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1、第七章 电能质量的提高与电能节约,7.1 电能质量概述 7.2 工业企业供电系统电压偏差及其调节 7.3 工业企业供电系统的电压波动及减少措施 7.4 电网高次谐波及其抑制 7.5 工业企业供电系统中的电能节约 7.6工业企业供电的无功功率补偿,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1电能质量概述,电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。 在三相电力系统中，理想的电能质量是： （1）系统频率恒为额定频率； （2）三相电压波形是三相对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形； （3）三相电流波形是
2、三相对称的正弦波形；供电不间断。 任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1.1 电能质量扰动类型,根据扰动的频谱特征、持续时间和幅值变化，通常将电能质量扰动划分为如下几个类型： （1）暂态扰动：通常指持续时间不超过3个周波的扰动。并联电容器投切和雷击都会造成暂态扰动。 暂态扰动又分为脉冲型和振荡型，脉冲型暂态扰动持续时间不超过1ms，具有陡峭的上下沿；振荡型暂态扰动持续时间一般不超过1个周波，振荡频率在5kHz以上。 （2）短期电压变化：包括电压跌落、电压突升和短暂断电。此类扰动的持续时间通常为半个周波到1min。 （3）长
3、期电压变化：电压幅值长期偏离其额定值，包括电压偏差和持续断电。此类扰动通常持续1min以上。,7.1电能质量概述,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1.1电能质量扰动类型,（4）电压波动：电压幅值周期性下降和上升。 交流电弧炉等波动负荷是电压波动的发生源； （5）波形畸变： 包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和宽带噪音。 相控型电力电子装置（如整流、逆变等电源）是引起电力谐波和电压缺口的主要因素。 （6）三相不平衡：供电电源的三相电压不对称或负荷三相电流不对称，即三相幅值不等或相角差不等于120。 电力机车等单相用电设备是导致三相系统不平衡的主要因素。 （7）频率变化
4、：基波频率偏离其额定频率，包括频率偏差和频率波动，典型的频率波动周期为10s之内。,7.1电能质量概述,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1.2 电能质量标准,由于电能质量的各种扰动相对独立，它们对电气设备的影响也不同，因此，分析评价电能质量整体上尚没有一个统一的标准，而是针对不同的扰动进行不同的处理。 目前我国已经颁布的电能质量标准有： GB 12325-2003电能质量 供电电压允许偏差； GB 12326-2000电能质量 电压波动和闪变； GB/T 14549-1993电能质量 公用电网谐波； GB/T 15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度；
5、GB/T 15945-1995电能质量 电力系统频率允许偏差； GB/T 18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压。 电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常使用电能的基本技术规范，是实施电能质量监督管理、推广电能质量控制技术、维护供用电双方合法权益的法律依据。,7.1电能质量概述,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1.3 克服电能质量扰动方法,电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备也应该具有一定的电能质量扰动耐受容限。以电压为
6、例：,（1）电压容限曲线 为了防止电压扰动造成计算机及其控制装置的误动和损坏，美国信息技术工业协会（ITIC）提出了电压容限曲线，如右图所示。,若电压落在包络线内阴影部分，则该电压是合格的，否则电压是不合格的。该曲线主要与4种典型的电压扰动相对应，包括电压跌落、电压突升、尖峰脉冲和断电。譬如，按照该曲线，允许电压出现20ms以内的短时断电、允许出现持续1ms但幅值不超过200的电压尖峰脉冲、允许长期电压偏差为10等。,7.1电能质量概述,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1.3 克服电能质量扰动方法,（2）用电设备抗扰动措施 由于发电机发出的电压是比较理想的，所以，
7、公用电网中的电压扰动主要是由负荷电流扰动在电网阻抗上的压降引起的。 第四章给出了供电系统电压损失的计算公式： 对于高压供电系统而言，系统等效电抗远大于系统等效电阻。于是，忽略电阻，上式可简化为： 上式表明，影响电压质量的主要因素有： 负荷无功功率或无功变化量越大，对电压质量的影响大； 电网短路容量越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。,7.1电能质量概述,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.1.3 克服电能质量扰动方法,克服的方法： 并联无功补偿可以减小负荷无功功率或负荷无功变化量； 线路串联补偿则可以降低电网感抗，提高系统短路容量。 因此，无功功率补偿既是电网节
8、能降耗的措施，也是改善电网电能质量的措施之一。,7.1电能质量概述,本节结束,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2 工业企业供电系统电压偏差及其调节,电压偏差是指电网实际电压偏离电网额定电压的程度。系统运行方式的改变，或用户负荷的变化，都会使电网上某一点的实际电压偏离其额定电压。 为了保证供电电压的质量，国标 GB12325-2003电能质量 供电电压允许偏差中对其有明确的规定。 35kV及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为10； 10kV及以下三相供电电压：7； 220V单相供电电压：+7，-10。,第七章 电能质量的提高与电能节约,东北大学工业企业供电07
