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我国电能质量指标计算分析

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  • 发布时间:2014/12/9 15:14:20
  • 作者:银河电气

  电能质量通常是指供应电能的好坏程度,我国电能质量指标主要包括电压偏差、三相不平衡度、瞬时或暂态过电压、波形畸变(谐波)、频率偏差、电压波动与闪变、电压暂降、中断、暂升等。为此,国家技术监督局颁布了涉及电能质量方面的一系列国家标准,即《GB/T 12325-2008 供电电压偏差》、《GB/T 15543-2008 三相电压不平衡度》、《GB/T 14549-1993 公用电网谐波》、《GB/T 15945-1995 电力系统频率允许偏差》、《GB 12326-2008 电压波动和闪变》、《GB/T 18481-2001 暂时过电压和瞬态过电压》和《GBT 30137-2013 电压暂降与短时中断》。下面根据相关国标介绍各项电能质量指标的计算及限定内容。

1 电压偏差


  GB/T 12325-2008对电压偏差的定义为下式:

电压偏差(%)={(实际电压-系统标称电压)/系统标称电压}*100%

  其中电压均指电压的有效值。
  GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》中规定:35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%;20kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%;220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%~﹣10%;对于供电点短路容量小、供电距离较长以及对供电电压偏差有特殊要求的用户,由供、用电双方协议确定。

2三相不平衡度


  GB/T 15543-2008中定义三相电压不平衡度是指三相电力系统中三相不平衡的程度,用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示。
  在有零序分量的三相系统中,电压、电流的负序不平衡度和零序不平衡度分别用εU2、εU0和εI2、εI0表示。

εU2=(U2/U1)*100%
εU0=(U0/U1)*100%
εI2=(I2/I1)*100%
εI0=(I0/I1)*100%

  式中:U1——三相电压的正序分量方均根值;U2——三相电压的负序分量方均根值;
  U0——三相电压的零序分量方均根值;I1—— 三相电流的正序分量方均根值;
  I2——三相电流的负序分量方均根值;I0——三相电流的零序分量方均根值。
  在没有零序分量的三相系统中,当已知三向量a、b、c时也可以用下式求负序不平衡度:

ε=√{[1-√(3-6*L)]/[1+√(3-6*L)]}*100%

  式中L=(a4+b4+c4)/(a2+b2+c22
  GB/T 15543-2008《电能质量 三相电压不平衡》中规定:电力系统公共连接点电压不平衡度限值为:电网正常运行时,负序电压不平衡度不超过2%,短时不得超过4%;低压系统零序电压限值暂不做规定,但各相电压必须满足GB/T 12325的要求。接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%,短时不超过2.6%。

3 公用电网谐波


  GB/T 14549-93中谐波含有率的定义是周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示),第h次谐波电压含有率以HRUh表示,第h次谐波电流含有率以HRIh表示,第h次谐波电压含有率与第h次谐波电流含有率分别为:

HRUh=(Uh/U1)*100%
HRIh=(Ih/I1)*100%

  式中:Uh——第h次谐波电压(方均根值);U1——基波电压(方均根值);
  Ih——第h次谐波电流(方均根值);I1——基波电流(方均根值)。
  GB/T 14549-93中总谐波畸变率的定义是周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示),电压总谐波畸变率以THDU表示,电流总谐波畸变率以THDI表示。电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率分别为:

THDU={[√∑(h=2~∞)Uh2]/U1}*100%
THDI={[√∑(h=2~∞)Ih2]/I1}*100%

  GB/T 14549--93《电能质量-公用电网谐波》中规定:6~220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是——0.38kV为5.0%,6~10kV为4.0%,35~66kV为3.0%,110kV为2.0%;用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内,所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是——0.38kV为2.6% , 6~10kV为2.2%,35~66kV为1.9%,110kV为1.5%。对220kV电网及其供电的电力用户参照本标准110kV执行。

4 频率偏差


  GB/T 15945-2008频率偏差的定义是系统频率的实际值和标称值(50Hz)之差,常以频率实际值与标称值之差或其差值Δf与标称值之比的百分数Δf%表示:

Δf%=[(f-fe)/fe]100%

  式中:f——频率实际值,单位 Hz;
  fe——供电网频率标幺值,单位Hz。
  我国电力系统的标称频率为50Hz,GB/T15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》中规定:电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz,当系统容量较小时,偏差限值可以放宽到±0.5Hz,标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差:电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ;电网容量在300万千瓦以下者,为±0.5HZ。实际运行中,从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。

