電力系統中理想的電能波形應是完美對稱的正弦波。
電能作為一種商品,其品質必須滿足電力用戶的基本需求,從一般商品意義上來講,他的性能和技術指 標應包括:電壓及其偏差、頻率及其偏差、電流等的;而作為發輸供配用同時發生的特殊商品,其品質 好壞需要發電方、電網運營方、設備制造方和經銷方、用電方甚至包括電力監管部門和相關機構,通過 充分協商,對電能質量的某些特殊性能和技術參數指標的確定達成共識。例如:諧波與間諧波、三相不 平衡、波動與閃變、電壓暫降等。
諧波與間諧波
諧波源設備
產生諧波電流的非線性用電設備非常廣泛, 如: EAF爐、 LF爐、 變頻調速器、 直流調速系統、 整流設備、 中高頻感應加熱設備、 焊接設備、 城市軌道交通、 不間斷電源、 LED燈等, 工作時都會產生大量的諧波電 流,注入供電系統,進而影響同母線下所有用電用戶。
諧波的危害
- 對電力變壓器的危害:異常噪聲、異常溫升、銅損鐵損增大等。
- 對電力電纜的危害:加速絕緣老化,引起短路故障、長距離供電存在諧振的可能性。
- 對用電設備的危害:異常溫升、異常噪聲、影響電力監測的準確性、干擾弱電控制系統、引起控制電源故 障、繼電保護裝置誤動作、引起機電共振等問題。
- 供電電壓三相不平衡
- 理想的三相交流電力系統
- 三相電壓為同一幅值,相角差角位120°
- 電壓不平衡的定義(IEC 61000-4-30-3.25)
- 三相系統中,線電壓的基波有效值互不相等;或線電壓之間的相角互不相等 三相電壓不平衡產生的原因
- 造成三項不平衡的原因主要為,單相負載
- 單相大容量負荷,主要為電弧爐、電焊機、電氣化鐵路、農網臺區用戶等。 在系統中容量與電氣位置分布不合理等
- 三相不平衡的危害
- 供電電壓不平衡將使電器設備熱損耗增加、發生震動。
- 保護、控制設備可能受到干擾,導致運行不穩定,誤動作等。
電壓暫降的定義:
供電電壓幅值:突然降低到標稱電壓的90%-1%之間,然后在很短的時間內回復正常
電壓暫降的持續時間:通常在10ms-1min之間
電壓暫降產生的原因
大容量負載突然啟動、大容量負載突增、供電網絡短時切換、雷雨天氣等
電壓暫降的危害:對供電電壓質量較為敏感的設備出現故障,停止生產,且大多為隨機事件,無法進行預測。
例如:國內某電力電子生產廠家,其高精度生產、控制設備對供電電壓非常敏感,且通過監測該地區電壓 暫降事件每年發生10次以內,該廠家在治理前因電壓暫降事件導致生產中斷達3次,每次經濟損失在100萬 美元至500萬美元不等。
當正弦波電壓施加在非線性負載上,電流就變成了非正弦波,非正弦波電流在電網阻抗上產生壓 降,會使電壓波形也變為非正弦波。對非正弦波作傅立葉級數分解,其中頻率與工頻相同的分量稱 為基波,頻率大于工頻的分量稱為諧波。
如今廣泛使用的負載大部分為非線性負載,如整流器、變頻器、UPS、電梯、空調、節能燈、復印 機、家用電器等。這些非線性負載會產生大量諧波電流并注入電網中,使電壓波形產生畸變。這種 電壓諧波污染會對電網和所有后端用戶產生嚴重的危害。另外,沖擊性、波動性負載,比如:電弧 爐、焊接設備等,在運行中不僅會產生大量的高次諧波,而且會造成供電電網電壓波動、閃變、三 相不平衡以及電壓暫降等電能質量問題,危害電網的安全運行。
電力電能質量異常會產生如下危害:
1、引起串聯諧振及并聯諧振,放大諧波,造成危險的過電壓或過電流;
2、產生諧波損耗,使發、變電和用電設備效率降低;
3、加速電氣設備絕緣老化,使其容易擊穿,從而縮短它們的使用壽命;
4、使設備(如電機、繼電保護、自動裝置、測量儀表、電力電子器件、計算機系統、精密儀器等)運轉不正常或不能正確操作;
5、干擾通訊系統,降低信號的傳輸質量,破壞信號的正確傳遞,甚至損壞通信設備。
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