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力調電費解釋(一)

發布日期:(2015-9-1)   點擊次數:1193

力調電費

力調電費,指供電公司根據客戶一段時間內(如一個月或年)所使用的有無功電量來計算其平均功率因數,並據此收取的相關電費。


計費數量

電費單上的力調電費的計費數量,是根據功的率因數的高低,加收得總電費的百分數(即“調整率”),這個“調整率”根據相應功率因數的高低是不同的,功率因數高,費率就低,功率因數低,費率就高。這個費率,可能各地略有不同,請參考谘詢當地執行的電費政策。

電費設置原因

通過上麵的對其的定義就可以明知力調電費是供電公司控製功率因數的,按照電力行業專業術語說就是控製功率平衡的,最主要的目的是給廣大用電客戶提供穩定可靠的供電服務。眾所周知,客戶使用電力的時間和數量都是隨機的,而要求是苛刻的。無論客戶什麽時候需要用電,供電公司均得做到提供電壓合格、頻率穩定的電源。為了實現這個目標,電力企業會投入很大資金來 做到這點,但由於客戶用電的隨機性和負荷長期預測準確性不高的原因,特此需要通過電費來調整客戶的有功和無功的使用。

對於家庭用電客戶,空調等含有電機類電器均消耗無功功率和有功功率;對於企業用戶也類似。

2計算方法和規定

假設當月有功電量是A,無功電量是B,功率因數是cosφ,則

月平均功率因數: COSφ=A/根號(A的平方+B的平方)

該功率因數標準要求為0.9

功率因數獎、罰規定:每低於標準0.01時,從電費總額罰款0.5%,以此遞增,低於0.7每一級提高到1%,低於0.65每級提高到2%;每高於標準0.01時,從電費總額獎0.15%,以此類推,以0.75%封頂。

表一以0.90為標準值的功率因數調整電費表

減收電費 增 收 電 費

實際功率因數 月電費減少% 實際功率因數 月電費增加% 實際功率因數 月電費增加%

0.90 0.00 0.89 0.5 0.76 7.0

0.91 0.15 0.88 1.0 0.75 7.5

0.92 0.30 0.87 1.5 0.74 8.0

0.93 0.45 0.86 2.0 0.73 8.5

0.94 0.60 0.85 2.5 0.72 9.0

0.95~1.00 0.75 0.84 3.0 0.71 9.5

0.83 3.5 0.70 10.0

0.82 4.0 0.69 11.0

0.81 4.5 0.68 12.0

0.80 5.0 0.67 13.0

0.79 5.5 0.66 14.0

0.78 6.0 0.65 15.0

0.77 6.5

功率因數自0.64及以下,每降低0.01,電費增加2%


按有關規定,需從電費總額罰款百分比為19%。

3用電電費

電費,即用電費用。

就是一個企業、單位、個人在一定時間內所耗費的電能電量,

按照物價部門核定的價格,應付的費用。

一般在規定時間內按月支付,也可委托轉賬代收。

義務民用電費:

50度以內(含50度):0.538

50度以上至150度:0.568

200度以上:0.638

2010年12月27日

關於頒發《功率因數調整電費辦法》[1] 的通知

(83)水電財字第215號

各電業管理局,各省、市、自治區物價局(委),電力局:

國家現行電價製度中的《力率調整電費辦法》,自五十年代製訂並實施以來,對促進用戶裝設無功補償沒備,節約電能,起了一定作用。但是,二十多年來,電網和用戶的情況均發生了很大變化,該辦法已不能適應節能、改善電壓質量和提高社會經濟效益的需要。在長期、反複調查研究的基礎上AG8亚游根據國家經委批準頒發的《全國供用電規則》的有關規定,對現行《力率調整電費辦法》作了修改,經多次討論、征求意見後,擬訂了新的《功率因數調整電費辦法》現予頒發執行。

考慮到用戶和電業部門執行新的《功率因數調整電費辦法》,尚需一定時間進行準備,各電業管理局可根據本地區的不同情況,按下述要求組織實施:

一、現已實行《力率調整電費辦法》的用戶,凡原執行0.90功率因數標準值者和原執行0.85功率因數標準值而一九八三年十二月的實際功率因數已達0.90及其以上者,自一九八四年一月一日起按新規定執行,其餘用戶可延至一九八四年七月一日起執行,其中實際功率困數0.85至0.90者,在此期間可不減收電費,0.85以下者應增收電費。

二、現未實行《力率調整電費辦法》的用戶,可由各電業管理局按新的《功率困數調整電費辦法》的有關規定,區別不同情況,擬訂措施,分步實施,但執行新規定的時間,不應晚於一九八六年底。

三、實行兩部製電價的範圍不變。

四、各地執行中遇到的問題,請隨時報水利電力部。

附件:《功率因數調整電費辦法》及附表一、二、三:

水利電力部

國家物價局

一九八三年十二月二月

附件:

功率因數調整電費辦法

(83)水電財字第215號 1983年12月2日

一、鑒於電力生產的特點,用戶用電功率因數的高低對發、供、用電設備的充分利用、節約電能和改善電壓質量有著重要影響。為了提高用戶的功率因數並保持其均衡,以提高供用電雙方和社會的經濟效益,特製定本辦法。

二、功率因數的標準值及其適用範圍:

1、功率因數標準0.90,適用於160千伏安以上的高壓供電工業用戶(包括社隊工業用戶)、裝有帶負荷調整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站;

2、功率因數標準0.85,適用於100千伏安(千瓦)及以上的其他工業用戶(包括社隊工業用戶)、100千伏安(千瓦)及以上的非工業用戶和100千伏安(千瓦)及以上的電力排灌站;

3、功率因數標準0.80,適用於100千伏安(千瓦)及以上的農業用戶和躉售用戶,但大工業用戶未劃由電業直接管理的躉售用戶,功率因數標準應為0.85。

三、功率因數的計算:

1、凡實行功率因數調整電費的用戶,應裝設帶有防倒裝置的無功電能表,按用戶每月實用有功電量和無功電量,計算月平均功率因數;

2、凡裝有無功補償設備且有可能向電網倒送無功電量的用戶,應隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設備,電業部門並應在計費計量點加裝有有防倒裝置的反向無功電能表,按倒送的無功電量與實用無功電量兩者的絕對值之和,計算月平均功率因數;

3、根據電網需要,對大用戶實行高峰功率因數考核,加裝記錄高峰時段內有功、無功電量的電度表,據以計算月平均高峰功率因數,對部分用戶還可試行高峰、低穀兩個時段分別計算功率因數,由試行的省、市、自治區電力局或電網管理局擬訂辦法,報水利電力部審批後執行。

四、電費的調整:

根據計算的功率因數,高於或低於規定標準時,在按照規定的電價計算出其當月電費後,再按照“功率因數調整電費表”(表一、二、三)所規定的百分數增減電費。如用戶的功率因數在“功率因數調整電費表”所列兩數之間,則以四舍五入計算。

五、根據電網的具體情況,對不需增設補償設備,用電功率因數就能達到規定標準的用戶,或離電源點較近、電壓質量較好,勿需進一步提高用電功率因數的用戶,可以降低功率因數標準或不實行功率因數調整電費辦法,但須經省、市、自治區電力局批準,並報電網管理局備案。降低功率因數標準的用戶的實際功率因數,高於降低後的功率標準時,不減收電費,但低於降低後的功率因數標準時,應增收電費。

六、本辦法正式頒發執行後,1976年頒發的《電熱價格》中的《力率調整電費辦法》即同時廢止。

七、本辦法解釋權屬水利電力部。

水利電力部、國家物價局文件

(83)水電財字第215號

關於頒發《功率因數調整電費辦法》的通知

各電業管理局,各省、市、自治區物價局(委)、電力局:

國家現行電價製度中的《力率調整電費辦法》,自五十年代製訂並實施以來,對促進用戶裝設無功補償設備,節約電能,起了一定作用。但是,二十多年來,電網和用戶的情況均發生了很大變化,該辦法已不能適應節能、改善電壓質量和提高社會經濟效益的需要。在長期、反複調查研究的基礎上,AG8亚游根據國家經委最近批準頒發的《全國供用電規劃》的有關規定,對現行《力率調整電費辦法》作了修改,經多次討論、征求意見後,擬訂了新的《功率因數調整電費辦法》,現予頒發執行。

考慮到用戶和電業部門執行新的《功率因數調整電費辦法》,尚需一定時間進行準備,各電業管理局可根據本地區的不同情況,按下述要求組織實施:

一、現已實現《力率調整電費辦法》的用戶,凡原執行0.90功率因數標準值者和原執行0.85功率因數標準值而一九八三年十二月的實際功率因數已達0.90及以上者,自一九八四年一月一日起按新規定執行;其餘用戶可延至一九八四年七月一日起執行,其中實際功率因數0.85至0.90者,在此期間可不減收電費,0.85以下者應增收電費。

二、現未實行《力率調整電費辦法》的用戶,可由各電業管理局按新的《功率因數調整電費辦法》的有關規定,區別不同情況,擬訂措施,分步實施。但執行新規定的時間,不應晚於一九八六年底。

三、實行兩部製電價的範圍不變。

四、各地執行中遇到的問題,請隨時報水利電力部。

附件:《功率因數調整電費辦法》及附表一、二、三。

中華人民共和國水利電力部

國家物價局



一九八三年十二月二日

功率因數調整電費辦法

鑒於電力生產的特點,用戶用電功率因數的高低對發、供、用電設備的充分利用、節約電能和改善電壓質量有著重要影響。為了提高用戶的功率因數並保持其均衡,以提高供電用雙方和社會的經濟效益,特製定本辦法。

