關(guān)于現(xiàn)代交通建筑中引發(fā)電能質(zhì)量問題的思考

論壇會演講內(nèi)容關(guān)于現(xiàn)代交通建筑中引發(fā)的電能質(zhì)量問題的思考邵民杰1主要內(nèi)容1．概述2．諧波產(chǎn)生的危害及治理3.

電壓驟降產(chǎn)生的危害及治理2?

1．概述?

近年來，隨著城市化發(fā)展進程的不斷加快，城市建筑包括交通建筑的建設(shè)也進入持續(xù)發(fā)展時期，交通建筑包括機場、鐵路、港口、汽車、城市軌道交通、磁浮車站等建筑，交通建筑的主要特點就是旅客、貨郵吞吐量大，建筑物使用功能性強，電能負荷需求大，對電能的質(zhì)量有較高的要求，特別是大型機場、鐵路等現(xiàn)代交通建筑業(yè)3?

電能是現(xiàn)代社會中使用最廣泛的能源，電能質(zhì)量關(guān)系到各行各業(yè)及人們工作生活的正常用電，關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展的總體效益?

目前電能質(zhì)量越來越受到現(xiàn)代新技術(shù)行業(yè)的重視，而現(xiàn)代交通建筑中的如：機場、高速鐵路、地鐵、磁浮等所涉及到的技術(shù)就越來越重視電能質(zhì)量，良好的電能質(zhì)量是保證電力設(shè)施和用電設(shè)備安全、可靠、高效運行的基礎(chǔ)。42．諧波產(chǎn)生的危害及治理?

現(xiàn)代交通建筑業(yè)中產(chǎn)生諧波的設(shè)備越來越多，電氣化鐵道會向公共電網(wǎng)注入大量的諧波，大量使用的變頻器、不間斷電源、EPS裝置、開關(guān)電源、變頻電源、計算機、照明調(diào)光設(shè)備、電子整流器、節(jié)能燈、電梯驅(qū)動器、變壓器、鐵芯電抗器、可控硅控制裝置等也成為主要的諧波源。?

所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率（50Hz）的整數(shù)倍。在電網(wǎng)中如有大量非線性電氣設(shè)備運行著，其電壓、電流波形已不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，而是有不同程度畸變的非正弦波5通常諧波電壓和諧波電流含量分別由下式表示：UI=U2hHh=

2=I2hHh=

2此外表征電壓、電流波形畸變程度的總諧波畸變率，是用周期性電氣量中的諧波含量與其基波分量有效值之比，用百分數(shù)表示。電壓、電流總諧波畸變率分別表示為：THDU=

UH

/

U1THDI=

IH

/

I

16?

諧波的存在是對電網(wǎng)環(huán)境的污染，其對電力系統(tǒng)和用電設(shè)備及周邊的通信系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：?

增加電力設(shè)施負荷，降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低用電設(shè)備的使用效率，增加電能損失。?

影響電氣設(shè)備的正常運行。?

諧波使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，影響電能質(zhì)量，使電網(wǎng)中的設(shè)備遭受損害。?

引起電網(wǎng)諧振。?

3的倍數(shù)次諧波電流會導(dǎo)致配電線路中的N線過載，使線纜過熱，破壞絕緣。?

諧波會改變繼電保護性能，導(dǎo)致繼電保護，特別是微機綜合保護器誤動作，造成供電故障。?

諧波會干擾正常的通信系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，引起信號的丟失等7?由于現(xiàn)代交通建筑中各種非線性設(shè)備的大量采用，產(chǎn)生了較多的諧波，因此如何把諧波分量降低到限定的范圍內(nèi)是保證電能質(zhì)量穩(wěn)定的一項重要任務(wù)。?以往設(shè)計建造的一些交通建筑中，曾發(fā)生過由于不注意諧波的存在及其危害從而導(dǎo)致工程在正常運行中出現(xiàn)過保護開關(guān)誤動作，線纜發(fā)熱絕緣受損，控制器控制程序失靈，計算機設(shè)備不能正常工作等情況。?國內(nèi)也曾發(fā)生過某機場由于大量的諧波干擾，而導(dǎo)致供電系統(tǒng)較大面積故障的極端事件，給用戶造成了不小的損失。8?

