第11章 供配电系统的运行和管理

第11章供配电系统的运行和管理,内容：加强供配电系统的运行和管理，做好节约电能、调节电压、抑制电压波动和闪变、抑制谐波、变配电所和电力线路的运行和维护工作，对缓解电力供需矛盾、改善和提高电能质量及提高供配电系统的水平，具有十分重要的意义。重点：谐波与抑制、电压波动、闪变与抑制,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,CompanyLogo,11.1节约电能11.2电压偏差与调节11.3电压波动、闪变与抑制11.4谐波与抑制11.5变配电所的运行和维护11.6电力线路的运行和维护小结思考题和习题,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.1节约电能,11.1.1节约电能的意义电能是在各行各业中应用最广泛的一种二次能源,电能的输送、分配和控制既简便又经济，因此得到了广泛应用。目前，由于我国国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，促使用电设备的增长速度超过发电设备的增长速度，造成我国的能源短缺，电力供应矛盾十分突出。致使我国各行各业的生产水平得不到应有的发挥。节约电能就是通过采取技术上可行、经济上合理和对环境保护无妨碍的一切措施，以消除供电过程中的电能浪费现象，提高电能的利用率。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,节约电能的意义主要表现为：,1缓解电力供需矛盾。节约电能可以节约煤炭、水力、石油等一次能源，使整个能源资源得到合理使用，缓解电力供需矛盾,并能减轻能源部门和交通运输部门的紧张程度。2节约国家的基建投资。节约电能可以节约国家用于发电、输配电及用电设备所需要的投资，给整个国民经济带来很大的利益,有利于国民经济的发展。3提高企业的经济效益。节约电能可以减少企业的电费开支，降低生产成本，积累资金，提高企业的经济效益。4.推动企业用电合理化。节约电能可以推动企业采用新技术、新材料、新设备、新工艺，加速设备改造和工艺改革，从而提高企业的经营管理水平，使企业生产能力得到充分发挥，促进企业生产水平的不断发展和提高。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,总之，节约电能是一项投资少、见效快、经济效益高的工作，对于加速国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，具有重要的意义。所以我们必须坚持能源开发和节约并重的方针，把能源消耗作为考核企业经营管理的一个重要指标，在社会上形成节约能源、合理利用能源的良好风气。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.1.2节约电能的一般措施,节约电能主要是通过管理措施节电和技术措施节电。管理措施节电主要是通过加强用电管理和考核工作，挖掘节电潜力，减少电能浪费等节电方法；技术措施节电主要是通过设备的更新改造，工艺改革，采用节电新技术等节电方法。1.加强组织领导。2.加强教育和管理。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,3.实行负荷调整。4.实行经济运行方式，降低电力系统的能耗。5.加强运行维护，提高设备的检修质量。6.以高效节能的供用电设备取代低效率的供用电设备。7.改造现有不合理的供配电系统，降低线路损耗8.改革工艺，改进操作。9.采用新技术和选用新材料。10.提高功率因数。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.1.3电力变压器的经济运行,电力变压器效率高，功率损耗较小，但由于长期连续运行，其电能损耗也十分可观，应予以重视。电力变压器在电能损耗低的状态下的运行称为电力变压器的经济运行。电力系统的有功损耗，不仅与设备的有功损耗有关，而且与设备的无功损耗有关，因为设备消耗的无功功率也是电力系统提供的。由于无功功率的存在，视在功率增加，使系统中的电流增大，从而使电力系统的有功损耗增加。为了计算设备的无功损耗在电力系统中引起的有功损耗增加量，特引入一个换算系数，即无功功率经济当量，符号为Kq，它表示电力系统多发送1kvar的无功功率时，将使电力系统增加的有功功率损耗kW数。Kq值与电力系统的容量、结构及计算点的具体位置等多种因素有关。一般情况，变配电所平均取Kq=0.1。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,单台变压器运行的经济负荷,变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分，而无功损耗也对电力系统产生附加的有功损耗，可通过Kq换算。因此变压器的有功损耗加上变压器的无功损耗所换算的等效有功损耗，就称为变压器综合有功损耗。单台变压器在负荷为S时的综合有功损耗为即（11-1）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,式中，PT为变压器的有功损耗（kW）；QT为变压器的无功损耗（kvar）；P0为变压器的空载有功损耗（kW）;PK为变压器的短路有功损耗（kW）;Q0为变压器空载时的无功损耗（kvar）；QN为变压器额定负荷时的无功损耗（kvar）；SN为变压器的额定容量（kVA）。