功率因數的標準值及其適用範圍

功率因數標準0.90,適用於160千伏安以上的高壓供電工業用戶(包括社隊工業用戶)、裝有帶負荷調整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站;

功率因數標準0.85,適用於100千伏安(千瓦)及以上的其他工業用戶(包括社隊工業用戶),100千伏安(千瓦)及以上的非工業用戶和100千伏安(千瓦)及以上的電力排灌站;

功率因數標準0.80,適用於100千伏安(千瓦)及以上的農業用戶和躉售用戶,但大工業用戶未劃由電業直接管理的躉售用戶,功率因數標準應為0.85。

功率因數的計算

凡實行功率因數調整電費的用戶,應裝設帶有防倒裝置的無功電度表,按用戶每月實用有功電量和無功電量,計算月平均功率因數;

凡裝有無功補嚐設備且有可能向電網倒送無功電量的用戶,應隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補嚐設備,電業部門並應在計費計量點加裝有防倒裝置的反向無功電度表,按倒送的無功電量與實用無功電量兩者的絕對值之和,計算月平均功率因數;

根據電網需要,對大用戶實行高峰功率因數考核,加裝記錄高峰時段內有功、無功電量的電度表,據以計算月平均高峰功率因數;對部分用戶還可試行高峰、低穀兩個時段分別計算功率因數,由試行的省、市、自治區電力局或電網管理局擬訂辦法,報水利電力部審批後執行。

電費的調整

根據計算的功率因數,高於或低於規定標準時,在按照規定的電價計算出其當月電費後,再按照“功率因數調整電費表”(表一、二、三、)所規定的百分數增減電費。如用戶的功率因數在“功率因數調整電費表”所列兩數之間,則以四舍五入計算。

五、根據電網的具體情況,對不需增設補嚐設備,用電功率因數就能達到規定標準的用戶,或離電源點較近,電壓質量較好、勿需進一步提高用電功率因數的用戶,可以降低功率因數標準或不實行功率因數調整電費辦法,但須經省、市、自治區電力局批準備,並報電網管理局備案。降低功率因數標準的用戶的實際功率因數,高於降低後的功率因數標準時,不減收電費,但低於降低後的功率因數標準時,應增收電費。

本辦法正式頒發執行後,1976年頒發的《電熱價格》中的《力率調整電費辦法》即同時廢止。

本辦法解釋權屬水利電力部。


表一以0.90為標準值的功率因數調整電費表


減收電費 增收電費

實際功率因數 月電費減少% 實際功率因數 月電費增加% 實際功率因數 月電費增加%

0.90 0.00 0.89 0.5 0.75 7.5

0.91 0.15 0.88 1.0 0.74 8.0

0.92 0.30 0.87 1.5 0.73 8.5

0.93 0.45 0.86 2.0 0.72 9.0

0.94 0.60 0.85 2.5 0.71 9.5

0.95~1.00 0.75 0.84 3.0 0.70 10.0

0.83 3.5 0.69 11.0

0.82 4.0 0.68 12.0

0.81 4.5 0.67 13.0

0.80 5.0 0.66 14.0

0.79 5.5 0.65 15.0

0.78 6.0 功率因數自0.64及以下,每降低0.01電費增加2%

0.77 6.5

0.76 7.0



表二以0.85為標準值的功率因數電費調整表

減收電費 增收電費

實際功率因數 月電費減少% 實際功率因數 月電費增加% 實際功率因數 月電費增加%

0.85 0.0 0.84 0.5 0.70 7.5

0.86 0.1 0.83 1.0 0.69 8.0

0.87 0.2 0.82 1.5 0.68 8.5

0.88 0.3 0.81 2.0 0.67 9.0

0.89 0.4 0.80 2.5 0.66 9.5

0.90 0.5 0.79 3.0 0.65 10.0

0.91 0.65 0.78 3.5 0.64 11.0

0.92 0.80 0.77 4.0 0.63 12.0

0.93 0.95 0.76 4.5 0.62 13.0

0.94-1.00 1.10 0.75 5.0 0.61 14.0

0.74 5.5 0.60 15.0

0.73 6.0 功率因數自0.59及以下,每降低0.01電費增加2%

0.72 6.5

0.71 7.0



表三以0.80為標準值的功率因數電費調整表

減收電費 增收電費

實際功率因數 月電費減少% 實際功率因數 月電費增加% 實際功率因數 月電費增加%

0.80 0.0 0.79 0.5 0.65 7.5

0.81 0.1 0.78 1.0 0.64 8.0

0.82 0.2 0.77 1.5 0.63 8.5

0.83 0.3 0.76 2.0 0.62 9.0

0.84 0.4 0.75 2.5 0.61 9.5

0.85 0.5 0.74 3.0 0.60 10.0

0.86 0.6 0.73 3.5 0.59 11.0

0.87 0.7 0.72 4.0 0.58 12.0

0.88 0.8 0.71 4.5 0.57 13.0

0.89 0.9 0.70 5.0 0.56 14.0

0.90 1.0 0.69 5.5 0.55 15.0

0.91 1.15 0.68 6.0 功率因數自0.54及以下,每降低0.01電費增加2%

0.92-1.00 1.3 0.67 6.5

0.66 7.0


什麽是無功功率

在電網中,由電源供給負載的電功率有兩種:一種是有功功率,另一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。比如:5.5kW的電動機就是把5.5kW的電力轉換為機械能,帶動水泵抽水或脫粒機脫粒;各種照明設備將電能轉換為光能,供人們生活和工作照明。無功功率比較抽象,它是用於電路內電場與磁場,並用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設備,要建立磁場,就要消耗無功功率。比如40W的日光燈,除需40W有功功率(鎮流器也需消耗一部分有功功率)來發光外,還需80var左右的無功功率供鎮流器的線圈建立交變磁場用。由於它對外不做功,才被稱之為"無功"。

無功功率決不是無用功率,它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場,使轉子轉動,從而帶動機械運動,電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產生磁場,在二次線圈感應出電壓。因此,沒有無功功率,電動機就不會轉動,變壓器也不能變壓,交流接觸器不會吸合。

在正常情況下,用電設備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求,用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,那麽這些用電設備就不能維持在額定情況下工作,用電設備的端電壓就要下降,從而影響用電設備的正常運行。

無功功率對供、用電也產生一定的不良影響,主要表現在:

(1)降低發電機有功功率的輸出。

(2)視在功率一定時,增加無功功率就要降低輸、變電設備的供電能力。

(3)電網內無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

(4)係統缺乏無功功率時就會造成低功率因數運行和電壓下降,使電氣設備容量得不到充分發揮。

從發電機和高壓輸電線供給的無功功率,一般滿足不了負荷的需要,所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶對無功功率的需要,這樣用電設備才能在額定電壓下工作。

什麽是功率因數

關於功率因數。

功率因數,是用來衡量用電設備(包括:廣義的用電設備,如:電網的變壓器、傳輸線路,等等)的用電效率的數據。

功率因數的定義公式:功率因數=有功功率/視在功率。

有功功率,是設備消耗了的,轉換為其他能量的功率。

無功功率,是維持設備運轉,但是並不消耗的能量。他存在於電網與設備之間,是電網和設備不可缺少的能量部分。但是無功功率如果被設備占用過多,就造成電網效率低下,同時,大量無功功率在電網中來回傳送,使得線損高企浪費嚴重。


為了減少電網的無功傳送,就要求用戶在用電端,給設備提供無功功率,這種提供無功功率的行為,就是無功補償。提供無功功率的補償設備,稱之為:無功補償裝置。比如深圳奧特電器公司的ATBX就地補償箱,就是非常有效的就地補償裝置。


其他:必須了解的:

視在功率,就使AG8亚游常說的功率容量。計算:視在功率的平方=有功功率的平方+無功功率的平方。

視在功率、有功功率、無功功率三者呈直角三角形關係。


注意:在沒有諧波的情況下,可以推導出:功率因數=COSa   (電壓電流角差的餘弦)。但是有諧波的時候,上述表達式式不成立。這時很多人,包括很多專家都沒有意識到的一個情況。詳細公式,請見有關書籍。

功率因數

在交流電路中,電壓與電流之間的相位差(Φ)的餘弦叫做功率因數,用符號cosΦ表示,在數值上,功率因數是有功功率和視在功率的比值,即cosΦ=P/S.

