电力系统常见问题.doc

谐波常见问题一、电能质量与电力谐波一个理想的电力系统应以恒定的频率（50Hz或60Hz）和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。供电的频率、幅值和波形畸变等因素反映了供电质量或电能质量。电网的频率和幅值很大程度由发电厂控制，而电流和电压波形的畸变则归因于用电设备或负载。传统的线性负载，如白炽灯、磁感应电动机、电阻性发热丝、电容器组等，其电流波形是和正常电网电压波形一致的正弦波，基本没有畸变。但是随着经济、技术的发展，特别是随着电力电子技术的发展，变频调速器、半导体整流设备、不间断电源、计算机、家用音像设备、节能灯、复印机等新型用电设备的应用迅速增加。这些负载具有显著的非线性特征，从电网汲取的电流波形存在严重畸变，不再是和电网的电压波形一致的正弦波。畸变的电流在电网内阻抗上产生畸变的电压降，又会导致供电电压波形畸变。数学分析表明，畸变的波形是由与电网正常工作频率相同的基波正弦分量和它的高次谐波分量叠加构成的。工业负载所产生的畸变电流波形所包含的典型谐波分量主要有5次、7次、11次和13次谐波。畸变的电流、电压波形含有大量高次谐波分量，导致电网污染，电能质量恶化，对电网和电力用户都会产生严重的危害和影响。当今电力谐波问题已成为主要的电能质量问题。二、产生谐波的用电设备产生谐波的用电设备非常广泛，如：变频调速器、直流调速系统、整流设备、中高频感应加热设备、晶闸管温控加热设备、焊接设备、电弧炉、电力机车、不间断电源、计算机、通讯设备、音像设备、充电器、变频空调、晶闸管调光设备、电子节能灯、复印机等，工作时都会产生大量谐波。三、电力谐波的主要危害1） 增加电力设备负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；2） 引起无功补偿电容器谐振和谐波放大，导致电容器因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；3） 产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；4） 由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；5） 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增加了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；6） 3的倍数次谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。7） 谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，导致区域性停电事故；8） 谐波改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；9） 使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；10） 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备的正常运行。四、电力谐波限制标准电力谐波是危害电网和电力用户的公害，因此国际、国内都颁布了相应标准对电力谐波加以限制。如关于公用电网谐波限制的IEEE519-1992、GB/T 14549-1993,关于用电设备谐波电流排放限制的IEC 61000-3-2、IEC 61000-3-4、GB/Z 17625.1 -2003、GB/Z 17625.6-2003等等。所有标准都是基于以下三个目的：1） 将电力系统电流和电压波形的畸变控制到系统及其所接设备能够允许的水平；2） 以符合用户需要的电压波形向用户供电；3） 不干扰其他系统（如通讯系统）的正常工作。GB/T 14549-1993规定的公用电网谐波电压限值和注入公共连接点的谐波电流允许值如下：公用电网谐波电压限值(GB/T 14549-1993表1)电网标称电压 kV电压总谐波畸变率 %各次谐波电压含有率 奇次 偶次 0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8注入公共连接点的谐波电流允许值（GB/T 14549-1993表2） 标准电压KV基准短路容量 MVA谐波次数及谐波电流允许值，A23456789101112130.3810786239622644192116281324610043342134142411118.5167.11310100262013208.5156.46.85.19.34.37.93525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.76650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.0110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.7标准电压 KV基准短路容量 MVA谐波次数及谐波电流允许值，A 1415161718192021222324250.381011129.7188.6167.88.97.1146.51261006.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.8101003.