要使变压器运行在经济负荷Sec.T下，就应满足变压器单位容量的综合有功损耗P/S为最小值的条件。令d(P/S)/dS=0，可得变压器的经济负荷为,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷系数或经济负荷率，用Kec.T表示，即一般电力变压器的经济负荷率为50%左右。对于新型节能变压器，经济负荷率比老型号的低。若按此原则选择变压器，则使初投资加大，基本电费也增多。因此变压器容量的选择要多方面综合考虑，负荷率大致在70%左右比较适合我国国情。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,例11-1试计算S9-630/10型变压器的经济负荷和经济负荷率。解查附录表3得S9-630/10型变压器的有关技术数据：P0=1.2kW，PK=6.2kW，I0%=0.9，UK%=4.5。由式(11-2)得Q06300.009kvar=5.67kvar由式(11-3)得QN6300.045kvar=28.35kvar取Kq=0.1，由式(11-3)得此型号变压器的经济负荷率为因此变压器的经济负荷为Sec.T=Kec.TSN=0.44630kVA=277.2kVA,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,两台变压器经济运行的临界负荷,假如变电所有两台同型号同容量（SN）的变压器，变电所的总负荷为S。一台变压器单独运行时，由式(11-1)求得其在负荷S时的综合有功损耗为两台变压器并列运行时，每台承担S/2，由式(11-1)求得两台变压器的综合有功损耗为将以上两式P与S的函数关系绘成如图11-1所示两条曲线，两条曲线相交于a点，a点所对应的变压器负荷，就是变压器经济运行的临界负荷，用Scr表示。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,当S=SScr时，因PP，故宜于一台运行；当S=SScr时，因PP，故宜于二台运行；当S=Scr时，则P=P，即由此得判别两台同型号同容量（SN）的变压器经济运行的临界负荷为（11-4）假如是n台同型号同容量（SN）的变压器，则判别第n台与n1台经济运行的临界负荷为（11-5）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,例11-2某变电所装有两台S9-630/10型变压器，试计算变压器经济运行的临界负荷值。解可利用例11-1的同型变压器技术数据，代入式（11-4）得判别此变电所两台变压器经济运行的临界负荷为（取Kq=0.1）因此，当负荷S394kVA时，宜于一台运行；当负荷S394kVA时，宜于两台运行。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.1.4电动机的电能节约,电动机是应用最广泛的电气设备，所消耗的电能约占全部工业生产用电量的60%，因此其节电尤为重要。选用高效节能电动机合理选择电动机的类型合理选择电动机的额定容量合理选择电动机的电压等级合理选择电动机的负荷特性改变绕组接法7.减少电动机的空载损耗8.提高电动机的检修质量,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.1.5其他电气设备的电能节约,电焊机的电能节约电热设备的电能节约照明设备的电能节约,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.2电压的偏差与调节,11.2.1电压调节的意义优质供电是供配电的一项基本要求，提高电能质量主要是提高电压质量。电压质量是按照国家标准或规范对电力系统电压的偏差、波动和波形的一种质量评估。电压偏差电压偏差，亦称电压偏移，本书第1章电能的质量指标已述，是指设备端电压U与设备额定电压UN的差值，通常用他对额定电压UN的百分值来表示,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,电压偏差是由于供配电系统运行方式改变以及负荷变化而引起的，他的变动相当缓慢。电压偏差对设备运行的影响电压偏差对用电设备的工作性能和使用寿命有很大影响。对感应电动机的影响对同步电动机的影响对电光源的影响电压偏差的允许值,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.2.2电压调节的方法,为满足用电设备对电压的要求，保证电能的电压质量，使电压偏差在规定范围内，供配电系统必须采取相应的电压调整措施。改变发电机端电压调压调节发电机端电压是一种不耗费投资且最直接的调压方法。同步发电机可以在(95105%)UN内保持额定输出功率。直接用发电机电压向用户供电的中小系统，如果供电线路较短，线路电压损失不很大，可通过调节发电机励磁来改变发电机母线电压，采用逆调压方式，即在高峰负荷时升高母线电压至105%UN，低谷负荷时降低母线电压至UN，从图11-3可看出，能满足负荷对供电质量的要求。