說明

功率因數(Power Factor)的大小與電路的負荷性質有關, 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數為1,一般具有電感性負載的電路功率因數都小於1。功率因數是電力係統的一個重要的技術數據。功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個係數。功率因數低,說明電路用於交變磁場轉換的無功功率大, 從而降低了設備的利用率,增加了線路供電損失。

計算


功率因數低的根本原因是電感性負載的存在。例如,生產中最常見的交流異步電動機在額定負載時的功率因數一般為0.7--0.9,如果在輕載時其功率因數就更低。其它設備如工頻爐、電焊變壓器以及日光燈等,負載的功率因數也都是較低的。從功率三角形及其相互關係式中不難看出,在視在功率不變的情況下,功率因數越低(角越大),有功功率就越小,同時無功功率卻越大。這種使供電設備的容量不能得到充分利用,例如容量為1000kVA的變壓器,如果cos=1,即能送出1000kW的有功功率;而在cos=0.7時,則隻能送出700kW的有功功率。功率因數低不但降低了供電設備的有效輸出,而且加大了供電設備及線路中的損耗,因此,必須采取並聯電容器等補償無功功率的措施,以提高功率因數。

功率因數既然表示了總功率中有功功率所占的比例,顯然在任何情況下功率因數都不可能大於1。由功率三角形可見,當=0°即交流電路中電壓與電流同相位時,有功功率等於視在功率。這時cos的值最大,即cos=1,當電路中隻有純阻性負載,或電路中感抗與容抗相等時,才會出現這種情況。

感性電路中電流的相位總是滯後於電壓,此時0°<<90°,此時稱電路中有“滯後”的cos;而容性電路中電流的相位總是超前於電壓,這時-90°<<0°,稱電路中有“超前”的cos

功率因數的計算方式很多,主要有直接計算法和查表法。常用的計算公式為:



功率因數計算公式

要求

最基本分析

拿設備作舉例。例如:設備功率為100個單位,也就是說,有100個單位的功率輸送到設備中。然而,因大部分電器係統存在固有的無功損耗,隻能使用70個單位的功率。很不幸,雖然僅僅使用70個單位,卻要付100個單位的費用。(使用了70個單位的有功功率,你付的就是70個單位的消耗)在這個例子中,功率因數是0.7 (如果大部分設備的功率因數小於0.9時,將被罰款),這種無功損耗主要存在於電機設備中(如鼓風機、抽水機、壓縮機等),又叫感性負載。功率因數是馬達效能的計量標準。

基本分析

每種電機係統均消耗兩大功率,分別是真正的有功(單位:瓦)及電抗性的無功(單位:乏)。功率因數是有用功與總功率間的比值。功率因數越高,有用功與總功率間的比值就越大,係統運行則更有效率。

高級分析

在感性負載電路中,電流波形峰值在電壓波形峰值之後發生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數表示。功率因數越低,兩個波形峰值則分隔越大。

4非線性負載

電力係統上常見的非線性負載包括整流器(用在電源供應器中),或是像螢光燈、電焊機或電弧爐電弧放電的設備。由於這些係統的電流會因為元件的切換而中斷,電流會含有諧波成份,其頻率為電源係統的整數倍數。畸變功率因子(Distortion Power Factor)可用來量度電流的諧波畸變對其平均功率的影響。

電腦電源供應器的弦波電壓及非弦波電流,其畸變功率因子為0.75。

非弦波成份

非線性負載將電流波形由正弦波扭曲成其他波形。非線性負載的輸入電流中除了原來電源的頻率(基頻)外,其中也會有許多高頻的諧波電流成份。由電容器及電感器等線性元件組成的濾波器可以降低諧波電流由負載端進入電源係統中。

線性元件組成的電路若電壓為一正弦波,其電流也是相同頻率的弦波。其功率因子隻是因為電壓和電流之間的相位差,也可以稱為位移功率因子(Displacement Power Factor)。若電流或電壓非弦波,視在功率包括所有諧波成份時,功率因子中不但有電壓和電流之間的相位差導致的位移功率因子,也會有對應諧波成份的畸變功率因子。

一般的三用電表無法量測非線性負載的輸入電流。三用電表會量測整流後波形的平均值。若使用量測均方根(RMS)值的電表,可以量測實際電流及電壓的均方根值,因此也可以計算視在功率。若要量測有功功率或無功功率,需使用針對非正弦波電流設計的瓦特表。

畸變功率因子

畸變功率因子(Distortion Power Factor)量度電流的諧波畸變對其平均功率的影響。

為負載電流的總諧波畸變。上述定義假設電壓仍維持正弦波,沒有畸變,此假設接近一般實際應用的情形。為電流的基頻成份,而為總電流,二者都以均方根值表示。

若將畸變功率因子乘以位移功率因子(Displacement Power Factor,簡稱DPF),即可得到總功率因子,也可稱為真功率因子,或直接簡稱為功率因子。

開關電源

開關電源是一種常見的非線性負載,世界上至少有數百萬台個人電腦中有開關電源,功率輸出從數瓦到一千瓦。早期廉價的開關電源中有一個全波整流器,整流器隻有在電源端電壓超過內部電容器的電壓時才會導通,因此其峰值因子很高,畸變功率因子很低,而且在三相的電流係統中,其中性線電流不會為零,可能會有中性線負載過大的問題[6]。

典型的開關電源首先會用整流二極管產生直流電壓,再由直流電壓產生輸出電壓。由於整流器為非線性元件,其輸入電流會有許多的高次諧波成份。此情形會造成電力公司的困擾,因為無法靠加入電容器及電感器的方式補償高頻的諧波成份。因此一些地區已開始立法要求所有功率大於一定值的電源供應器需要有功率因子修正機能。

歐盟為了提升功率因子,有設置諧波的標準。若要符合現行歐盟標準EN61000-3-2,所有輸出功率大於75W的開關電源至少需要有被動功率因子修正(passive PFC)機能。而80 PLUS開關電源認證要求功率因子至少需到達0.9的水平[7]。

改善

電網中的電力負荷如電動機、變壓器、日光燈及電弧爐等,大多屬於電感性負荷,這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力係統吸收有功功率,還同時吸收無功功率。因此在電網中安裝並聯電容器無功補償設備後,將可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率,減少了電網電源側向感性負荷提供及由線路輸送的無功功率。由於減少了無功功率在電網中的流動,因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗,這就是無功補償的效益。 無功補償的主要目的就是提升補償係統的功率因數。因為供電局發出來的電是以kVA或者MVA來計算的,但是收費卻是以kW,也就是實際所做的有用功來收費,兩者之間有一個無效功率的差值,一般而言就是以kvar為單位的無功功率。大部分的無效功都是電感性,也就是一般所謂的電動機、變壓器、日光燈……,幾乎所有的無效功都是電感性,電容性的非常少見,例如:變頻器就是容性的,在變頻器電源端加入電抗器可提高功率因數。

6內容

由於感性、容性或非線性負荷的存在,導致係統存在無功功率,從而導致有功功率不等於視在功率,三者之間關係如下:

S^2=P^2+Q^2


一種有源功率因數校正電路

;S為視在功率,P為有功功率,Q為無功功率。三者的單位分別為VA(或kVA),W(或kW),var(或kvar)。

簡單來講,在上麵的公式中,如果今天的kvar的值為零的話,kVA就會與kW相等,那麽供電局發出來的1kVA的電就等於用戶1kW的消耗,此時成本效益最高,所以功率因數是供電局非常在意的一個係數。用戶如果沒有達到理想的功率因數,相對地就是在消耗供電局的資源,所以這也是為什麽功率因數是一個法規的限製。就國內而言功率因數規定是必須介於電感性的0.9~1之間,低於0.9時需要接受處罰。

好處

供電部門為了提高成本效益要求用戶提高功率因數,那提高功率因數對用戶端有什麽好處呢?

① 通過改善功率因數,減少了線路中總電流和供電係統中的電氣元件,如變壓器、電器設備、導線等的容量,因此不但減少了投資費用,而且降低了本身電能的損耗。

② 良好的功因數值的確保,從而減少供電係統中的電壓損失,可以使負載電壓更穩定,改善電能的質量。

③ 可以增加係統的裕度,挖掘出了發供電設備的潛力。如果係統的功率因數低,那麽在既有設備容量不變的情況下,裝設電容器後,可以提高功率因數,增加負載的容量。

舉例而言,將1000kVA變壓器之功率因數從0.8提高到0.98時:

補償前:1000×0.8=800kW

補償後:1000×0.98=980kW

同樣一台1000kVA的變壓器,功率因數改變後,它就可以多承擔180kW的負載。

④ 減少了用戶的電費支出;透過上述各元件損失的減少及功率因數提高的電費優惠。

此外,有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等;可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等;電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等,這些設備均是主要的諧波源,運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接於電網的電器設備都有大小不等的危害,主要表現為產生諧波附加損耗,使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。

並聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用,使得係統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外,諧波電流疊加在電容器的基波電流上,會使電容器的電流有效值增加,造成溫度升高,減少電容器的使用壽命。

諧波電流使變壓器的銅損耗增加,引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。

諧波汙染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波汙染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時,可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。

因此,如果係統量測出諧波含量過高時,除了電容器端需要串聯適宜的調諧(detuned)電抗外,並需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。

改善電能

為什麽說提高用戶的功率因數可以改善電壓質量?

電力係統向用戶供電的電壓,是隨著線路所輸送的有功功率和無功功率變化而變化的。當線路輸送一定數量的有功功率時,如輸送的無功功率越多,線路的電壓損失越大。即送至用戶端的電壓就越低。如果110kV以下的線路,其電壓損失可近似為:△U=(PR+QX)/Ue

其中:△U-線路的電壓損失,kV

Ue--線路的額定電壓,kV

P--線路輸送的有功功率,kW

Q--線路輸送的無功功率,kvar

R—線路電阻,歐姆

X--線路電抗,歐姆

由上式可見,當用戶功率因數提高以後,它向電力係統吸取的無功功率就要減少,因此電壓損失也要減少,從而改善了用戶的電壓質量。

在直流電路裏,電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路裏,電壓乘電流是視在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)將小於視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數,以COSΦ表示,其實最簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差,得出的結果就是功率因數。

如何提高

(1)提高自然功率因數。自然功率因數是在沒有任何補償情況下,用電設備的功率因數。提高自然功率因數的方法:合理選擇異步電機;避免變壓器空載運行;合理安排和調整工藝流程,改善機電設備的運行狀況;在生產工藝允許條件下,采用同步電動機代替異步電動機。

(2)采用人工補償無功功率。裝用無功功率補償設備進行人工補償,電力用戶常用的無功功率補償設備是電力電容器。

提高功率因數的方法

提高功率因數的途徑主要在於如何減少電力係統中各個部分所需的無功功率,特別是減少負荷取用的

無功功率,使電力係統在輸送一定的有功功率時,可降低其中通過的無功電流

提高功率因數的方法很多,但總的來說可以歸結為兩大類:

