電能質(zhì)量對工廠電氣設(shè)備運行性能的影響

電能質(zhì)量對工廠電氣設(shè)備運行性能的影響摘要本文敘述了電網(wǎng)中影響電能質(zhì)量的過電壓、欠電壓、電壓不平衡度、電壓波動和閃變、電壓諧波等幾個主要因素，分析了這些因素對電氣設(shè)備運行性能的影響，指出節(jié)約電能不僅是采用一兩件節(jié)能產(chǎn)品和設(shè)備，也要從關(guān)心電網(wǎng)電能質(zhì)量入手。要從根本上提高電能質(zhì)量減少消耗和浪費，保障用電的安全性，不僅是供電者的責(zé)任也是電力用戶的責(zé)任。前言當(dāng)前我國的國民經(jīng)濟正處于高速發(fā)展時期，工業(yè)生產(chǎn)對電力的需求也處于快速增長的階段。國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)用電量的平均增長速率已超過了國民經(jīng)濟的增長，也超過了電力發(fā)展建設(shè)的速度。電網(wǎng)供電能力難以滿足用電需求，供求矛盾突出;供電能力的不足已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”供電的相對缺額，使得有些地區(qū)電網(wǎng)在電力供應(yīng)過程中電壓波動大、供電質(zhì)量難以穩(wěn)定。在用戶側(cè)各工業(yè)企業(yè)各自為政形成“散戶”現(xiàn)象，使得電力管理的難度加大:01、各種大容量用電設(shè)備隨意地的“投入”"切除"，這對本就蒲弱的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)形成負荷沖擊造成電網(wǎng)電壓的波動使供電質(zhì)量難以穩(wěn)定。02、用戶不確定負荷的使用(如:單相負荷的大量使用或是帶有整流器的負載等)以及電網(wǎng)可能出現(xiàn)的斷相故障，造成供電電源的不平衡度加大。上述都是造成供電質(zhì)量難以穩(wěn)定和難以控制的因素。反過來供電質(zhì)量的波動又可對工業(yè)企業(yè)用電設(shè)備造成相對影響，特別是對占工業(yè)用電80%左右的交流電動機的正常運行影響為最大，輕則損壞設(shè)備重則造成事故嚴重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)。本文就電能質(zhì)量對工廠電氣設(shè)備運行性能的影響作一分析。影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的幾個主要因素1、過電壓和欠電壓過電壓和欠電壓是電網(wǎng)中常見的影響電能質(zhì)量的一種不正常運行現(xiàn)象。由于電網(wǎng)電壓不可能始終穩(wěn)定在一個額定的指標(biāo)上，因此正常運行中電網(wǎng)的運行電壓始終是圍繞在額定值附近上下波動。當(dāng)這一波動是在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，我們就認為電能的電壓質(zhì)量是正常的，否則就是不正常的。過電壓和欠電壓是一個相對的概念，當(dāng)運行電壓高于額定值且超過上限的規(guī)定值時，我們就稱為過電壓;而低于額定值且超過下限的規(guī)定值時，我們就稱為欠電壓。一般易出現(xiàn)在如下的幾情況中:1)電網(wǎng)的短路容量不夠大電網(wǎng)的短路容量較小時(相對于網(wǎng)內(nèi)用電負荷)，當(dāng)用電負荷的大量增加或大量減少(如白班工作制或兩班工作制的單位較多)時，均會造成電網(wǎng)電壓的大幅度波動并超過規(guī)定值。而這種情況在某些區(qū)域變電站未擴容之前容易出現(xiàn)。2)電網(wǎng)內(nèi)短時工作的重負荷較多當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)短時工作的大型機械(非連續(xù)工作的機加工設(shè)備)啟動投入或退出運行時，對電網(wǎng)潮流分布影響較大，造成電網(wǎng)運行電壓的大幅波動。2、三相電壓的不平衡度當(dāng)電網(wǎng)中有不對稱負荷或三相負荷不平衡時會導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)三相不對稱的負荷電流，這種三相不對稱的負荷電流在對稱的系統(tǒng)內(nèi)電抗上產(chǎn)生不對稱的電壓降，導(dǎo)致負荷終端的電壓出現(xiàn)不平衡。另外，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常故障(例如一相或兩相斷線或發(fā)生單相接地故障)時，會在三相電壓中出現(xiàn)負序分量和零序分量，此時也會導(dǎo)致負荷終端的電壓不平衡。三相電壓的不平衡度是用負序分量比正序分量的百分數(shù)表示的。3、過電壓和欠電壓電壓波動和電壓閃變是兩個不同的概念。1)電壓波動指電網(wǎng)電壓的幅值在一定范圍內(nèi)有規(guī)則的變動。這種波動有時是因某處電網(wǎng)的短路容量不夠大，而用戶有較大的交流電動機、大型的電力機車運行、大型電加熱負荷投入或切除時造成電網(wǎng)內(nèi)電流短時的較大變化，較大變化的負荷電流在電力系統(tǒng)的內(nèi)阻抗上產(chǎn)生較大變化的電壓降，從而導(dǎo)致用戶終端電壓的波動。