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,改变变压器变比调压,改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。为了调整电压双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组都设有若干个分接头（抽头）供选择使用，其中对应额定电压UN的称为主接头。改变变压器变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头。我国供配电系统中610kV电力变压器通常为无载调压型，在变压器一、二次侧都脱离电网的的情况下，借改变其一次绕组分接头来改变匝数，从而改变变压器的实际变比，达到电压调节的目的。容量在6300kVA及以下的变压器，高压侧绕组有UN5%的电压分接头，并装有无载调压分接开关，如图11-4所示。如果设备端电压偏高，则应将分接开关接到+5%的分接头，以降低设备端电压。如果设备端电压偏低，则应将分接开关接到-5%的分接头，以升高设备端电压。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,选择变压器分接头的方法如下：设最大负荷时，变压器高压母线实际电压为U1max，变压器中的电压损失（归算到高压侧的值）为UTmax，变压器低压母线按调压要求的实际电压为U2max，应选的变压器分接头电压为Utmax。U2max=(U1maxUTmax)/Kmax（11-6）Kmax=Utmax/U2N（11-7）由上面两式可得最大负荷时应选的变压器分接头电压为（11-8）式中，U2N为变压器低压侧额定电压（kV）.,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,为最大负荷时变压器应选的变比。用同样的方法，可求得最小负荷时应选择的变压器分接头电压Utmin为（11-9）式中，U1min为最小负荷时变压器高压母线实际电压（kV）；U2min为最小负荷时变压器低压母线按调压要求的实际电压（kV）；Utmin为最小负荷时归算到高压侧的变压器电压损失（kV）。因为无载调压型变压器切换分接头必须停电进行，因此不可能频繁操作，所以应在最大负荷和最小负荷下选用同一个分接头，即取Utmax和Utmin的平均值，以便使变压器低压母线实际电压偏离调压要求的U2max和U2min大致相等。即（11-10）根据Ut选取最接近的分接头电压。然后，按选定的分接头电压，校验变压器低压母线的实际电压能否满足要求。如果不满足调压要求，必须使用有载调压变压器。有载调压变压器不仅可带负荷切换分接头，而且调压范围较大，并按式（11-7）和式（11-18）选择最大和最小负荷时的分接头,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,例11-3某变电所装有S9-5000355%/10.5变压器一台。最大负荷时变压器高压母线电压为34.9kV，变压器的电压损失（归算到高压侧的值）为4.12%，最小负荷时变压器高压母线电压为36.4kV，变压器电压损失（归算到高压侧的值）为2.14%。按调压要求变压器低压母线电压偏移为最大负荷时不低于0%，最小负荷时不高于7.5%，试选择变压器分接头。解1.选择变压器分接头，最大负荷时的分接头电压为,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,最小负荷时的分接头电压为应选0分接头，即主分接头，额定电压为35kV。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,2.校验在主分接头时变压器低压母线实际电压和电压偏差:最大负荷时，低压母线实际电压和电压偏差为,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,最小负荷时，低压母线实际电压和电压偏差为所以，选0分接头能满足低压母线电压要求。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,改变无功功率分布调压,由于大量感性负荷的存在，使电力系统中产生大量相位滞后的无功功率，降低了功率因数，增加了系统的电压降，为此可采用并联电容器或同步补偿机进行补偿。改变网络中无功功率调压主要是指按调压要求进行无功功率补偿。无功补偿不仅能减少电网中的电能损失，提高发供电设备的利用率，而且能减少电压损失，达到调压目的。因此，可统一考虑按经济上最优和调压要求进行无功功率补偿，做到随电压波动和负荷变化自动补偿无功功率，获得最佳效果。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,按调压要求确定无功功率补偿设备容量的方法如下：（设供配配电系统如图11-4所示）补偿前归算到高压侧的变压器低压母线电压U2为（11-11）补偿后归算到高压侧的变压器低压母线（11-12）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,设补偿后电源电压保持不变，由上面两式可得（11-13）由上式可求得（11-14）式中方括号内第二部分一般不大，可略去。