提高自然功率因數的方法

采用降低各用電設備所需的無功功率以改善其功率因數的措施,稱為提高自然功率因數的方法 主要有:

1、正確選用異步電動機的型號與容量。據有關資料介紹,我國中小型異步電動機的用電負荷約占電網總負荷的80 %以上,幾個主要電網中,電動機所耗能占整個工業用電量的60 %~ 68 %左右1 因此做好電動機的降損節能具有十分重要的經濟意義 正確選用異步電動機,使其額定容量與所帶負載相配合,對於改善功率因數是十分重要的 在選型方麵,要注意選用節能型,淘汰高能耗的電動機,並依據電機機械工作對啟動力矩、啟動次數、調速等方麵的具體要求,選用不同的型號。 電動機的效率η與功率因數cosφ是反映電動機經濟運行水平的主要指標,都與負載率β有密切關係1 GB/ T 12497 - 90 對三相異步電機三個運行區域規定如下:

當負載率β在70 %~ 100 %之間時,為經濟運行區;

當40 % ≤β ≤70 %時,為一般運行區;

當β < 40 % 時,為非經濟運行區;

2、根據負荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側功率因數不但與負荷的功率因數有關,而且與負荷率有關若變壓器滿載運行,一次側功率因數僅比二次側降低約3 ~ 5 %;若變壓器輕載運行,當負荷小於0. 6 時,一次側功率因數就顯著下降,下降達11 ~ 18 %,所以電力變壓器的負荷率在0. 6 以上運行時才較經濟,一般應在60 %~ 70 %比較合適為了充分利用設備和提高功率因數,電力變壓器一般不宜作輕載運行。當電力變壓器負荷率小於30 %時,應當更換成容量較小的變壓器

(3、合理安排和調整工藝流程。合理安排和調整工藝流程, 改善電機設備的運行狀態, 限製電焊機和機床電動機的空載運行1 例如可采用空載自動延時斷電裝置流程等

4、異步電動機同步化運行。對於負荷率不大於0. 7 及最大負荷不大於90 % 額定功率的繞線式異步電動機,必要時可使其同步化,即當繞線式異步電動機在起動完畢以後,向轉子三相繞組中送入直流勵磁,即產生轉矩把異步電動機牽入同步運行,其運轉狀態與同步電動機相似在過勵磁的情況下,電動機可向電網送出無功功率,從而達到改善功率因數的目的。

提高功率因數的補償方法

采用供應無功功率的設備來補償用電設備所需的無功功率,以提高其功率因數的措施,稱為提高功率因數的補償方法。采用補償法來提高功率因數,必須增加新設備、增加有色與黑色金屬的需用量。 此外,補償設備本身也有功率損失,所以從整體來看,應首先采用提高用電設備自然功率因數的方法。 但當功率因數還達不到《電力設計技術規範》所要求的數值時,則需采用專門的補償設備來提高功率因數。應用人工補償無功功率的方法通常有應用移相電容器(即靜電電容器) 、采用同步電動機和采用同步調相機三種方法。

同步電動機在過勵磁方式運行(0. 8 ~ 0. 9 超前) 時,就向電力係統輸送無功功率,提高了工業企業的功率因數 一般在滿足工藝條件下,采用或不采用同步電動機來提高企業的功率因數,應進行技術經濟比較。通常對低速、恒速且長期連續工作的容量較大的電動機,宜采用同步電動機組,如軋鋼的電動機組、球磨機、空壓機、鼓風機、水泵等設備 這些設備采用同步電動機為原動機時,其容量一般在250 kW 以上,環境與啟動條件均能滿足同步電動機的要求,而且停歇時間較少,因此對改善功率因數能起很大作用 但是同步電動機結構複雜,並且附有一套啟動控製設備,維護工作量大,價格較異步電動機貴,而且高壓移相電容器價格普遍降低,這就相應地提高了“異步電動機加移相電容器的補償方案”的優越性 移相電容器由於具有功率損耗小、運行維修很方便、短路電流小等優點而在工業企業中被廣泛用作人工補償裝置。

綜上所述,提高功率因數必然對國家的能源利用、企業的經濟效益起到促進作用, 是保證電力係統電能質量、電壓質量、降低網絡損耗以及安全運行所不可缺少的條件 應根據不同情況采取相應措施來提高功率因數,降低無功損耗,從而提高經濟效益。

功率因素

1、柴油發電機振蕩失步的特征

1)定子電流超出正常值,電流表指針將激烈地撞擋。

2)定子電壓表的指針將快速擺動。

3)有功功率表指針在表盤整個刻度盤上擺動。

4)轉子電流表指針在正常值附近快速擺動。

5)發電機發出鳴叫聲,且叫聲的變化與儀表指針的擺動頻率相對應。

6)其他並列運行的發電機的儀表也有相應的擺動

2、發電機振蕩失步的時處理方法

發電機振蕩失去同步時應注意以下幾條:

1)要通過增加勵磁電流來產生恢複同步的條件;

2)要適當地調整該機的負荷,以幫助恢複同步;

3)當整個電廠與係統失去同步時,該電廠的所有發電機都將發生振蕩,除設法增加每台發電機的勵磁電流外,在無法恢複同步的

情況下,為使發電機免遭持續電流的損害,應按規程規定,在2分鍾後將電廠與係統解列。

功率因數

功率因子表征著燈具輸出有功功率的能力。功率是能量的傳輸率的度量,在直流電路中它是電壓V和電流A的乘積。在交流係統裏則要複雜些:即有部分交流電流在負載裏循環不傳輸電能,它稱為電抗電流或諧波電流,它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大於實際功率。視在功率和實際功率的不等引出了功率因數,功率因數等於實際功率與視在功率的比值。所以交流係統裏實際功率等於視在功率乘以功率因數。 即:功率因數=實際功率/視在功率。隻有電加熱器和燈泡等線性負載的功率因素為1,許多設備的實際功率與視在功率的差值素很小,可以忽略不計,而像容性設備如燈具的這種差值則很大、很重要。美國PC Magazine 雜誌的一項研究表明燈具的典型功率因數為0.65,即視在功率(VA)比實際功率(Watts)大50%!

視在功率

視在功率:即交流電壓和交流電流的乘積。用公式表示為:S=UI。式中,S是額定輸出功率,單位是VA(伏安);U是額定輸出電壓,單位是V, 如220V、380V等;I是額定輸出電流,單位是A。視在功率包括兩部分:有功功率(P)和無功功率(Q)。有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發亮、使電機轉動、使電子電路工作等。因為這個功率做功後都變成了熱量,可以直接被人們感覺到,所以有些人就產生一個錯覺,即把有功功率當成了視在功率,孰不知有功功率隻是視在功率的一部分,用式表示:P=Scosθ=UIcosθ=UIF。式中,P是有功功率,單位是W(瓦);F=cosθ被稱為功率因子,而θ是在非線性負載時電壓電流不同相時的相位差。無功功率是儲藏在電路中但不直接做功的那部分功率,用式表示:Q=Ssinθ=UIsinθ。式中,Q為無功功率,單位是var(乏)。

無功功率

對於燈具和其它一切靠直流電壓工作的電子電路,離開無功功率是根本無法工作的。一般用戶都認為燈具之類的設備隻需要有功功率,而不需要無功功率。既然無功功率不做功,要它何用!於是他們當然就認為功率因子為1的燈具最好。因為它能給出最大輸出功率。然而,實際情況並非如此。

假如有一燈具,當交流市電輸入後進行整流,就得到脈動直流電壓,若不將脈動電壓進行任何加工,就直接提供給燈具,毫無疑問,電路根本無法正常工作。雖然這時燈具的功率因子接近於1,可這又有何用呢。為了讓燈具電路能正常工作,必須向其提供平滑了的直流電壓。這個“平滑”工作必須由接在燈具整流器後麵的濾波電容器來完成。這個濾波器就像一個水庫,電容器裏麵必須儲存足夠數量的電荷,在整流半波之間的空白時,使電路上的工作電壓仍不間斷,能保持正常電平。換句話說,即使在兩個脈動半波之間無輸入電能時,Uc的電壓電平也無顯著的變化,這個功能是靠電容器內的儲能來實現的,儲存在電容器內的這部分能量就是無功功率。所以說,燈具是靠無功功率的支持,才能保證電路正確運用有功功率實現正常使用的。因此可以說,燈具不但需要有功功率,也需要無功功率,兩者缺一不可。

家電

常見家電功率因數

有人測試了各種家用電器的功耗和功率因數,其結果如下:


序號 名稱 設備容量(W) 功率因數 無功功率(var) 視在功率(VA)

1   照明     200        0.90     96.86        222.22

2   空調     3000       0.80     2250.00      3750.00

3   電冰箱   150        0.60     200.00       250.00

4   微波爐   1000       0.90     484.32       1111.11

5   電熱水器 2000       1.00     0.00         2000.00

6   電飯煲   1000       1.00     0.00         1000.00

7   計算機   300        0.80     225.00       375.00

8   打印機   250        0.80     187.50       312.50

9   電視機   200        0.80     150.00       250.00

10  洗衣機   200        0.60     266.67       333.33

11  抽油煙機 50         0.80     37.50        62.50

12  音響     300        0.60     400.00       500.00

13  飲水機   600        1.00     0.00         600.00

14  衛生設備 1000       1.00     0.00         1000.00

15  保健設備 600        0.80     450.00       750.00

16  錄像機   200        0.90     96.86        222.22

17  DVD\VCD  100        0.90      48.43       111.11

這些數據當然僅供參考而已。



說明

1. 凡是電熱電器功率因數都是等於1,因為它們都是電阻負載。

2. 凡是帶馬達的家用電器(大多數白色家電)都是感性負載。

3. 凡是帶變壓器的家用電器(電視機、音響)也都是感性負載。

4. 24小時連續工作的電冰箱是一個耗電很大、功率因數很低的感性負載。

5. 其中的照明燈具因為主要是白熾燈,所以功率因數才會接近1。

諧波電流

諧波電流就是將非正弦周期性電流函數按傅立葉級數展開時,其頻率為原周期電流頻率整數倍的各正弦分量的統稱。頻率等於原周期電流頻率k倍的諧波電流稱為k次諧波電流,k大於1的各諧波電流也統稱為高次諧波電流。