常用的減少諧波的基本技術(shù)措施主要包括：–

將非線性負荷單獨或成組放置在配電系統(tǒng)的上游，以遠離敏感負荷；–

建立隔離電源，通過隔離變壓器為非線性負荷供電；–

采用Dyd結(jié)線的三圈變壓器，阻止5次和7次諧波向上游電網(wǎng)擴散；–

加裝電抗器來抑制諧波，減小其對電網(wǎng)的影響；–

選擇合適的接地方式如TN-S系統(tǒng)等。?

除了我們常用的基本技術(shù)措施外，還可采用專門的措施用于抑制諧波的危害主要方式可有兩種：?

一是對可能產(chǎn)生的諧波源設(shè)備進行限制或進行改進，使改進后的設(shè)備產(chǎn)生的諧波限定在規(guī)定的范圍內(nèi)，?

另一種是裝設(shè)諧波補償裝置來對出現(xiàn)的諧波進行有效補償9?其主要方法常有：?裝設(shè)無源濾波器?傳統(tǒng)的抑制高次諧波的方法，是采用LC無源濾波器。其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，投入及運行成本較低，在較寬的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)為低阻抗，可抑制多個頻率的諧波，在吸收高次諧波的同時又可進行無功功率補償，能夠改善負載的功率因數(shù)。?裝設(shè)有源濾波器?有源濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，它的應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點。10?通常其具有以下特點：?A．實現(xiàn)動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有快速的響應(yīng)；?B．可同時對諧波和無功功率進行補償；且補償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；?C．即使補償對象電流過大，有源濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補償作用；?D．受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；?E．能跟蹤電網(wǎng)頻率變化，補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響；?F．即可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源進行集中補償。11?

3

電壓驟降產(chǎn)生的危害及治理?

所謂電壓驟降也稱電壓暫降(voltage

sag

or

voltage

dip)

是指供電電壓有效值的突然快速下降或幾乎完全損失，然后又回升至正常值附近?

電壓驟降一般采用保留電壓和持續(xù)時間來說明?

國際電工委員會（IEC）將其定義為供電電壓有效值快速下降到其額定值的90％～1％，而后又快速恢復(fù)到額定值的90％以上?

持續(xù)時間為10ms到數(shù)拾秒不等12電

壓

下

降

低至90%及以下即

視

為

暫

降電壓恢復(fù)達到90%以上即視為暫降結(jié)束三相電壓中最低的降幅即視為暫降的降幅13?

電壓驟降是電能質(zhì)量中出現(xiàn)的常見問題，造成電壓驟降的原因很多?

相對于完全斷電現(xiàn)象，電壓驟降發(fā)生的幾率要遠高于完全斷電情況?

電壓驟降對許多用戶特別是民用建筑用戶的影響很小，有的甚至也覺察不出它的發(fā)生?

一些對電壓驟降非常敏感的用戶及設(shè)施（例如：半導(dǎo)體行業(yè)、數(shù)字電子控制設(shè)備、IT產(chǎn)業(yè)設(shè)備企業(yè)等）一旦發(fā)生電壓驟降，有時所帶來的損失將是巨大的?

據(jù)統(tǒng)計，在歐洲和美國，電力部門與用戶對電壓驟降的關(guān)注程度甚至要比對其它有關(guān)電能質(zhì)量問題的關(guān)注程度強得多14?

敏感電力用戶開始認識到一味地要求電力公司從供電側(cè)提高供電可靠性對解決電壓驟降問題意義并不大?

逐步地轉(zhuǎn)而將焦點放到設(shè)備生產(chǎn)商和用電設(shè)備上?

目前，國外針對電壓驟降問題的解決策略通常為：?

按照電能質(zhì)量的國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，逐步由原來要求從供電側(cè)來解決問題，轉(zhuǎn)變成深入到生產(chǎn)設(shè)備來解決問題?