从而补偿设备容量为（11-15）如以变压器低压母线电压表示，补偿容量为（11-16）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,式中，U2为补偿前变压器低压母线实际电压（kV）；U2C为变压器低压母线按调压要求的电压（kV）；K为变压器变比；r为归算到高压侧的电源至变压器低压母线间的电阻（）；x为归算到高压侧的电源至变压器低压母线间的电抗（）；QC为无功功率补偿设备容量（kvar）。供配电系统中，无功功率补偿一般采用并联电容器，在重负荷时投入电容器，在轻负荷时切除部分甚至全部电容器。因此，采用电容器补偿时，变压器分接头按最小负荷时的调压要求和电容器全部切除的情况选择，再按最大负荷时的调压确定并联电容器的容量。这样，在满足调压要求的条件下，使用电容器最少。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,串联电容器调压,通过串联电容器来补偿线路的感抗，能明显减小线路电压损失，提高末端电压，实现调压。技术经济比较合理时，可以在功率因数较低，线路导线截面较大的用电设备（如大型电焊机）的供电线路上采用串联电容器的调压方法。串联电容器的调压作用随着负荷功率因数的提高而减小。如果负荷功率因数高于0.95时，串联电容器的调压作用就不明显。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,5.有载调压自动装置,对不能停电的重要负荷，在供配电系统内部采取上述综合调压措施后仍不能满足调压要求时，应选用有载调压变压器。有载调压变压器是附装有载调压分接开关的电力变压器，他可在带负荷情况下手动或电动改变分接头的位置，若配置有载自动调压装置，则能随电压变化自动改变变压器分接头，保证电压在规定的范围内。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,5.有载调压分接开关工作原理,有载调压分接开关分复合型和组合型两种。复合型有载调压分接开关结构简单、制造方便，但因分接开关要切断电流，所以容易烧蚀，切断能力不大，适用于电压等级低、调压级数少的中小型变压器。电压等级高，调压级数多的大容量变压器采用组合型有载调压分接开关，他由切换开关、选择开关和操作机构等部分组成。切换开关采用铜钨触头，用来切换负载电流，过渡电阻限制切换接头时的环流。选择开关是在无电流情况下由一个分接头转换到另一个分接头，并承担连续负载。操作机构操动分接开关动作，完成快速切换。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,有载调压分接开关带负荷改变分接头的工作原理如图11-6，图中表示了组合型分接开关由第3分接头换接到第2分接头的全过程。1电流I经分接头3、选择开关S1、切换开关K至变压器高压绕组中性点，如图11-a所示；2选择开关S2不带电，由分接头4转到2后在选择开关S2选择好分接头后，切换开关K开始动作，逐渐地把过渡电阻R1接通，电流流向并没有改变，如图11-b所示；3切换开关将R2接上，电流分成两路，分别经R1、R2流到切换开关K至变压器高压绕组中性点,如图11-c所示；4切换开关K继续转动，断开了过渡电阻R1，电流I经分接头2、S2、R2、K至变压器高压绕组中性点如图11-d所示。切换开关继续转动，最后将R2也切断，电流I经分接头2、选择开关S2、切换开关K至变压器高压绕组中性点，完成换接过程。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,5.控制电路,有载调压分接开关的操作机构由单相电动机或小型三相电动机驱动，通过电动机的正反转带动操作机构来控制变压器二次侧的升压或降压，调压方式有手动和自动控制两种。手动控制电路如图11-7所示。图11-7有载调压分接开关的控制电路按下正转按钮SBF，升压（正转）接触器KMF线圈得电并通过辅助触头KMF1保持自锁，KMF主触头闭合使电动机通电正转，电动机操动动触头向升压切换。分接转换结束，顺序开关STF打开，断开KMF电源，电动机停止。同理，按下反转按钮SBR，起动降压（反转）接触器KMR，使电动机反转作降压分接转换。正反转实行互锁，正转时KMF2断开，切断了反转辅助电路，正转按钮SBR不起作用。限位开关SQF、SQR和顺序开关STF、STR保证到达预定位置时自动停车。电磁制动器YB用来对电动机进行刹车，使电动机准确停留在规定位置上。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,自动控制方式，有载调压变压器应装自动调压控制器，其输出接点并联于相应的正转（升压）按钮、反转（降压）按钮上。自动控制器能检测有载调压变压器的输出电压，当该输出电压超过规定范围（用户根据调压要求设定）时，发出信号指令，通过并联于相应的正转（升压）按钮、反转（降压）按钮上的输出接点，控制升压（正转）或降压（反转）接触器，使电动机按升压（或降压）方向转动，从而变换变压器的分接头，调整输出电压。完成切换分接，升高（或降低）电压的作用。