。在用戶側對電能質量進行積極有效的治理已經勢在必行。

 

電能質量的問題

 

電網電壓的波動、跌落、驟升、不平衡、諧波等除了影響電能質量敏感負荷正常工作外,還會有以下幾項危害:

 

電能質量現象部分波形圖

 

1、使電網中的元件產生附加損耗,降低發電、輸電以及用電設備的效率和使用壽命;

2、導致繼電保護和自動裝置的誤動作,并可能使電器測量儀表劑量不準;

3、產生機械振動、噪聲和過電壓,使變壓器局部過熱;

4、諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,甚至損壞;

5、諧波還會導致公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,大大增加了諧波的危害性,有時會引起嚴重的事故;高次諧波還會對臨近的通 信系統產生干擾,輕者產生噪聲、降低通信質量;

6、在電壓嚴重不平衡時,會使對于電壓過零點有嚴格要求的某些直流電機發生 故障。

影響電能質量的因素

 

1.電壓偏差的產生

(1)系統電源阻抗和峰、谷負荷的存在是產生電壓偏差的主要原因。同時系統無功電源沒有達到分層控制和動態就地平衡的原則就地平衡,導致系統無功容量嚴重不足, 或電容器、調相機不能按照功率因數自動投切也增加了附加電壓偏差。

(2)電網中有載調壓設備不足或有載調壓設備配置不合理, 導致為用戶供電的某一系列電壓變換系列中沒有電壓調整手段,在系統電能質量低劣時電壓質量低 劣。

 

 

(3)配電網結構不合理, 供電負荷與電網的阻抗參數不匹配: 如電源結構不合理, 沒有靠近負荷中心,導線截面偏小 , 線路中負荷電流密度過大, 供電半徑偏大超出了允許范圍等。

(4)用戶功率因數太低或用戶變電設備負荷率太低。

 

 

 

2.電網諧波污染的產生

產生諧波的主要原因是各類非線形負荷的大量增加使電壓波形發生畸變,產生諧波電壓和諧波電流諧波污染是電網受到污染的重要原因,產生諧波的主要用電設備是大功率的可控硅整流裝置如電氣化鐵路、電力牽引機車電化學的電解裝置和直流輸電的換流裝置等;主要有產生沖擊負荷的裝置如煉鋼用電弧 爐和鋼鐵軋機;節能型電器如節能燈和變頻器;各種醫療裝置和不間斷電源和電子整流裝置;自飽和電抗器和可控飽和電抗器; 電力變壓器的勵磁回路等。

 

3.電壓波動和電壓閃變的產生

導致電壓波動和閃變的原因很多, 主要有 :

(1)大的沖擊負荷如系統短路、電氣化鐵路中重載列車通過、交流電焊機、煉鋼 爐和軋鋼機等設備的頻繁使用;

(2)系統短路故障如三相短路故障、兩相短路故障或單相接地故障引起的電網電壓波動與閃變 ;

(3)大容量電氣設備如電力電容器、電抗器、電力變壓器和電動機的投切等;

(4)備用電源、自動重合閘等裝置的自動投切;

(5)雷擊導致避雷器放電引起的電網電壓波動與閃變。

 

電能質量的主要治理方案

電網用戶需要處理的電能質量問題,主要是功率因數問題、諧波問題、三相負載不平恒問題以及電壓瞬變問題。

 

 

針對這些問題的常見的治理手段主要有:電容補償、調諧補償、單相分別補償、動態投切補償、無源濾波、有源濾波等等。每種手段主要針對某個方面的問題治理,但同時會影響到其他方面,或者會產生不利影響,或者會有順帶的幫助作用。

常見的如:在如今的電能質量環境下,單純的電容器補償(無調諧電抗器)應用于低壓電力系統當中時,往往會受到電力系統或者系統諧波的影響,而造成諧波的放大導致電容器壽命縮短,甚至其他嚴重事故。

 

更需注意,當低壓系統中的諧波含量較高時,必須要考慮到無串聯調諧電抗器的低壓電容器組同變壓器將會形成一個串聯諧振回路。當系統中的諧波頻率靠近這個串聯諧振頻率時,將會產出諧振。在配電網中,并不是只有當頻率等于諧振頻率時才產生諧波放大,而是只要頻率接近諧波頻率時就會造成諧波放大,現代配電系統廣泛應用的非線性負載會產生寬頻率范圍的諧波。因此,不合理的無功補償會普遍引起諧波放大問題,所以必須要考慮采用消諧濾波補償方案。

 

另外,在使用有源濾波器進行諧波治理的時候,要注意補償方式,如果采用的是純電容補償,有源濾波器在治理諧波的時候,本身發出的也是諧波電流(與系統中的諧波電流頻率相等,方向相反),此補償諧波電流也會導致電容器壽命的縮短,甚至造成故障。所以在安裝有有源濾波裝置(APF)的場合,補償部分必須串聯電抗器有效保護電容器。

總而言之,電能質量綜合治理的目的就是防止不同治理手段之間產生沖突,避免重復作用造成浪費,避免用高投資手段解決低投資手段可以解決的問題,以盡量少的投資,達到盡可能好的治理效果。


電能質量治理帶來的好處

提高用戶端的功率因數,降低無功電能消耗,減少電費支出,甚至取得電費獎勵。

有效增加變壓器,開關設備,電纜等的利用率,降低用電設備的投入。

消除用電系統的諧波污染,提供綠色安全的用電環境,延緩電纜絕緣老化,降低諧波導致的設備熱損失,從增加設備使用壽命。

避免補償電容跳閘事故,為無功補償與系統設備安全運行提供了保障,避免發生串聯或者并聯諧振,造成元器件損壞。

消除因為諧波導致的一些保護設備誤動作,以及測量儀表的計量不準確,也可消除因為諧波導致的通訊干擾,信號失真等現象。

緩解系統中的三相不平衡問題,有效降低變壓器和線路的耗損。

減少中性線的電流,降低了配電變壓器的運行溫度,減少熱損耗。

減緩電纜的絕緣老化,避免因為造成的事故。

 

電能質量監測裝置

            

 

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