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.14.1352502.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.5665002.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.61107501.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9随着电力谐波问题的日益突出，有关标准对电力谐波的限制水平日趋严格，标准的实施力度也日渐增加。五、电力谐波治理措施谐波治理的措施主要有三种：一是主动治理，即从谐波源本身出发，通过改进用电设备，使其不产生或少产生谐波；二是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力；三是被动治理，即通过安装电力滤波器，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。 由于谐波源的广泛性和复杂性，主动治理方法受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题，受端治理方法和被动治理方法仍是目前治理电力谐波问题的主要方法。例如通过串联失谐电抗器抑制无功补偿电容器导致的谐波共振放大，通过在系统中安装无源电力滤波器和有源电力滤波器进行滤波等等。六、用户谐波指标的分配在国标中用户i的第h次谐波电流的允许值Ihi用下试计算： (1)试中Ih为公共连接点（PCC）上总的第h次谐波电流允许值；Si为第i个用户的用电协议容量；St为公共连接点的供电设备容量；为相位叠加系数。IEC 在61000-3-6中推荐了两种方法，一种方法基本相同式（1）。但在一些量的处理上国际和IEC是有些差别的。（1）关于Ih的确定在谐波国标中，Ih根据3个条件确定：1）各级谐波电压限值；2）扣除上级对本级的传递影响；3）规定基准短路容量SK，并以此为基础，用简化公式推导系统等值电抗。若实际短路容量SK和SK不同，则电流限值乘 。如表1所列，国标中将谐波电压按奇次和偶次分两大类，偶次谐波电压为奇次的0.5倍。在按上述3个条件计算Ih时，对于3的倍数奇次谐波（例如3, 9， 15）还乘上系数0.6，即按接近于偶次谐波电压限值来对待。这对于特征谐波为3次的用户（例如交流电弧炉，电气化铁道）的限值就显得过严。同样，电网中还有特征谐波为2次的用户（例如交流电弧炉），按同样办法计算的限值也显得过严。按IEC的规划值例子看（见表3，IEC中对用户谐波分配的总量是以规划值为基础的），对于高压（HV）系统，5次谐波电压取为2%，3次也取为2%，5次和3次的比例为1：1，高于国标1：0.6比例；二次谐波取为0.5%，5次和2次的比例为1:0.75，也高于国际的1:0.5比例。（2）Si和St的确定Si是用户协议用电容量。它由供用电协议确定，但目前执行中将只能作事故（或检修）备用的设备容量也计算在协议用电容量中是不合理的；St作为供电容量，无论是国际或IEC标准中均未明确取法。但国际中明确Sk是取最小短路容量，即式（1）中的Ih是最小短路容量下的允许值，因此St 应按对应方式的取值才是合理的。而实际执行中，有人主张一律都用全部供电设备容量来计算，这样也就导致对用户限制过严的结果，使标准在某些场合下难以执行。IEC对用户的分配是先求谐波电压：式中Zh为第h次谐波阻抗。显然，利用式（2）、（3）分配理论上较严格，但Zh的确定未作推荐。而国际上是采用短路容量Sk换算出来的基波阻抗h倍作为谐波阻抗。这样做便于执行，但有时误差较大。此外，国标中还缺乏在多电源情况下如何确定St的方法。这在IEC 61000-3-6中已有规定（本文从略），完全可以借鉴。（3）相位叠加系数表4列出国际中相位叠加系数值和IEC 61000-3-6中值的对比表4 相位合成系数的对比国标 IEC 61000-3-6H h 31.151.051.25101.471.45101.4111.8102.0131.9102.0低压常见问题低压常见问题序号 异常现象 故障原因 解决办法 1控制器显示系统所需无功大于上限，而不投电容 系统电压高于控制器电压上限 把控制器电压上限设置高于系统电压，但不能超过电压的1.1倍 2控制器上功率因数显示不正常 可能相序接错 检查相序，保证控制器采一相电流，别外两相电压 3系统有负载工作，控制器检测不到取样电流信号 控制器采样信号线接的不对或接触不良 检查取样信号线 4控制器显示全投，但投切开关没有动作。 投切开关控制电源没加过去。 检查控制保险是否有坏的，如没坏查控制线是否有松动。 5控制器控制开关打到自动位置，但控制器无显示 可能是交流220V电源没加过来。 将转换开关打到自动位置，用万用表测控制器L、N有没有220V，如没有再往前查，如有则检查控制器。 6控制器打到自动位置，电容器有一路自动投入 自动投入回路工作电源直通 查控制器内部这回路继电器是否贴连，检查控制器 7控制器显示没有投入电容器指示、但电流表显示有电流 可控硅（复合开关）可能有击穿，或接触器有贴连的。 将控制器急停开关打到停的位置，看电流表是否还有电流，如有证明投切开关有损坏，更换。 8电容器已投入运行，但显示三相无功电流不平衡 电容器容值可能下降， 先将急停开关打到停位置，确定不是投切开关问题，测容值或再投入用钳型表卡电流确定某路有问题 9当变压器没带负荷时控制器上显示容性，此时做极性侦测，在有负荷时控制器会一直投电容器， 不可在没有负荷时做极性侦测， 在确定变压器带负荷时再做极性侦测方能校正。 