自动调压控制器还具有显示分接开关的实时位置和电压记录开关动作次数等功能。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,6电压/无功综合控制电压/无功综合控制是变电站根据主站传来的或设定的电压和功率因数的控制目标，利用变电站的并联电容器组、电抗器组和有载调压变压器，对电压和功率因数就地进行自动控制（局部AVC）。电压/无功综合控制按图11-4电压-无功九区图，进行电压-无功智能或模糊或专家系统控制，实现电压-无功综合优化控制，使电压合格率大大提高，损耗降低，取得很好的经济效益。在图11-4电压-无功九区图中，和为电压上、下限，为功率因数上、下限，0区电压和功率因数合格，2和7区功率因数合格、电压不合格，4和5区电压合格、功率因数不合格，1、3、6和8区电压和功率因数都不合格，在不合格区域按不同策略分别进行电压调节或无功调节或许电压无功调节，使其迅速回到0区。,11.3电压波动、闪变与抑制,电压波动和闪变是电能质量的重要指标之一。随着工农业生产自动化和智能化、人民生活水平的提高，电压波动和闪变已引起国内外的广泛注意和研究，我国已于1990年颁布了关于电压波动和闪变的国家标准GB1232690电能质量电压允许波动和闪变。1131电压波动和闪变1.电压波动（）电压波动的定义及标准（）电压波动的产生原因及危害电压波动主要是大型用电设备负载快速变化引起冲击性负荷造成的，大型电动机的直接起停及加减载,比如轧钢机咬钢、起重机提升起动、电弧炉熔化期发生短路,电弧焊机引弧,电气机车起动或爬坡等都有冲击性负荷产生。负荷急剧变化，使电网的电压损耗相应变动。电压波动会使用电设备的性能恶化、自动装置远动装置、电子设备和计算机无法正常工作；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;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。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,电压闪变,（1）电压闪变的定义及标准定义如1.4.1所述。我国目前采用法来测量和评价电压闪变。值为电压波动波形中各频谱分量的方均根值等效为10HZ正弦电压波动值后的总方均根值，以额定电压的百分值表示，称为等效闪变电压值，即（11-20）式中,为对1min内电压波动波形进行分解，所得频率为f的正弦波分量方均根值，通常以评价点电网额定电压的百分值表示；为人眼对不同频率的电压波动而引起的灯闪的敏感程度，称为闪变视感度系数，它与频率的关系曲线如图11-8所示。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,图11-8闪变视觉感度曲线,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,（2）电压闪变的原因和危害当冲击性功率负荷引起电网电压波动时，将使由该电网供电的照明灯光发生闪烁。电压波动是否会引起闪变，主要决定于电压波动的频度、波动量和电光源的类型以及工作场所对照明质量的要求等。偶然产生的电压波动，即使是较大的电压波动，如大容量电动机直接起动引起电压降落，对人们视觉影响也是不大的。但当电压波动的频度在10HZ至20HZ时，即使是很小的电压波动，也会引起闪变。闪变会引起人们视觉不适和情绪烦燥，对电视机等电子设备产生有害影响。从而影响人们正常生活和工作。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,1132电压波动和闪变的估算,1电动机起动引起的电压波动的估算大容量电动机起动时，会在配电母线上引起短时的电压波动，只要该波动不危及供电安全并能保证电动机正常起动，可以允许有比较大的电压波动值。图11-9为电动机供电系统示意图及其等值电路，图中，XLR为母线到电动机的线路和电抗器的等效电抗，其中包括配电线路电抗和串联电抗器电抗等；XL为该母线所接其它负荷的等效电抗；XT为变压器电抗；XS为系统电抗。为了使计算过程简化，假设电动机绕组的电阻忽略不计，对其它的负荷也用一个等值电抗来代替。其误差往往在工程计算成本的允许误差范围之内。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,在电动机起动之前，电动机回路呈开断状态。以母线额定电压为基准电压，电动机起动前母线电压标么值为则可得系统电压额定标么值为（11-21）式中，为电动机起动前母线电压额定标么值；为配电母线的额定电压（KV）；为从配电母线至电源处总等值电抗（）；,为母线上其它负荷无功功率（MVAR）；为母线三相短路容量。在电动机起动瞬间，电动机回路等值电抗为，根据阻抗分压原理可得电动机起动时母线的额定标么值为（11-22）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,式中,（11-23）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,式中，、分别为电动机起动电流倍数、额定功率、运行效率、功率因数。