电能质量的通常指标标志着我国电能质量的主要指标和国家标准是可用率。目前,我国供电需求远远大于电力供给,全国各地标准不同,但理想的电能质量标准是1,若是0.999886,则一年有1小时不可用。电压偏差,允许在额定电压110%内变动。电力系统根据电压等级的高低,有不同的网络规定:35千伏以上系统±5%,10千伏以下系统±17%,低压照明及非重要用户+5%~-10%。频率偏差,允许在50±0.5赫兹内变动,电力系统的考核标准为50±0.2赫兹。三相不平衡,最高一相的电压不得高于最低一相电压的10%。电压波形为正弦交流波形,不同电压等级的网络电压总波形畸变率(即波形含有谐波分量)限值不同,如380伏系统是5%,10千伏系统对应的电压波形畸变率限值是4%,而110千伏系统波形畸变率不大于2%。另外,暂态的电压闪变,目前各国家及地区还没有统一的规定和标准。
提高电能质量的途径
电能质量超出标准会对发电厂、电网、电力用户产生不同类型的损害或负面影响,如何保证或提高电能质量,是发、供、用电各级部门认真思考的问题。采取何种措施与方法,要科学论证,合理选择,以求最大的安全性和经济性。因为,电压偏差、频率偏差、三相不平衡度与电力系统密切相关;电压闪变、谐波、三相不平衡度与用户的电力负荷特性息息相关;电力系统与电力用户之间又相互影响,所以各方要对电能质量有一个客观的认识。
保证电压稳定的方法通常是改变电源或发电机端电压,调整发电机励磁电流,使发电机端电压偏离额定值不超过土5%,这是最经济的选择;改变电源布局或改变无功补偿装置的安装位置,尽量降低线路无功输送,实现无功就地补偿;改变变压器的变比或调整变压器分接头开关,实现电压调整,其实质也就是改变电力系统的无功分布;改变电力线路的参数,如串联电.容器,增加导线截面,降低线路电压损耗。使用无功补偿装置,如电力电容器及目前市面上的新型电力稳压装置。对超高压线路布设电抗器,吸收系统无功,保证电压稳定。
频率稳定完全是一个有功平衡问题。设置足够的备用设备容量,对于电力系统来说既要设置常规的负荷备用,又要设置重大负荷事故的10%备用容量,不仅要设置检修备用,还要根据国民经济的发展,设置国民经济备用,"经济要发展,电力要先行"说的就是这个道理。备用电源要根据系统需要设置热备用和旋转备用状态。进行频率稳定调整的机组既要有充足的调整额度,又要有与负荷变化速度相适应的调整速度,频率调整必须符合安全和经济的原则。
改革开放以来,电力系统进行了20多年的标准化规范管理工作,我国电力系统电压和频率偏差超过或接近国家限额的情况近乎"绝迹",大系统对频率偏差的考核标准苛刻到了50±0.1赫兹。
电压三相不平衡不仅大大降低电动机的效率,而且谐波"污染"也加剧了电源的三相不平衡。治理的主要途径是科学合理地布置和分配负荷;从技术角度来讲,通常采用自饱和的电抗器,用于改变小范围的阻抗特性,实现电压平衡稳定。
抑制和治理"污染"
用准确的均方根值测量仪器仪表对电路及中性线值的测量,进行谐波调查。加强对用户输电线路电能质量的测量、检查,定期对输配电系统进行检测、对比,特别是中低压系统,找出谐波产生和发展的规律,以确认谐波"污染"的程度和谐波来源,找出"病根",对症"下药",以便"马到成功"。目前我国对谐波检测有成熟的技术与优良的设备,实施过程亦相当简便。
谐波"污染"的抑制和防治措施根据装置工作原理不同又分为由电感线圈、电容器(电阻)组成的无源滤波器和由电力电子设备组成的有源滤波器。无源滤波器是利用电容、电感谐振的原理"吸收"、"阻止"谐波,限制进入公用电网的谐波,从而保证电压畸变率处在较低水平。按接线方式又分为串联滤波和并联滤波以及低通滤波。串联滤波主要滤除3N次谐波(或称零序性质的谐波)。并联接入的滤波器不仅滤除多次谐波,而且对系统具有无功补偿作用。低通滤波器主要用于高次谐波的治理。在电源接入端测量有谐波"污染"时,可首先安装阻波线圈,以拒之"门外",在条件有限的地方也可使用并联电容器的方法将谐波"揽入怀中"。
并联电容器组虽然有提高功率因数和调节波动电压的作用,但在一定参数的条件下,对谐波还有放大作用,必须加以避免。改变与电容器串联的阻流电抗器参数、减少补偿电容器投人数量或增加补偿网络,以及将电容器组的某一支路改成滤波器等方面可消除并联电容器对谐波的放大现象。
有源滤波器实质上是一个大功率的谐波发生器,它通过谐波采样装置将谐波源发出的谐波采集后,再完整地复制出来,然后反相接入谐波源的入网点,起到与谐波大小相等、方向相反、相互抵消的作用,其产生的谐波随"污染"源的变化而变化,其接入方式也分串联有源滤波器和并联有源滤波器,是一种新型的滤波装置,功耗高、效果好、但费用高。
改变负荷分配也可降低谐波对其他支路的影响;增加电网的短路容量、提高电气设备的短路比,也可以炼低谐波对同一电网上其他设备的影响。哪一种方法科学可行,要具体情况具体分析,可以使用一种方法,也可以多种措施并举,以达到满意的效果。
电压闪变是一个暂态过程,实践中主要现象是电压跌落、供电瞬时中断,评判上述现象的指标是根据电压跌落、中断的幅值及其持续时间,世界各地对电压闪变还没有统一的指标和规范。
在负荷对电能质量要求较高的地区,依据不同敏感负荷的生产过程和生产环节进行确定。电子工业、等离子生产设备及计算机芯片等对电压闪变要求较高,但也有差趴。加装静止无功发生装置(SVG)和动态电压调节器(DVR)可以解决电压闪变问题。过去只有国外才有的这类高端设备,我国目前已有生产和应用。
就可用率而言,我国现阶段电力用户的等级不同,可用率也不同,对电力缺口较大的经济发达地区的级别较低的用户来说,可用率还相当低。随着我国电力系统改革的深入,所有用户的用电可用率都将逐年提高,并逐渐接近和赶上欧美发达国家。关心电能质量就是关注电力事业的发展与改革。