9、第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.1 减少电压偏差的方法,第四章我们介绍了电压偏差与电压损失概念。减少电压损失就可降低电压偏差。减少 的方法： （1）通过导线和电缆截面的选择，可减少R0、X0从而减少电压损失。即限制线路的电压损失在一定范围内。 但是，X0受导线截面的影响很小 所以，当 时，S增大，U的下降不大。 （2）采用并联补偿电容器，以减少 目的提高功率因数，以减少X0经济上不太合适。,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,（3）提高或降低U1以保证U在允许范围内 采用分接开关切换一次线圈绕组方式，实现调压目的，降低工厂
10、电网的电压偏移。 这就是本节所讲的内容。,7.2.1减少电压偏差的方法,分接开关,有载分接开关：,无励磁分接开关(无载调压开关)：,在变压器负载回路 不断电的情况下， 改变变压器线圈有 效匝数的机械装置；,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.1 减少电压偏差的方法,切换开关,分接选择器,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,有载分接开关调压变压器组成图,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,
11、东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压
12、偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质
13、量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统
14、电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关10193W分接变换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分
15、接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的
16、提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,CM型分接开关切换原理图,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,7.2.1 减少电压偏差的方法,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,（1）电力变压器的分接头及调节规律,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,一般电力变
17、压器一次侧均设有三个分接头如左图所示（无励磁分接开关），设计者根据供电系统电压变动的情况和企业用电设备对电压水平的要求，来选择变压器分接头，以保证用电设备的正常运行。,图中+5%、0%、-5%分别表示分接头位置及电压偏差值。其物理意义有两种解释方法。,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择, 一次侧接“5”分接头上，二次绕组的空载电压就变为110，即升高5510 U1N2=不变U2N1 物理意义：因为一次线圈减少，空载损耗较少，二次电源电压升高,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,解释方法1：一次电压不变，二次电压有变化（负载影响） 假设一次
18、侧输入电压不变为UN1，即100 UN1的电压 一次侧接“0”分接头时，二次绕组的空载电压为105UN2 （ UN2线路额定电压，如35/10.5，10/0.4KV） 目的:抵偿变压器满载时，本身的电压损失。,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择, 一次侧接“5”分接头上 根据 U1N2=不变U2N1 二次侧空载电压降为100UN2(550) 物理意义：因为一次线圈增加，空载损耗增加，二次电源电压降低。,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,结论： 5二次空载电压UN2（线路额定电压，增加0） （线路末端电压比额定值高时） 0 二次空载电压1
19、05UN2（增加5） （线路末端电压为正常额定值时） 5二次空载电压110UN2（增加10） （线路末端电压为额定值低时）,简单规律“低了低调，高了高调”,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,解释方法2：一次电压有变化（电源问题），变压器二次负载不变，即电压不变。 “0”点: 一次为100*UN1，二次为105*UN2 5点，相当于N1 根据 不变 , 相当一次电压减少5 即：95% *UN1（适合于电源电压高时） “5”点，相当于N1 根据 不变 , 相当一次电压增加5 即：105% *UN1 （适合于电源电压低时） 这才是我们标为5，0，
20、5的含义 在下面的计算中，即用到第一种说法，又用到第二种说明。,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,35/6.310.5KV,（610KV） (高压线路额定电压),610KV/0.4KV,K,（380V） (低压线路额定电压),（a点电压 ，二次母线）,（高压线路电压损失）,（车间变压器电压损失）,（低压线路电压损失）,（ K点电压，最远处用电设备）,图7-3 系统各点参数表示图,(2) 如何选择变压器的分接头 某企业电力系统如下图：,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七
21、章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,选择变压器的分接头，就是选择合理的变压器变比， 分析如下： 供电线路的等值电路： 变压器的设定变比k：,等值理想变压器,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,（1）最大负荷时（通常为额定负荷）最远处电压UKmax减小。 下标max表示最大负荷时，变压器、线路等各参数值， 其中 kmax为最大负荷时变压器实际变比。 为了保证UKmax不变，选择的kkmax (k不应大于kmax) （因为，如果kkmax,从上式看出，其U会更小。 ）,7.2工业企业
22、供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,（2）最小负荷时（一般为额定负荷25）最远处电压UKmin增加。 下标min标示最小负荷时，变压器、线路等各参数值， 其中 kmin为最小负荷时变压器实际变比。 为了保证UKmin不变，选择的kkmin（k应大于等于kmin） （因为，如果k kmin,从上式看出，其U会更大。 ）,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,结论：实际设定的变压器变比k应满足下列条件： * kmaxkkmin (7