电动机起动时，电动机端电压为：（11-24）电动机起动时，母线的电压波动或电压突降为：（11-25）可见电抗越大，则母线电压波动越小，电动机起动时电动机端电压越低。这表明，在电动机供电回路串接电抗器可以抑制母线电压波动，但电动机起动转矩亦相应降低。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,例11-4一台2500KW同步电动机，用变压器-电动机组方式起动，接线及参数如图11-10所示。已知10KV母短路容量为81MV.A，求电动机起动时电动机端电压。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,解设电动机起动前10KV母线电压为额定值，即。根据已知条件，各参数分别计算如下：,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,于是,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,电弧炉引起的电压波动和闪变的估算,电弧炉是现代炼钢的重要手段，也是引起电网随机性电压波动和闪变的一个典型冲击性负荷。电弧炉经电弧变压器和钢厂主变压器从电力系统取得电源，其原理接线如图11-11所示。图11-12为电弧炉等值电路图,R、X为电弧炉供电系统等值电阻和等值电抗(主要为电弧炉变压器本身电抗)，r为电弧等值电阻。由于XR，且电弧炉在熔化期电弧电阻r变化范围可达0，因此电弧炉在熔化期无功功率变化量巨大，产生严重的电压波动和闪变。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,在三相电极短路时（即r）,电弧炉的短路无功功率估算如下：(11-26)当系统参数不详时，可取（11-27）式中，为电弧炉变压器额定容量；为电弧炉变压器一次侧系统三相短路容量；为电弧炉变压器阻抗电压互感器百分数。在电弧炉正常工作状态下，电弧炉吸收的平均无功功率可由下式估算（11-28）式中；sin电弧炉在熔化期平均功率因数角的正弦值，通常可取0.6。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,于是，当电弧炉由正常状态跃变至短路状态时，发生的最大无功功率变化量为（11-29）电弧炉在熔化期产生的最大电压波动值为（11-30）电弧炉引起的电压闪变值在统计意义上可按下式估算（11-31）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,当同一母线上接有多台电弧炉时，多台共同引起的电压闪变值不能取各单台估算值的代数和，此时可按下式计算：(11-32)式中，（）为容量最大的一台电弧炉的电压闪变估算值；为迭加系数，为最大一台电弧炉变压器的额定容量。以上估算方法均以供电系统和设备的理论值为依据，实际上，供电系统的短路容量和电弧炉变压器的实际运行参数是多变的。因而，上述估算值供电弧炉供电系统设计时参考。对于实际投运系统，还应以实测结果确定其是否满足国标要求。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,1133电压波动和闪变的抑制,要减少电压波动和闪变，主要从提高供电系统短路容量和减少冲击负荷无功功率变化量两个方面入手，目前抑制电压波动和闪变的主要措施有：1采用专用变压器或专用线对负荷变动剧烈的大型电气设备单独供电。2设法增大供电容量，减少系统阻抗，使系统的电压损失减少，从而减少负荷变动时引起的电压波动。3由大的电网来承担供点任务，提高供电电压等级。4采用响应快、能“吸收”冲击无功功率的静止型无功补偿装置。静止型无功补偿装置是通过改变它所吸收的无功功率以平衡电弧炉等设备所需无功功率的变化，使得电源供出的无功功率变化幅度变小，从而减少公共连接点电压的波动。补偿器的无功功率元件是电抗器和电容器，通过对它们的调节来改变它所吸收的无功功率。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.4谐波与抑制,谐波是电力系统的公害，随着电力电子技术的发展，电网的谐波污染日趋严重。世界各国投入大量力量对此进行研究，并采取对策加以控制。11.4.1谐波计算与标准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，通常称为高次谐波。谐波计算供配电系统中高次谐波的严重程度通常用单次谐波含有率和总谐波畸变率来表示。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第h次谐波电压含有率（）按下式计算。（11-33）式中，为第h次谐波电压（方均根值）；为基波电压（方均根值）。第h次谐波电流含有率（）按下式计算（11-34）式中，为第h次谐波电流（方均根值）为基波电流（方均根值）。谐波电压总含量（）按下式计算。（11-35）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,谐波电流总含量（）按下式计算。（11-36）电压总谐波畸变率（）按下式计算。（11-37）电流总谐波畸变率（）按下式计算。