基本定義

一個周期信號可以通過傅裏葉變換分解為直流分量c0和不同頻率的正弦信號的線性疊加:


其中,


為m次諧波的表達式,cm表示m次諧波的幅值,其角頻率為mω,初始相位為φm,其有效值為cm/√2。

當m=1時,


為基波分量的表達式,其角頻率為ω,初始相位為φ1,其方均根值c1/√2稱為基波有效值。


ω/2π為基波分量的頻率,稱為基波頻率,基波分量的頻率等於交流信號的頻率。而m次諧波的頻率為基波頻率的整數倍(m倍)。

諧波電流是其頻率為原周期電流頻率整數倍的各正弦分量的統稱。

一般來說, 理想的交流電源應是純正弦波形,但因現實世界中的輸出阻抗及非線性負載的原因,,導致電源波形失真。 若電壓頻率是60Hz,,將失真的電壓經傅立葉轉換分析後,可將其電壓組成分解為除了基頻(60Hz)外,倍頻(120Hz, 180Hz,…..)成份的組合。其倍頻的成份就稱為諧波:harmonic。整流性負載的大量使用,造成大量的諧波電流,諧波電流產生電壓的諧波成份,間接汙染了市電。另外一些市售的發電機或UPS本身輸出電壓就非純正弦波,甚至有方波的情形,失真情形更嚴重,所含諧波成份占了很大的比例。

對該問題的介紹基於以下幾個方麵:基本原理、主要現象和防止諧波故障的建議。 由於功率轉換(整流和逆變)而導致配電係統汙染的問題早在1960年代初就被許多專家意識到了。直到1980年代初,日益增長的設備故障和配電係統異常現象,使得解決這一問題成為迫在眉睫的事情。 今天,許多生產過程中沒有電力電子裝置是不可想象的。以下用電設備在許多工廠都得到了應用:

1)照明控製係統(亮度調節)

2)開關電源(計算機,電視機)

3)電動機調速設備

4)自感飽和鐵芯

5)不間斷電源

6)整流器

7)電焊設備

8)電弧爐

9)機床(CNC)

10)電子控製機構

11)EDM機械

所有這些非線性用電設備都會產生諧波,它可導致配電係統本身或聯接在該係統上的設備故障。 僅考慮導致設備故障的根源就在發生故障現象的用電工廠內可能是錯誤的。故障也可能是由於相鄰工廠產生的諧波影響到公用配電網絡而產生的。 在您安裝一套功率因數補償係統之前,如下工作是非常重要的:對配電係統進行測試以確定什麽樣的係統結構對您是合適的。 可調諧的濾波電路和組合濾波器已經是眾所周知的針對諧波問題的解決方案。另外的方法就是使用動態有源濾波器。

相關概念

1)諧波吸收器(調諧的)

由一個扼流線圈和一個電容器串聯組成的諧振電路並調諧為對諧波電流具有極小的阻抗。該調諧的諧振電路用於精確地清除配電網絡中的主要諧波成分。

2)諧波吸收器(非調諧的)

由一個扼流線圈和一個電容器串聯組成的諧振電路並調諧為低於最低次諧波的頻率以防止諧振。

3)諧波電流

諧波電流是由設備或係統引入的非正弦特性電流。諧波電流疊加在主電源上。

4)諧波

其頻率為配電係統工作頻率倍數的波形。按其倍數稱為 n 次( 3 、 5 、 7 等)諧波分量。

5)諧波電壓

諧波電壓是由諧波電流和配電係統上產生的阻抗導致的電壓降。

6)阻抗

阻抗是在特定頻率下配電係統某一點產生的電阻。阻抗取決於變壓器和連在係統上的用電設備,以及所采用導體的截麵積和長度。

7)阻抗係數

阻抗係數是 AF (載波)阻抗相對於 50Hz (基波)阻抗的比率。

8)並聯諧振頻率

網絡阻抗達到最大值的頻率。在並聯諧振電路中,電流分量 I L 和 I C 大於總電流 I 。

9)無功功率

電動機和變壓器的磁能部分,以及用於能量交換目的的功率轉換器等處需要無功功率 Q 。與有功功率不同,無功功率並不做功。計量無功功率的單位是 Var 或 kvar 。

10)無功功率補償

供電部門規定一個最小功率因數以避免電能浪費。如果一個工廠的功率因數小於這個最小值,它要為無功功率的部分付費。否則它就應該用電容器提高功率因數,這就必須在用電設備上並聯安裝電容器。

11)諧振

在配電係統裏的設備,與它們存在的電容 ( 電纜,補償電容器等 ) 和電感 ( 變壓器,電抗線圈等 ) 形成共振電路。後者能夠被係統諧波激勵而成為諧振。配電係統諧波的一個原因是變壓器鐵芯非線性磁化的特性。在這種情況下主要的諧波是 3 次的;它在全部 導體內與單相分量具有相同的長度,因而在星形點上不能消除。

12)諧振頻率

每個電感和電容的連接形成一個具有特定共振頻率的諧振電路。一個網絡有幾個電感和電容就有幾個諧振頻率。

13)串聯諧振諧電路

由電感(電抗器)和電容 ( 電容器 ) 串聯的電路。

14)串聯諧振頻率

網絡的阻抗水平達到最小的頻率。在串聯諧振電路內分路電壓 U L 和 U C 大於總電壓 U 。

15)分數次諧波

頻率不是基波分量倍數的正弦曲線波。

技術原理

MKP 和 MPP 技術之間的區別在於電力電容器在補償係統中的連接方式。

1)MKP( MKK , MKF) 電容器

這項技術是在聚丙烯薄膜上直接鍍金屬。其尺寸小於用 MPP 技術的電容器。因為對生產過程較低的要求,其製造和原料成本比 MPP 技術要相對地低很多。 MKP 是最普遍的電容器技術,並且由於小型化設計和電介質的能力,它具有更多的優點。

2)MPP( MKV) 電容器

MPP 技術是用兩麵鍍金屬的紙板作為電極,用聚丙烯薄膜作為介質。這使得它的尺寸大於采用 MKP 技術的電容器。生產是非常高精密的,因為必須采用真空幹燥技術從電容器繞組中除去全部殘餘水分而且空腔內必須填注絕緣油。這項技術的主要優勢是它對高溫的耐受性能。

3)自愈

兩種類型的電容器都是自愈式的。在自愈的過程中電容器儲存的能量在故障穿孔點會產生一個小電弧。電弧會蒸發穿孔點臨近位置的細小金屬,這樣恢複介質的充分隔離。電容器的有效麵積在自愈過程中不會有任何實際程度的減少。每隻電容都裝有一個過壓分斷裝置以保護電氣或熱過載。測試是符合 VDE 560 和 IEC 70 以及 70A 標準的。

發展軌跡

直到大約1978年,製造電力電容器仍然使用包含PCB的介質注入技術。後來人們發現,PCB 是有毒的,這種有毒的氣體在燃燒時會釋放出來。這些電容器不再被允許使用並且必須處理,它們必須被送到處理特殊廢料的焚化裝置裏或者深埋到安全的地方。

包含PCB 的電容器有大約30 W/kvar的功率損耗值。 電容器本身由鍍金屬紙板做成。

由於這種電容被禁止使用,一種新的電容技術被開發出來。為了滿足節能趨勢的要求,發展低功耗電容器成為努力的目標。

新的電容器是用幹燥工藝或是用充入少量油( 植物油)的技術來生產的,用鍍金屬塑料薄膜代替鍍金屬紙板,因此新電容充分顯示出了其環保的特性,並且功耗僅為0.3 W/kvar。這表明改進後使功耗降至原來的1/100。 這些電容器是根據常規電網條件而開發的。在能源危機的過程中,人們開始相控技術的研究。相位控製的結果是導致電網的汙染和其它故障。

由於前一代電容器存在一個很高的自電感,高頻的電流和電壓(諧波) 不能被吸收,而新的電容器則會更多地吸收諧波。

因此存在這種可能,即,新、舊電容器工作在相同的母線上時會表現出運行狀況和壽命預期的很大差異, 由於上述原因有可能新電容器將在更短的時間內損壞。

AG8亚游向市場提供的電力電容器是專門為用於補償係統中而開發的。電網條件已經發生急劇的變化,選擇正確的電容器技術越來越重要。 電容器的使用壽命會受到如下因素的影響而縮短: -諧波負載 -較高的電網電壓 -高的環境溫度 AG8亚游配電係統中的諧波負載在持續增長。在可預知的將來,可能隻有組合電抗類型的補償係統會適合使用。 很多供電公司已經規定隻能安裝帶電抗的補償係統。其它公司必須遵循他們的規定。 如果一個用戶決定繼續使用無電抗的補償係統,他起碼應該選用更高額定電壓的電容器。這種電容器能夠耐受較高的諧波負載,但是不能避免諧振事故。

危害研究

諧波危害

諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低,使電氣設備過熱、產生振動和噪聲,並使絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力係統局部並聯諧振或串聯諧振,使諧波含量放大,造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現混亂。對於電力係統外部,諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重幹擾。