2)電壓的閃變在電網(wǎng)中能引起電壓閃變的因素較多，如:1)當(dāng)用戶有大型交流電動機(電動機容量相對于電網(wǎng)的短路容量而言)直接在電網(wǎng)中啟動時或大型的沖擊負荷出現(xiàn)時，較大的沖擊電流在電網(wǎng)內(nèi)短路阻抗上產(chǎn)生較大的沖擊電壓降，從而引起電網(wǎng)內(nèi)的電壓產(chǎn)生短時的波動。2)電網(wǎng)內(nèi)某處發(fā)生瞬間短路時，較大的短路沖擊電流會引起電網(wǎng)電壓的閃變。4、電壓諧波造成電網(wǎng)電壓中出現(xiàn)諧波分量的因素有兩個方面：1)用戶方面大量使用工作在非線性狀態(tài)的電力電子設(shè)備。由于電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使基于微處理器控制的電力電子設(shè)備，如:變頻器、UPS電源、計算機系統(tǒng)得到迅速普及和發(fā)展;另外各種家用電器中的開關(guān)電源、日光燈電子鎮(zhèn)流器等均為非線性電氣設(shè)備的大量使用。2)電力系統(tǒng)中如電力變壓器、交流電動機等有鐵芯繞組的設(shè)備，在運行電壓較高時使鐵芯磁通的工作點進入非線性區(qū)域形成非線性負載，這時在非線性條件下產(chǎn)生的諧波電流向電網(wǎng)倒輸，造成電網(wǎng)中含有諧波電壓。因諧波形成的因素很復(fù)雜，故電網(wǎng)中各次諧波含量在不同時間段內(nèi)是不同的，這對電網(wǎng)的運行管理也提出了更高的要求。電能參數(shù)對交流電動機運行性能的影響過電壓和欠電壓對電動機運行性能的影響1）過電壓對電動機運行性能的影響當(dāng)電網(wǎng)電壓處于過電壓運行時對交流電動機的運行安全將造成兩方面的影響。1)過電壓運行能使電動機鐵芯損耗加大使鐵芯過熱交流電動機鐵芯特性的設(shè)計，通常都使電流與磁通的工作點處于磁化特性飽和前的拐點處。這種將工作點設(shè)計在拐點的目的在于節(jié)省鐵芯材料。因為工作點離飽和區(qū)越遠，在磁通量不變的情況下所需要的鐵芯截面積越大，即要產(chǎn)生的同樣的磁通量所需要的鐵芯材料越多。在滿足使用的條件下，一般都將工作點選擇在磁化特性的拐點處。2）欠電壓對電動機運行性能的影響當(dāng)運行電壓較低時，可能使電動機處于過電流運行。因為當(dāng)電網(wǎng)電壓低于額定電壓時，在電機鐵芯特性上表現(xiàn)的是磁通量的減少，使工作點離開飽和區(qū)。這對變壓器一類靜設(shè)備的運行性能沒有什么影響，但對交流電動機這種輸出轉(zhuǎn)矩帶動工作設(shè)備運轉(zhuǎn)的電器設(shè)備，就不能忽視其影響。這一點我們可以從交流電動機轉(zhuǎn)矩與端電壓的關(guān)系式入手分析:電動機的電磁轉(zhuǎn)矩直接與電動機的外加電源電壓U的平方成正比，因此當(dāng)電源電壓下降時其轉(zhuǎn)矩的下降是很快的。在外部工作機械軸功率不變的情況下，電動機會因轉(zhuǎn)速的降低使轉(zhuǎn)差率升高，導(dǎo)致電機工作電流升高;當(dāng)電動機處于高負載率運行或是電源電壓下降較多時，可造成電動機運行電流超過額定電流，使電動機過熱而降低使用壽命，嚴重時會使電動機堵轉(zhuǎn)而損壞。三相電壓的不平衡度對電動機運行性能的影響當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)三相電壓不平衡時會在負荷中出現(xiàn)3種序分量電流;即正序電流分量11、負序電流分量12和零序電流分量10。交流電動機的定子接線有形和Y形兩種接線方式，不論哪一種接線方式，其中性點都不外引接地也不與中性線相連接。因此在三相交流異步電動機的運行中不存在霉席電流分量，只有正序和負序電流分量。電壓波動和閃變對電動機運行性能的影響運行電壓的大副波動或閃變時可能使電動機失去穩(wěn)定運行條件。交流電動機在運行中最怕電網(wǎng)電壓的大幅度波動，大的電壓波動有可能造成交流電動機的堵轉(zhuǎn)而燒毀電動機。當(dāng)交流異步電動機在正常運行負荷較重時，遇到電網(wǎng)電壓的大副波動而使電動機的最大轉(zhuǎn)矩低于機械負載的工作轉(zhuǎn)矩，電動機的工作點便落入不穩(wěn)定區(qū);電動機一但進入不穩(wěn)定區(qū)而電壓的恢復(fù)又不及時，則電動機只有形成堵轉(zhuǎn)，其結(jié)果有可能燒毀電動機導(dǎo)致出現(xiàn)不應(yīng)有的事故。結(jié)語本文介紹了電網(wǎng)中的幾個主要電氣參數(shù)及對電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響。通過分析說明了這些參數(shù)的穩(wěn)定與否既決定了電網(wǎng)的供電質(zhì)量也決定了用戶在用電過程中的安全性。同時分析了占用電負荷80%以上的交流電動機，在這幾個主要電能參數(shù)影響下的運行性能;分析結(jié)果指出這些參數(shù)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致電