（11-38）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,2谐波电压限值和谐波电流允许值（1）谐波电压限值按GB/T1454993规定，公用电网谐波电压限值如表11-1示。,表11-1公用电网谐波电压(相电压)限值(据GB/T1454993),第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,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11-2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波电流允许值。（11-39）式中，为公共连接点的最小短路容量（MVA）；为基准短路容量（MVA）；为表中第h次谐波电流允许值（A）；为短路容量为时的第h次谐波电流允许值（A）。,（2）.谐波电流允许值,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,2,表11-2注入公共连接点的谐波电流允许值(据GB/T1454993),1142谐波源,电力系统产生谐波主要是由于电力系统中存在一些具有非线性伏安特性的输配电设备和用电设备。由于这些非线性元件存在，即使电力系统的电压为正弦波，但在电网中总有谐波电流或谐波电压存在。向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源。配电系统中主要的谐波源是各种整流设备、电弧炉、感应炉以及现代工业设备为节能和控制使用的各种电力电子设备、各种家用电器、照明设备和电力变压器等。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,1整流设备,整流装置产生的谐波的频率、幅值与整流装置的类型、控制角、重叠角及负载的特性有关。为简化谐波分析，假设：（1）电源电压三相对称且不含有谐波；（2）负载对称，供电线路阻抗一致；（3）各整流相控制角相同；（4）忽略交流侧的变压器漏抗的影响；（5）换相重叠角等于零度。如图11-13为满足上述理想条件的、整流变压器为Dy联接的六相晶闸管整流装置电路和波形图。将电流波形按傅氏级数展开后，则D，y联接的整流变压器二次侧的u相电流为（11-40）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,变压器一次侧的U相电流为（11-41）可见，六相整流装置电源侧电流中含有5、7、11、13、19次谐波，即交流侧谐波次数为（6K1）次，K为正整数，6为该整数回路直流电压脉动数。实际上，由于整流电路电抗的存在，整流变压器一次侧不是理想阶梯波（如图中虚线所示）。由于变压器漏抗的存在，重叠角不等于零以及相位控制角不一致等原因，谐波电流比理论要小。整流装置除了产生上述理论谐波外，还会产生若干非理论谐波。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,2电弧炉,电弧炉是利用电弧的热量溶化金属原料。由于电弧延时发弧、电弧电阻的非线性和电弧的游动等因数，电弧的游动是在电磁力、对流气流、电极移动以及炉料在熔化过程中的崩落和滑动等多种因数综合造成的，它们具有很大的随机性。使得电弧电流变化不规则。不仅数值大，而且三相不平衡、畸变和大幅度脉动。虽然各种电弧炉的特性和运行方式不同，但在熔化初期电弧炉电流含有较多的奇次和偶次谐波，到熔化期电流中偶次谐波减少，以奇次谐波为主；到精炼期，由于负荷较平稳，电流中奇次谐波和偶次谐波都很小。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,电力变压器产生谐波电流的主要原因是变压器的励磁电流和励磁涌流。由于铁心饱和，变压器的励磁电流及变压器投入或电压恢复时的励磁涌流，都是非正弦波，含有高次谐波，也是供电系统的谐波源。（1）励磁电流由于经济原因，变压器正常运行时，铁心处于磁饱和状态。当外施电压是正弦波时，主磁通也是正弦波。由于铁心饱和，励磁电流波形畸变为尖顶波，考虑磁滞影响，励磁电流波形不再对称于最大值。图11-14是变压器励磁电流波形图。谐波电流的的大小与变压器的铁心材料、磁通密度、结构和使用条件等因素有关，即取决于铁心的饱和程度。外施电压愈高，铁心饱和程度愈高，变压器励磁电流的波形畸变就愈厉害。变压器在通常磁通密度下运行时，,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,表11-4变压器励磁电流谐波含量（%）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,（2）励磁涌流,当变压器投入运行或电压恢复时，由于磁通不能突变，变压器铁心中产生周期分量和非周期分量磁通。在投入瞬间，两个磁通极性相反，合成磁通为零。但到第二个半周时，两个磁通极性相同，合成磁通相加，合成磁通相加，供铁心大大饱和，励磁电流可达到变压器额定电流的810倍，称为励磁涌流，变压器在空载或轻载投入时，励磁涌流更为严重。励磁电流中除基波外，还含有数值很大的直流分量、奇次谐波和偶次谐波。变压器励磁涌流中各次谐波含量见表11-5。