“諧波”一詞起源於聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅裏葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力係統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國,由於使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。到了50年代和60年代,由於高壓直流輸電技術的發展,發表了有關變流器引起電力係統諧波問題的大量論文。70年代以來,由於電力電子技術的飛速發展,各種電力電子裝置在電力係統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛,諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分和關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議,不少國家和國際學術組織都製定了限製電力係統諧波和用電設備諧波的標準和規定。

供電係統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解,除了得到與電網基波頻率相同的分量,還得到一係列大於電網基波頻率的分量,這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種 幹擾量,使電網受到“汙染”。電工技術領域主要研究諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑製,其頻率範圍一般 為2≤n≤40。

產生原因

在工業和生活用電負載中,感性負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力係統所提供的無功功率中占有很高的比例。電力係統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作,這是由其本身的性質所決定的。

電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率,特別是各種相控裝置。 如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器,在工作時基波電流滯後於電網電壓,要消耗大量的無功功率。另外,這些裝置也會產生大量的諧波電流,諧波源都是要消耗無功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網電壓相位大致相同,所以基本不消耗基波無功功率。但是它也產生大量的諧波電流,因此也產生一定的無功功率。

近30年來,電力電子裝置的應用日益廣泛,也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種電力電子裝置中,整流裝置所占的比例最大。常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路,其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負載的整流電路所產生的諧波汙染和功率因數滯後已為人們所熟悉。直流側采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴重的諧波汙染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同,因而基波功率因數接近1。 但其輸入電流的諧波分量卻很大,給電網造成嚴重汙染,也使得總的功率因數很低。另外,采用相控方式的交流電力調整電路及周波變流器等電力電子裝置也會在輸入側產生大量的諧波電流。

(1)發電源質量不高產生諧波

發電機由於三相繞組在製作上很難做到絕對對稱,鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因,發電源多少也會產生一些諧波,但一般來說很少。

(2)輸配電係統產生諧波

輸配電係統中主要是電力變壓器產生諧波,由於變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設計變壓器時考慮經濟性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點偏離線性越遠,諧波電流也就越大,其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

(3)用電設備產生的諧波:

晶閘管整流設備。由於晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方麵得到了越來越廣泛的應用,給電網造成了大量的諧波。AG8亚游知道,晶閘管整流裝置采用移相控製,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負載時則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達基波的30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈衝整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明:由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。



變頻器產生的諧波電流(3張)

變頻裝置。變頻裝置常用於風機、水泵、電梯等設備中,由於采用了相位控製,諧波成份很複雜,除含有整數次諧波外,還含有分數次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調速的發展,對電網造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由於加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩定,引起三相負荷不平衡,產生諧波電流,經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2 7次的諧波,平均可達基波的8% 20%,最大可達45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬於氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性,可知其非線性十分嚴重,有的還含有負的伏安特性,它們會給電網造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、調光燈具、調溫炊具等,因具有調壓整流裝置,會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的設備中,因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小,但數量巨大,也是諧波的主要來源之一。

理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現,對公用電網是一種汙染,它使用電設備所處的環境惡化,也對周圍的用電設備造成影響。電力電子設備廣泛應用以前,人們對諧波及其危害就進行過一些研究,並有一定認識,但那時諧波汙染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來,各種電力電子裝置的迅速發展使得公用電網的諧波汙染日趨嚴重,由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生,諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他係統的危害大致有以下幾個方麵。

(1)諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗,降低了發電、輸電及用電設備的效率,大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。

(2)諧波影響各種電氣設備的正常工作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外,還會產生機械振動、噪聲和過電壓,使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。

(3)諧波會引起公用電網中局部的並聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,這就使上述(1)和(2)的危害大大增加,甚至引起嚴重事故。

(4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作,並會使電氣測量儀表計量不準確。

(5)諧波會對鄰近的通信係統產生幹擾,輕者產生噪聲,降低通信質量;重者導致住處丟失,使通信係統無法正常工作。

紋波危害

諧波簡單地說,就是一定頻率的電壓或電流作用於非線性負載時,會產生不同於原頻率的其它頻率的正弦電壓或電流的現象。

紋波是指在直流電壓或電流中,疊加在直流穩定量上的交流分量。

它們雖然在概念上不是一回事,但它們之間有聯係。如電源上附加的紋波在用電器上很容易產生各頻率的諧波;電源中各頻率諧波的存在無疑導致電源中紋波成分的增加。

除了在電路中AG8亚游所需要產生諧波的情況以外,它主要有以下主要危害:

1、使電網中發生諧振而造成過電流或過電壓而引發事故;

2、增加附加損耗,降低發電、輸電及用電設備的效率和設備利用率;

3、使電氣設備(如旋轉電機、電容器、變壓器等)運行不正常,加速絕緣老化,從而縮短它們的使用壽命;

4、使繼電保護、自動裝置、計算機係統及許多用電設備運轉不正常或不能正常動作或操作;

5、使測量和計量儀器、儀表不能正確指示或計量;

6、幹擾通信係統,降低信號的傳輸質量,破壞信號的正常傳遞,甚至損壞通信設備。

紋波的害處:

1、容易在用電器上產生諧波,而諧波會產生較多的危害;

2、降低了電源的效率;

3、較強的紋波會造成浪湧電壓或電流的產生,導致燒毀用電器;

4、會幹擾數字電路的邏輯關係,影響其正常工作;

5、會帶來噪音幹擾,使圖像設備、音響設備不能正常工作。

總之,它們在AG8亚游不需要的地方出現都是有害的,需要AG8亚游避免的。對於如何抑製和去除諧波和紋波的方式方法有很多,但想完全消除,似乎是很難辦到的,AG8亚游隻有將其控製在一個允許的範圍之內,不對環境和設備產生影響就算達到了AG8亚游的目的。

電力網中非線性負載的逐漸增加是全世界共同的趨勢,如變頻驅動或晶閘管整流直流驅動設備、計算機、重要負載所用的不間斷電源(UPS) 、節能熒光燈係統等,這些非線性負載將導致電網汙染,電力品質下降,引起供用電設備故障, 甚至引發嚴重火災事故等。

電力汙染及電力品質惡化主要表現在以下方麵:電壓波動、浪湧衝擊、諧 波、三相不平衡等。

1.電源 汙染的危害

電源汙染會對用電設備造成嚴重危害,主要有:

幹擾通訊設備、計算機係統等電子設備的正常工作,造成數據丟失或死機。

影響無線電發射係統、雷達係統、核磁共振等設備的工作性能, 造成噪聲幹擾和圖像紊亂。

引起電氣自動裝置誤動作,甚至發生嚴重事故。

使電氣設備過熱,振動和噪聲加大,加速絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發生故障或燒毀。

造成燈光亮度的波動(閃變),影響工作效益。

導致供電係統功率損耗增加。

危害種類

電壓波動及閃變

電壓波動是指多個正弦波的峰值,在一段時間內超過(低於)標準電壓值,大約從半周波到幾百個周波,即從10MS到2.5秒, 包括過壓波動和欠壓波動。普通避雷器和過電壓保護器,完全不能消除過壓波動,因為它們是用來消除瞬態脈衝的。普通避雷器在限壓動作時有相當大的電阻值,考慮到其額定熱容量(焦爾),這些裝置很容易被燒毀,而無法提供以後的保護功能。這種情況往往很容易忽視掉,這是導致計算機、控製係統和敏感設備故障或停機的主要原因。

另一個相反的情況是欠壓波動,它是指多個正弦波的峰值,在一段時間內低於標準電壓值,或如通常所說:晃動或降落。長時間的低電壓情況可能是由供電公司造成或由於用戶過負載造成,這種情況可能是事故現象或計劃安排。更為嚴重的是失壓,它大多是由於配電網內重負載的分合造成,例如大型電動機、中央空調係統、電弧爐等的啟停以及開關電弧、保險絲燒斷、斷路器跳閘等,這些都是通常導致電壓畸變的原因。

大型用電設備的頻繁啟動導致電壓的周期性波動,如電焊機、衝壓機、吊機、電梯等,這些設備需要短時衝擊功率,主要是無功功率。電壓波動導致設備功率不穩,產品質量下降;燈光的閃變引致眼睛疲勞,降低工作效率。

浪湧衝擊

浪湧衝擊是指係統發生短時過(低)電壓,即時間不超過1毫秒的電壓瞬時脈衝,這種脈衝可以是正極性或負極性,可以具有連串或振蕩性質。它們通常也被叫作:尖峰、缺口、幹擾、毛刺或突變。

電網中的浪湧衝擊既可由電網內部大型設備(電機、電容器等)的投切或大型晶閘管的開斷引起,也可由外部雷電波的侵入造成。浪湧衝擊容易引起電子設備部件損壞,引起電氣設備絕緣擊穿;同時也容易導致計算機等設備數據出錯或死機。

諧波

線性負載,例如純電阻負載,其工作電流的波形與輸入電壓的正弦波形完全相同,非線性負載,例如斬波直流負載,其工作電流是非正弦波形。傳統的線性負載的電流/電壓隻含有基波(50Hz),沒有或隻有極小的諧波成分,而非線性負載會在電力係統中產生可觀的諧波。

諧波與電力係統中基波疊加,造成波形的畸變,畸變的程度取決於諧波電流的頻率和幅值。非線性負載產生陡峭的脈衝型電流,而不是平滑的正弦波電流,這種脈衝中的諧波電流引起電網電壓畸變,形成諧波分量,進而導致與電網相聯的其它負載產生更多的諧波電流。

計算機是此類非線性負載之一,象絕大多數辦公室電子設備一樣,計算機裝有一個二極管/電容型的供電電源,這類供電電源僅在交流正弦波電壓的峰值處產生電流,因此產生大量的三次諧波電流(150Hz)。其它產生諧波電流的設備主要有:電動機變頻調速器,固態加熱器,和其他一些產生非正弦波變化電流的設備。