5 电压波动和闪变


  电力系统的电压波动和闪变主要是由具有冲击性功率的负荷引起的。非线性、不平衡冲击性负荷在生产过程中有功和无功功率随机或周期性的大幅度变动,当其波动电流流过供电线路阻抗时产生变动的压降,导致同一电网上其它用户电压以相同的频率波动。这种电压方均根值(有效值)一系列的变动或连续的改变,称为电压波动(参见《GB 12326-2008 电压波动和闪变》 3.3节)。
  电压波动通常会引起许多电工设备不能正常工作,如影响电视画面质量、使电动机转速脉动、使电子仪器工作失常、使白炽灯光发生闪烁等等。由于一般用电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯,为此,选择人对白炽灯照度不稳定造成的视感,即“闪变”(参见《GB 12326-2008 电压波动和闪变》 3.7节),作为衡量电压波动危害程度的评价指标。
  电压波动(d)为一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。电压波动值为电压均方根值的两个相邻的极值之差、常以其系统标称电压UN的百分数表示其相对百分值,电压波动表达式d为:

d=(ΔU/UN)*100%

  式中:ΔU——电压方均根值曲线上相邻两个极值电压之差;UN——系统标称电压。
  按国标要求每10分钟保存一个电压波动记录,取10分钟内电压波动的最大值连同该10分钟时间段结束的时刻构成一条完整的电压波动记录。
  电压闪变的衡量指标主要是短时闪变严重度Pst和长时闪变严重度Plt,分别定义为:

Pst=√[(0.0314*P0.1)+(0.0525*P1)+(0.0657*P3)+(0.28*P10)+(0.08*P50)]

  式中P0.1,P1,P3,P10,P50分别为瞬时闪变视感度S(t)超过0.1%,1%,3%,10%,50%时间比的Pk值;
  S(t):瞬时闪变视感度,闪变强弱的瞬时值随时间变化的一系列值;
  Pk:某一瞬时视感度S(t)值在整个检测时间段内所占比。

  Plt=3√[(1/N)*∑(k=1~N)Pstk3]

  式中:pstk为第k次所测量的Pst值;N为2小时每隔10分钟所测的Pst值的个数。
  GB/T 12326-2008《电能质量 电压波动和闪变》规定任何一个波动负荷用户在电力系统公共连接点产生的电压波动d限值:r为电压变动频度,1KV~35KV时,4(r≤1)、3(1<r≤10)、2(10<r≤100)、1.25(100<r≤1000);35KV~220KV时,3(r≤1)、2.5(1<r≤10)、1.5(10<r≤100)、1(100<r≤1000)。电力系统公共连接点,在系统正常运行的较小方式下,以一周(168h)为测量周期,所有长时间闪变值Plt满足:≤110kV,Plt=1;>110kV,Plt=0.8。

6 暂时过电压和瞬态过电压


  动态电能质量包括暂态过电压、瞬态过电压、电压骤降以及电压短时中断问题。
  1、 暂时过电压是指在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的(以工频或其一定的倍数、分数)振荡的过电压。GB/T 18481-2001 暂时过电压和瞬态过电压 5.3规定暂时过电压限值如下:
  a、对于Um>252KV的高压系统,线路断路器的变电所侧不宜超过1.3p.u,线路短路器的线路侧不宜超过1.4p.u;
  b、对于1KV<Um≤252KV中的110KV及220KV系统,工频过电压不超过1.3p.u;
  c、3KV~10KV和35KV~66KV系统分别不超过1.1√3p.u和√3p.u。
  2、瞬态过电压是指持续时间数毫秒或更短,通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。它可以叠加于暂时过电压上。GB/T 18481-2001 暂时过电压和瞬态过电压 5.4对瞬态过电压及其要求进行了详细的介绍。

7 电压暂降和短时中断


  1、电压暂降是指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1~0.9倍额定电压,并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象。
  2、电压短时中断是指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1倍额定电压以下,并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象。
  GB/T 30137-2013 电能质量 电压暂降与短时中断4.2节推荐了SARFI指标来描述特定周期内某一系统或某单一测量电压暂降事件(短时中断)的发生频度,本标准对各类事件发生采取了不同的描述,可参见标准对应章节的介绍。