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,表11-5变压器励磁涌流谐波含量（%）,表11-6气体放电灯电流谐波含量（%）,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,气体放电光源,工厂车间照明、办公室照明、道路照明、家庭照明都广泛采用高压汞灯、高压钠灯和荧光灯等气体放电照明光源。气体放电光源的非线性，产生大量的谐波，也成为供电系统中不可忽视的谐波源。气体放电灯具有负阻特性，工作时须串联一电感作镇流器，使其工作稳定，灯管电压和电流波形为一近似方波。气体放电灯电流中含有3、5、7等奇次谐波。气体放电灯三相星形联结时，零线电流为3的倍数谐波电流。各种气体放电灯电流谐波含量见表11-6。除上述谐波源外，电石炉、感应加热设备、旋转电机（槽形谐波）、电气机车、电焊机、输电线路电晕、家用电器（如电视机、洗衣机）、有磁饱和现象的用电设备以及使用电力电子装置的用电设备，也都产生谐波。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,1143谐波的危害,谐波对电力系统电磁环境的污染将危害系统本身及广大电力用户，危害面十分广泛。归纳起来其主要危害有：（1）产生附加损耗，增加设备温升。如谐波电流通过有铁芯的电气设备时，铁芯的磁滞损耗和涡流损耗将增大。这些附加损耗使设备温升增加，加速设备绝缘老化。（2）恶化绝缘条件，缩短设备寿命。如谐波电流通过变压器，可使变压器的铁芯损耗明显增加，丛而使变压器出现过热，缩短使用寿命。（3）可能引起电机的机械振动。由谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生的脉动转矩可能引起电机的机械振动，从而严重影响机械加工的产品质量。（4）无功补偿电容器组可能引起谐波电流的放大，甚至造成谐振。从而产生危险的过电流和过电压。（5）工业电子设备功能会由于谐波干扰而被破坏。（6）对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作，造成电能计量的误差。（7）谐波电流电流在高压架空线路上的流动除增加线损外，还将对相邻通讯线路产生干扰影响。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,11.4.4电网谐波的抑制,对电网谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限值以内。抑制谐波电流主要有两个方面的措施，即降低谐波源的谐波电流含量和在谐波源处吸收谐波电流。1降低谐波源谐波电流含量（1）增加整流变压器的相数。在理想条件下，整流变压器一次侧电流，用傅氏级数展开，含有的谐波电流次数为：n=kp1(11-42)式中，n为谐波的次数；p为直流侧整流相数：k为正整数，1、2、3在理想条件下，谐波电流的有效值为：(11-43)式中，为n次谐波电流的有效值；为基波电流的有效值,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,可见，直流侧整流相数（即整流波形的脉动数）增加，可消除较低次数的谐波。例如三相全控桥整流电路，六脉动整流，即直流侧整流相数为6相（k=6）时，交流侧出现的谐波次数为5、7、11、13、19，最低次谐波为5次谐波，其值为，当采用二组三相全控桥并联或串联，整流变压器的二组二次绕组，一组采用星形联结，另一组采用三角形联结，相位相差30o，获得12相整流，如图1115所示。交流侧出现的最低次谐波为11次谐波，其值为。可见增加整流变压器的相数，可消除p-1次以下的谐波，使谐波电流的幅值减少，可以很好抑制电网高次谐波。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,（2）三相整流变压器采用采用Yd或Dy的接线,由于3次及3的整数倍次谐波电流在三角形联接的绕组内形成环流，而星形联接的绕组内不可能产生3次及3的整数倍次谐波电流，因此采用Y，d或D，y的接线的三相整流变压器，可消除3次及3的整数倍次谐波电流。这是抑制高次谐波的最基本的方法。三相整流变压器目前均采用Yd或Dy联结组。变压器三相绕组为星形联结时，由于三个相内的所有3的倍数谐波电流幅值相等，相位相同，当没有3的倍数谐波电流回路，从而3的倍数谐波电流不能流通，因此星形联结的三相绕组内不可能含有3的倍数谐波电流，从而抑制了所有3的倍数谐波电流。变压器绕组为三角形联结时，由于三个相内的所有3的倍数谐波电流幅值相等，相位相同，它们在三角形的闭合回路内环流。线电流为相邻两相的相电流的向量差，所以在三个线电流中没有3的倍数谐波电流，从而也抑制了所有3的倍数谐波电流。由于绕组中的3次谐波电流，变压器铁心中的磁通基本保持正弦波形，从而电势和电压基本保持正弦波形。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,2装设交流滤波器,（1）无源滤波器无源滤波器安装在谐波源的交流侧，如图11-16所示。由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网，即In=0。电阻用来调节滤波器的的品质因数，使谐振电流不太大，防止