熒光燈照明係統也是一個重要的諧波源,在普通的電磁整流器燈光電路中,三次諧波的典型值約為基波(50Hz)值的13%-20%。而在電子整流器燈光電路中,諧波分量甚至高達80%。

非線性負載所產生的諧波電流會影響電力係統的多個工作環節,包括變壓器,中性線,還有電動機,發電機和電容器等。諧波電流會導致變壓器,電動機和備用發電機的運行溫度(K參數)嚴重升高。中性線上的過電流(由諧波和不平衡引起)不僅會使導線溫度升高,造成絕緣損壞,而且會在三相變壓器線圈中產生環流,導致變壓器過熱。無功補償電容器會因電網電壓諧波畸變而產生過熱,諧波將導致嚴重過流;

另外,電容器還會與電力係統中的電感性元件形成諧振電路,這將導致電容器兩端的電壓明顯升高,引致嚴重故障。照明裝置的啟輝電容器對於由高頻電流引起的過熱也是十分敏感的,啟輝電容器的頻繁損壞顯示了電網中存在諧波的影響。諧波還會引起配電線路的傳輸效率下降,損耗增大,並幹擾電力載波通訊係統的工作,如電能管理係統(EMS)和時鍾係統。而且,諧波還會使電力測量表計,有功需量表和電度表的計量誤差增大。

三相不平衡

三相不平衡會在中性線上產生過電流(由諧波和不平衡引起)不僅會使導線溫度升高,甚至引發嚴重火災事故等。

電網中三相間的不平衡電流是普遍存在的,在城市民用電網及農用電網中由於大量單相負荷的存在,三相間的電流不平衡現象尤為嚴重。對於三相不平衡電流,除了盡量合理地分配負荷之外幾乎沒有什麽行之有效的解決辦法。正因為找不到解決問題的有效辦法,因此反而不被人們所重視,也很少有人進行研究。

電網中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損,增加變壓器的鐵損,降低變壓器的出力甚至會影響變壓器的安全運行,會造成三相電壓不平衡因而降低供電質量

,甚至會影響電能表的精度而造成計量損失。

理論研究證明:在輸出同樣功率的情況下,三相電流平衡時變壓器及線路的銅損最小,也就是說:三相不平衡現象增加了變壓器及線路的銅損。

不平衡電流對係統銅損的影響

設某係統的三相線路及變壓器繞組的總電阻為R。如果三相電流平衡,IA=100A,IB=100A,IC=100A,則總銅損=1002R+1002R+1002R=30000R。

如果三相電流不平衡,IA=50A,IB=100A,IC=150A,則總銅損=502R+1002R+1502R=35000R,比平衡狀態的銅損增加了17%。

在更為嚴重的狀態下,如果IA=0A,IB=150A,IC=150A,則總銅損=1502R+1502R=45000R,比平衡狀態的銅損增加了50%。

在最嚴重的狀態下,如果IA=0A,IB=0A,IC=300A,則總銅損=3002R=90000R,比平衡狀態的銅損增加了3倍。

不平衡電流對變壓器的影響

現有的10/0.4KV的低壓配電變壓器多為Yyn0接法三相三柱鐵心的變壓器。這種類型的變壓器,當二次側負荷不平衡且有零線電流時,零線電流即為零序電流,而在

一次側由於無中點引出線因此零序電流無法流通,故零序電流不能安匝平衡,對鐵心而言,有一個激磁零序電流,它受零序激磁阻抗控製,根據磁路的設計,這一零序

激磁阻抗較大,零序電流使相電壓的對稱受到影響,中性點會偏移。由計算得知,當零線電流為額定電流的25%時,中性點移位約為額定電壓的7%。國家標準GB50052-

95第6.08條規定: “當選用Yyn0結線組別的三相變壓器,其由單相不平衡負荷引起的電流不得超過低壓繞組額定電流的25%,且其中一相的電流在滿載時不得超過額定電

流值。”由於上述規定,限製了Yyn0結線配電變壓器接用單相負荷的容量,也影響了變壓器設備能力的充分利用。

並且,對三相三柱的磁路而言,零序磁通不能在磁路內成回路,必須在油箱壁及緊固件內形成回路,而油箱壁及緊固件內的磁通會產生較大的渦流損耗,因而使變

壓器的鐵損增加。當零序電流過大導致零序磁通過大時,由於中性點漂移過大會引起某些相電壓過高而導致鐵心磁飽和,使鐵損急劇增加,加上緊固件過熱等因素,可

能會發生任何一相電流均未過載而變壓器卻因局部過熱而損壞的事故。

由於Yyn0結線組的配電變壓器與的零序激磁阻抗較大,因此零線電流會造成較大的電壓變化,形成比較嚴重的三相電壓不平衡現象,不但影響單相用戶,對三相用

戶的影響更大 。

三相負荷不平衡的危害

對配電變壓器的影響

(1)三相負荷不平衡將增加變壓器的損耗:

變壓器的損耗包括空載損耗和負荷損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變,即空載損耗是一個恒量。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化,且與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡運行時,變壓器的負荷損耗可看成三隻單相變壓器的負荷損耗之和。

從數學定理中AG8亚游知道:假設a、b、c 3個數都大於或等於零,那麽a+b+c≥33√abc 。

當a=b=c時,代數和a+b+c取得最小值:a+b+c=33√abc 。

因此AG8亚游可以假設變壓器的三相損耗分別為:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分別為變壓器二次負荷相電流,R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達式如下:

Qa+Qb+Qc≥33√〔(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)〕

由此可知,變壓器的在負荷不變的情況下,當Ia=Ib=Ic時,即三相負荷達到平衡時,變壓器的損耗最小。

則變壓器損耗:

當變壓器三相平衡運行時,即Ia=Ib=Ic=I時,Qa+Qb+Qc=3I2R;

當變壓器運行在最大不平衡時,即Ia=3I,Ib=Ic=0時,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);

即最大不平衡時的變損是平衡時的3倍。

(2)三相負荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴重後果:

上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍),超載過多,可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,引起油質劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能,減少變壓器壽命(溫度每升高8℃,使用年限將減少一半),甚至燒毀繞組。

(3)三相負荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,局部金屬件溫升增高:

在三相負荷不平衡運行下的變壓器,必然會產生零序電流,而變壓器內部零序電流的存在,會在鐵芯中產生零序磁通,這些零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件,則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱,致使變壓器局部金屬件溫度異常升高,嚴重時將導致變壓器運行事故。

3.2 對高壓線路的影響

(1)增加高壓線路損耗:

低壓側三相負荷平衡時,6~10k V高壓側也平衡,設高壓線路每相的電流為I,其功率損耗為: ΔP1 = 3I2R

低壓電網三相負荷不平衡將反映到高壓側,在最大不平衡時,高壓對應相為1.5I,另外兩相都為0.75 I,功率損耗為:

ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R);

即高壓線路上電能損耗增加12.5%。

(2)增加高壓線路跳閘次數、降低開關設備使用壽命:

AG8亚游知道高壓線路過流故障占相當比例,其原因是電流過大。低壓電網三相負荷不平衡可能引起高壓某相電流過大,從而引起高壓線路過流跳閘停電,引發大麵積停電事故,同時變電站的開關設備頻繁跳閘將降低使用壽命。

3.3 對配電屏和低壓線路的影響

(1)三相負荷不平衡將增加線路損耗:

三相四線製供電線路,把負荷平均分配到三相上,設每相的電流為I,中性線電流為零,其功率損耗為: ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡時,即某相為3I,另外兩相為零,中性線電流也為3I,功率損耗為:

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);

即最大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍,換句話說,若最大不平衡時每月損失1200 kWh,則平衡時隻損失200 kWh,由此可知調整三相負荷的降損潛力。

(2)三相負荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重後果:

上述不平衡時重負荷相電流過大(增為3倍),超載過多。由於發熱量Q=0.24I2Rt,電流增為3倍,則發熱量增為9倍,可能造成該相導線溫度直線上升,以致燒斷。且由於中性線導線截麵一般應是相線截麵的50%,但在選擇時,有的往往偏小,加上接頭質量不好,使導線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。

同理在配電屏上,造成開關重負荷相燒壞、接觸器重負荷相燒壞,因而整機損壞等嚴重後果。

3.4 對供電企業的影響

供電企業直管到戶,低壓電網損耗大,將降低供電企業的經濟效益,甚至造成供電企業虧損經營。農電工承包台區線損,線損高農電工獎金被扣發,甚至連工資也得不到,必然影響農電工情緒,輕則工作消極,重則為了得到錢違法犯罪。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,一方麵增大供電企業的供電成本,另一方麵停電檢修、購貨更換造成長時間停電,少供電量,既降低供電企業的經濟效益,又影響供電企業的聲譽。

3.5 對用戶的影響

三相負荷不平衡,一相或兩相畸重,必將增大線路中的電壓降,降低電能質量,影響用戶的電器使用。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞,影響用戶供電,輕則帶來不便,重則造成較大的經濟損失,如停電造成養殖的動植物死亡,或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。

汙染治理

對於現有供電網絡或待建電網中的電力汙染情況,要進行仔細分析,通常解決的方法有兩個:一是局部重組電網結構,分離或隔離產生電力汙染的設備;二是使用電源淨化濾波設備進行治理,通常電壓諧波是由電流諧波產生的,有效地抑製電流諧波就會使電壓畸變達到要求的範圍。國內外很多單位已開始重視電源汙染的治理, 投資安裝電源淨化濾波裝置, 取得了提高電源品質和節能的雙重效果。