理論上來說，在任何一級設(shè)備上治理都可以達到改善電能質(zhì)量的目的，但是所花費的硬件費用與時間卻不同15①

電力公司解決②

整個企業(yè)解決③

解決整條生產(chǎn)線④

解決敏感設(shè)備⑤

解決敏感設(shè)備控制部分16?

雖然對于公共、民用建筑而言，對電壓驟降的發(fā)生并不敏感?

我們的電氣設(shè)計中也并未刻意地要求去如何應(yīng)對、防止電壓驟降的現(xiàn)象?

但是對于一些比較重要的，對供電質(zhì)量有較高要求的公共建筑，忽略電壓驟降的存在及造成的影響，確實會給用電設(shè)施及運行管理帶來不同程度的危害17公共交通建筑中所面臨的電壓驟降問題18?

國內(nèi)某國際機場航站樓

：簽于機場的重要性，整個機場航站樓的供電可靠性要求非常高?

從多年來的實際運行情況看，供電的可靠性及保證率是很高的，極少發(fā)生供電完全中斷的情況?

與此高可靠性情況相反，由供電電網(wǎng)上出現(xiàn)的電壓驟降的現(xiàn)象平均每年會發(fā)生10~20次?

而航站樓一旦發(fā)生電壓驟降的現(xiàn)象，對樓內(nèi)設(shè)施影響較大的要數(shù)對電壓驟降非常敏感的電子信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理設(shè)施、行李處理系統(tǒng)以及自動扶梯、自動人行步道等?

電子信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理等設(shè)施的電源前端都配置了UPS裝置，免受了電壓驟降的危害?

行李處理系統(tǒng)的傳運設(shè)備，自動扶梯、自動人行步道等由于供電側(cè)并無任何防電壓驟降的措施，所以易遭受不同程度的影響19電壓驟降的治理對策?

由于不同用電設(shè)備對電壓驟降的容忍度不同，而目前全球電力行業(yè)在運營中尚無法完全避免電壓驟降的發(fā)生?

對于一些對電壓質(zhì)量要求較嚴(yán)格，電壓驟降造成影響大的設(shè)施近年來各先進國家的重要用戶大多從自身考慮進行必要的預(yù)防和治理措施，以提高對電壓驟降的容忍度?

就目前，既然電壓驟降的治理，單從電力供應(yīng)的源頭上去考慮已是無法完全實現(xiàn)或者所花費的成本也不允許這樣做?

有效的方法只能是用戶從自身設(shè)備或局部配電系統(tǒng)去進行末端治理，這樣所花費的代價及帶來的效果要遠優(yōu)于單從電力系統(tǒng)源頭上去進行治理20?對于自動扶梯，自動人行步道，最具成本效益的方法是在選擇這些設(shè)施時注意要求設(shè)備商能盡量減少自動扶梯，自動人行步道因突發(fā)電壓驟降引起跳閘時而出現(xiàn)的強烈顛簸，確保乘客安全?為完全避免這些故障的發(fā)生，可采取措施進行治理。?采用動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR），它的使用可有效保護由于電壓驟降、驟升引起的設(shè)備運行故障，提高效率，減少故障及維護成本。21?

DVR裝置主要是用于修正電壓驟降、相角誤差、三相不平衡和電壓驟升，并提供連續(xù)的電壓調(diào)節(jié)22?

對于有效防止電壓驟降，除了采用上述的DVR裝置外，亦可采用不間斷電源UPS

裝置提供穩(wěn)頻穩(wěn)壓輸出，在市電異常時保持對負載的不間斷穩(wěn)定供電?

兩者在初期投資、運行成本、維護等方面有差異?

采用UPS

方案占地面積較大，維護和運行成本較高?

國際上針對電壓驟降治理的方案已開始較廣泛使用無需蓄電池且具有高性能的帶負荷動態(tài)電壓補償?shù)腄VR裝置23小結(jié)?

電能質(zhì)量及供電可靠性一直是用戶和電氣設(shè)計師所關(guān)注的問題?

因為其直接影響供電系統(tǒng)及設(shè)備的正常運行，特別是對于諸如現(xiàn)代大型交通建筑等對電能質(zhì)量較為敏感的項目。?

而電能質(zhì)量中有關(guān)諧波