10电容器依次投，但控制器显示无功不变。 电容柜主母线接在采样电流线前端。 将采样电流线前移，或将电容柜主母线接在电流采样线后面。 11控制器显示系统电流比实际小挺多，但CT变比没设错，电容器一直投，明显过补。 电流采样线有短接的地方。 查电流采样线是否两根都有接地的地方，如有拆除一处即可。 12控制器显示系统无功已经补偿到接近1，但用户无功表显示仍然有很多无功未补。 另有用电负荷没被控制器采样到。 将未被控制器采样到的负荷移到采样范围内，或将采样线前移。 行业常见问题一电力行业1、风电并网问题 2、母线电压波动 3、无功倒送 4、串补输电中产生的次同步谐振 5、功率振荡 6、电压控制及稳定性差 7、小干扰下的阻尼不足 8、瞬变稳态极限低 9、传输能力受限，现有电网不能充分发挥最大效率 10、传输损耗大，传输效率低 二冶金行业1、电压波动大 2、功率因数低 3、存在严重的电压闪变 4、产生高次谐波，导致电压畸变 5、电网严重三相不平衡，产生负序电流 三有色金属1、能耗过大 2、谐波超标 四电气铁路及机车行业1、产生负序电流 2、功率因数低 3、供电网的严重三相不平衡 五煤炭矿山1、提升机、皮带运输机、主扇、瓦斯排放泵、水泵等高压电机调速运行及优化控制 2、局扇始终处于高速运转，耗电量增加 3、瓦斯浓度过高，引发爆炸隐患 4、传动装置产生有害高次谐波 5、功率因数低 6、电网电压降及电压波动 六石油化工1、各类风机、泵类的起动问题 2、节能降耗方面的问题 3、供电网络的稳定性和用电安全问题 七供水、水处理1、水泵等设备变频起动问题 2、节能降耗方面的问题 3、供电网络的稳定性和用电安全问题 八船舶1、主动力装置及推进器、舱底污水泵、锚泊绞车等设备软启动和软停车其它行业2、各类风机、水泵、皮带机、提升机、输送机、轧机、造纸机、机车牵引等四象限运行负载的变频起动 3、节能降耗方面的问题 4、供电网络的稳定性和用电安全问题 九其它1、各类风机、水泵、皮带机、提升机、输送机、轧机、造纸机、机车牵引等四象限运行负载的变频起动 2、节能降耗方面的问题 3、供电网络的稳定性和用电安全问题 4、主动力装置及推进器、舱底污水泵、锚泊绞车等设备软启动和软停车 5、水泵等设备变频起动问题 6、节能降耗方面的问题 7、供电网络的稳定性和用电安全问题 8、各类风机、泵类的起动问题 9、节能降耗方面的问题 10、供电网络的稳定性和用电安全问题 11、提升机、皮带运输机、主扇、瓦斯排放泵、水泵等高压电机调速运行及优化控制 12、局扇始终处于高速运转，耗电量增加 13、瓦斯浓度过高，引发爆炸隐患 14、传动装置产生有害高次谐波 15、功率因数低 16、电网电压降及电压波动 17、产生负序电流 18、功率因数低 19、供电网的严重三相不平衡 20、能耗过大 21、谐波超标 22、电压波动大 23、功率因数低 24、存在严重的电压闪变 25、产生高次谐波，导致电压畸变 26、电网严重三相不平衡，产生负序电流 27、风电并网问题 28、母线电压波动 29、无功倒送 30、串补输电中产生的次同步谐振 31、功率振荡 32、电压控制及稳定性差 33、小干扰下的阻尼不足 34、瞬变稳态极限低 35、传输能力受限，现有电网不能充分发挥最大效率 36、传输损耗大，传输效率低 37、弱系统电压不稳定 常用负荷常见问题一、电弧炉电弧炉做为非线性及无规律负荷接入电网，将会对电网产生一系列不良影响，其中主要是： 1、导致电网严重三相不平衡，产生负序电流2、产生高次谐波，其中普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化3、存在严重的电压闪变4、功率因数低二、轧机轧机及其他工业对称负载在工作中所产生的无功冲击会对电网造成如下影响： 1、引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率 2、使功率因数降低 3、负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网电压产生严重畸变三、电力机车供电电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重“污染”，因电力机车为单相供电,这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及低的功率因数,并产生负序电流。四、提升机提升机等其它重工业负载在工作中会对电网产生如下影响：1、引起电网电压降及电压波动 2、功率因数低 3、传动装置会产生有害高次谐波安装荣信SVC可以完美地解决上述问题五、城市二级变电站(66/110kV)在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保证母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。荣信SVC系统可以快速精确地进行容性及感性无功补偿，使SVC在稳定母线电压，提高功率因数的同时，彻底、方便地解决了无功倒送问题。并且，安装新的SVC系统时，可以充分利用原有的固定电容器组，只需增加晶闸管相控电抗器(TCR)部分即可，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效方法。