諧波抑製

為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波汙染問題,基本思路有兩條:一條是裝設諧波補償裝置來補償諧波,這對各種諧波源都是適用的;另一條是對電力電子裝置本身進行改造,使期不產生諧波,且功率因數可控製為1,這當然隻適用於作為主要諧波源的電力電子裝置。

諧波抑製主要有以下幾種方法:

1)串聯電抗器

2)有源濾波補償

3)無源濾波補償

4)增加整流設備的相數

5)安裝各種突波吸收保護裝置,如避雷器等

裝設諧波補償裝置的傳統方法就是采用LC調諧濾波器。這種方法既可補償諧波,又可補償無功功率,而且結構簡單,一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點是補償特性受電網阻抗和運行狀態影響,易和係統發生並聯諧振,導致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它隻能補償固定頻率的諧波,補償效果也不甚理想。

21世紀初期,無源濾波補償是實際應用最多、效果較好、價格較低的解決方案,它包括三種基本形式:串聯濾波、並聯濾波和低通濾波(串並混合)。其中串聯濾波主要適用於三次諧波的治理;低通濾波主要適用於高次諧波的治理;並聯濾波是一種綜合裝置,它可濾除多次諧波,同時提供係統的無功功率,是應用最廣泛的電源淨化濾波裝置。

隨著電力電子技術的發展,有源濾波補償技術日益成熟,並得到了廣泛應用。較傳統的無源濾波補償係統,它具有功能多,適應性好及響應速度快等優點,隨著價格的不斷下降,應用將日益普遍。有源濾波補償係統在很多重要場所應用效果非常好。

無功補償

人們對有功功率的理解非常容易,而要深刻認識無功功率卻並不是輕而易舉的。在正弦電路中,無功功率的概念是清楚的,而在含有諧波時,至今尚無獲得公認的無功功率定義。但是,對無功功率這一概念的重要性,對無功補償重要性的認識,卻是一致的。無功補償應包含對基波無功功率補償和對諧波無功功率的補償。

無功功率對供電係統和負荷的運行都是十分重要的。電力係統網絡元件的阻抗主要是電感性的。因此,粗略地說,為了輸送有功功率,就要求送電端和受電端的電壓有一相位差,這在相當寬的範圍內可以實現;而為了輸送無功功率,則要求兩端電壓有一幅值差,這隻能在很窄的範圍內實現。不僅大多數網絡元件消耗無功功率,大多數負載也需要消耗無功功率。網絡元件和負載所需要的無功功率必須從網絡中某個地方獲得。顯然,這些無功功率如果都要由發電機提供並經過長距離傳送是不合理的,通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率,這就是無功補償。

無功補償的作用主要有以下幾點:

(1) 提高供用電係統及負載的功率因數,降低設備容量,減少功率損耗。

(2) 穩定受電端及電網的電壓,提高供電質量。在長距離輸電線中合適的地點設置動態無功補償裝置還可以改善輸電係統的穩定性,提高輸電能力。

(3) 在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合,通過適當的無功襝可以平衡三相的有功及無功負載。

諧波治理

簡介

電能質量的好壞,直接影響到工業產品的質量,評價電能質量有三方麵標準。首先是電壓方麵,它包含電壓的波動、電壓的偏移、電壓的閃變等;其次是頻率波動;最後是電壓的波形質量,即三相電壓波形的對稱性和正弦波的畸變率,也就是諧波所占的比重。我國對電能質量的三方麵都有明確的標準和規範。

隨著科學技術的發展,隨著工業生產水平和人民生活水平的提高,非線性用電設備在電網中大量投運,造成了電網的諧波分量占的比重越來越大。它不僅增加了電網的供電損耗,而且幹擾電網的保護裝置與自動化裝置的正常運行,造成了這些裝置的誤動與拒動,直接威脅電網的安全運行。舉個常見的例子來說,電子節能燈在使用量所占比重較小的電網中運行,的確比常用的白熾燈好,不僅亮度高又省電,而且使用壽命也長。但是相反,在大量投運節能燈後,就會發現節能燈的損壞率大大提高。這是由於節能燈是非線性負荷,它產生較大的諧波汙染了這一片電網,造成三相負荷基本平衡情況下,中心線電流居高不下,線電壓與相電壓之比比1要小得多,造成了該片電網供電質量下降,用電設備發熱增加,電網線損增加,使得該區的配變發熱嚴重,嚴重影響其使用壽命。因此AG8亚游對非線性用電設備產生的諧波必須進行治理,使諧波分量不超過國家標準。

諧波成因

電網諧波來自於3個方麵:

1.發電源質量不高產生諧波:發電機由於三相繞組在製作上很難做到絕對對稱,鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因,發電源多少也會產生一些諧波,但一般來說很少。

2.是輸配電係統產生諧波:輸配電係統中主要是電力變壓器產生諧波,由於變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設計變壓器時考慮經濟性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點偏離線性越遠,諧波電流也就越大,其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

3.是用電設備產生的諧波:晶閘管整流設備。由於晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方麵得到了越來越廣泛的應用,給電網造成了大量的諧波。AG8亚游知道,晶閘管整流裝置采用移相控製,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負載時則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達基波的 30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈衝整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明:由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。 [1]

諧波來源

電力係統中的諧波來自電氣設備,也就是說來自發電設備和用電設備。由於發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波,因此發電機發出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。目前我國應用的發電機有兩大類:隱極機和凸極機。隱極機多用於汽輪發電機,凸極機多用於水輪發電機。

對於諧波分量而言,隱極機優於凸極機,但隨著科技進步,可控矽、IGBT等電子勵磁裝置的投入,使發電機的諧波分量有所上升。當發電機的端電壓高於額定電壓的10%以上時,由於電機的磁飽和,會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過額定電壓10%以上時,也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由於電網電壓偏移在±7%以下,所以發電、變電設備產生的諧波分量都比較小,比國家的考核標準低的多,因此發電、變電設備不是影響電網電壓波形方麵質量的主要矛盾。

為此,影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備,也就是說非線性用電設備是主要的諧波源,非線性用電設備主要有以下四大類:

· 電弧加熱設備:如電弧爐、電焊機等。

· 交流整流的直流用電設備:如電力機車、電解、電鍍等。

· 交流整流再逆變用電設備:如變頻調速、變頻空調等。

· 開關電源設備:如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

這些用電設備都是非線性用電設備,但它們產生的諧波各不相同,具體舉例分析如下:

電弧加熱設備是由於電弧在70伏以上才會起弧,才會有弧電流,並且滅弧電壓略低於起弧電壓,造成弧電流與弧電壓的非線性。

此外,弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由於弧電流是非正弦波,造成電弧加熱設備對電網的諧波汙染比較大,而且多為18次以下的低次諧波汙染。其實電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用。由於當時電弧加熱設備量少,電焊機應用的同時率就更小了,對整個電網的影響比較小,但發現在燒電焊時,局部低壓電網的電壓和電流變化很大,有較大的諧波影響。


整流器輸出畸變波形(2張)

交流整流直流用電設備的諧波產生的原因是由於整流設備有一個閥電壓,在小於閥電壓時,電流為零。這類用電設備為了提供平穩的直流電源,在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感),從而使閥電壓提高,加激了諧波的產生量。為了控製直流用電設備的電壓和電流,在整流設備中應用了可控矽,這使得該類設備的諧波汙染更嚴重,而且諧波的次數比較低。

交流整流再逆變用電設備,在交流變直流過程中產生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣,它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流,這類設備產生的諧波分量不僅有低次諧波,也有高次諧波。

雖然這類設備單台容量比上述兩類設備容量要小,但它的分布麵廣,數量多,是推廣使用的技術手段,因此它的諧波汙染應引起足夠關注。

開關電源設備應用很廣,它的工作原理是先把交流整流成直流,通過開關管控製變壓器初級電流的開通和關閉,從而在變壓器二次側感應出電流,供給用電設備。此外,開關電源的頻率比較高一般在40kHz左右,不僅在整流時產生諧波,而且在開關管開閉時,反射40kHz左右的波至電源。這類用電設備同樣是單台容量不大,但它是應用麵最廣、量最大的非線性用電設備,它還有一定量的三次諧波,造成配變的中心線電流居高不下,而且三次諧波還會通過配變汙染到10kV電網。

現狀淺析

通過對市場的常用用電器的諧波狀況的測試,AG8亚游了解到目前我國內工業企業的諧波汙染十分嚴重,尤其是早些年為了節能,引入的變頻電源和直流用電器的投入,其5次、7次、11次諧波電流的含量分別占基波的20%、11%、6%,這對於小功率的用戶而言,還不怎樣,但對於大功率的用戶來說,危害就很大了,對於中頻爐用戶,它用常規的無功補償就無法進行,有的用戶用常規的電容器無功補償,無法投入電容器,有的即便投入了,也對5次諧波電流放大了1.8~3.8倍以上,使得電動機、變壓器等用電器的銅損、鐵損大大地增加,縮短了設備的使用壽命,多交了電費。

諧波治理

諧波的治理主要采用無源濾波裝置和有源濾波器。

1、無源濾波裝置主要采用LC回路,並聯於係統中,LC回路的設定,隻能針對於某一次諧波,即針對於某一個頻率為低阻抗,使得該頻率流經為其設定的LC回路,達到消除(濾除)某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時,在基波對係統進行無功補償。這種濾波裝置簡單,成本低,但不能濾除幹淨。其主要元件為投切開關、電容器、電抗器以及保護和控製回路。

2、有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產生一個大小相等,但方向相反的諧波電流,用以抵銷網絡中的諧波電流,這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件,成本高,在其額定功率範圍內,原則上能全部濾除幹淨。


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