23、-3) 这样，在最大和最小负荷时，用电设备端子上的电压偏差均满足要求。但从上式看出： kmaxkmin，则可选取一恰当的变比k值，以满足上式要求。 kmaxkmin，则必须采取其它一些措施，例如降低线路的电压损失和要求电力系统改变其所保持的电压值，来满足要求。,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,最后说明：对于无励磁分接开关，分接头选好后，就固定下来，不要随负荷变动而改变。 （3）变压器中电压损失的计算 从上面的公式看出，要计算变压器的变比，需求出 UL和UT。 我们在电压损失选择导线时，已讲过UL的求
24、取方法 （负荷距法） 本节我们介绍变压器的电压损失UT的求取方法。 根据电压损失选择导线一节中推导的电压损失计算公式公式， 可知变压器中的电压损失也可表示为：,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,用百分比表示： S变压器的实际负荷（KVA） SN变压器的额定负荷（KVA） con变压器的功率因数 RT变压器的电阻百分数 XT变压器的电抗百分数,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,其中：,7.2工业企业供电系统电压
25、偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,式中：PK 变压器的铜损（W） uK 变压器的短路电压百分数 将这些值代入7-4，便得 利用上式便可计算变压器中的电压损失,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,例36已知某企业供电系统如下图： 其最大负荷与最小负荷的电压水平如下表所示。其中 最小负荷可按25确定，这时所有的电压损失均降为最大 负荷时的 ，其它已知条件如下表。 且要求：,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七
26、章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,电压水平表：,企业变电站二次母线上的电压偏差,由企业变电站调整电压而保证,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,试选择车间变压器的分接头和计算用电设备端子上的 电压偏差。 解： (1) 选择分接头 计算最大负荷时 各部分电压损失： （线路额定电压） （二次额定电压） （线路额定电压）,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择, 变压器变比 计算最小负荷时 各部分
27、电压损失及相关电压,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择, 变压器变比 选择变压器分接头 接变压器不同分接头的变化求得相应变比 （利用第二种说法，即二次电压不变） 变压器分接头 5， 0， 5 变压器一次电压 6.3KV, 6KV, 5.7KV 变压器二次电压 0.400 0.400 0.400 变比k 15.75 15 14.25 kmaxkmin （ 14.913.8） 又： kmaxkkmin (73) 14.9k13.8 所以选择5的分接头，k=14.25, 满足14.9k13.8,7.2工业企业
28、供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,也就是说在变压器投入运行前，将变压器一次侧分接头 调到5的位置，这样不论该企业在最大负荷还是最小负 荷，均能满足电压水平的要求。 （2）计算在所选定的k值下，在最大负荷和最小负荷时的电压偏差值。 方法1：利用公式计算 最大负荷时 则,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,电压偏差百分数为： 最小负荷时，同理 电压偏移百分数为：,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第
29、七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,方法2：填表直接计算 变压器分接头接5点（第一种说法，即一次电压不变） 在变压器一次电压为 时，二次空载电压升高10 将此值填入电压水平表的“变压器空载时的电压升高” 列中。 最大负荷时（第1行各列值相加）： 35104.54.0=0.5 最小负荷时： 填入表中 51.25101.1251.0 1.625,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,电压水平表：,企业变电站二次母线上的电压偏移,由企业变电站调整电压而保证,7.2工业企业供电系统电压偏
30、差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,方法3。利用绘图表示电压水平的变化 最大负荷：,-0.5,二次母线,二次母线,线路损失,变压器 升压,二次母线,3,5,-2,3.5,4,(10-4.5),变压器 损失,UN,5.5,终端,线路损失,U,7.2工业企业供电系统电压偏差及其调节,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.2.2变压器分接头的选择,最小负荷：,二次母线,二次母线,UN,-1.25 线路损失,-6.25,+1.625 终端,1,线路损失,二次母线,-5,2.625,8.875(101.125),7.
31、2工业企业供电系统电压偏差及其调节,本节结束,作业：7-1；7-2,变压器 升压,变压器 损失,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.3 工业企业供电系统的电压波动及减少措施,第七章 电能质量的提高与电能节约,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.4 电网高次谐波及其抑制,第七章 电能质量的提高与电能节约,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.5 工业企业供电系统中的电能节约,第七章 电能质量的提高与电能节约,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,7.6工业企业供电的无功功率补偿,第七章 电能质量的提高与电能节约,东北大学工业企业供电07第七章-电能质量的提高与电能节约,