第一篇:电力系统谐波及滤波技术
电力系统谐波及滤波技术
摘要:主要针对电力系统谐波的危害及其检测分析技术,归纳总结了目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法。
我们知道,在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态,为用户提供高效使用电能的手段。但是,电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重,影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理,研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。
谐波及其起源
所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。周期为T=2π/ω的非正弦电压u(ωt),在满足狄里赫利条件下,可分解为如下形式的傅里叶级数:式中频率为nω(n=2,3„)的项即为谐波项,通常也称之为高次谐波。
应该注意,电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形,电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴;谐波与不是工频整倍数的次谐波(频率低于工频基波频率的分量)和分数谐波(频率非基波频率整倍数的分数)有定义上的区别。
谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变,由于负荷与电网相连,故谐波电流注入到电网中,这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类:含半导体的非线性元件,如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备;含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。
国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代,当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。进入70年代后,随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用,谐波问题日趋严重,从而引起世界各国的高度重视。各种国际学术组织如电气与电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》,标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。
如国内某轧钢厂的4000kW交流变频同步电机的调速系统,在某种工况下5次谐波含量达到15.88%,7次谐波含量达7.9%。另外,低于电网频率的次谐波和大量的分数次谐波,使电流总谐波畸变率最高时可达25.87%,电压总谐波畸变率最高时可达6.19%。远高于国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》,可见,谐波对电网的污染是相当严重的。高次谐波的危害
谐波污染对电力系统的危害是严重的,主要表现在:
(1)谐波影响各种电气设备的正常工作。对如发电机的旋转电机产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声;对断路器,当电流波形过零点时,由于谐波的存在可能造成高的di/dt,这将使开断困难,并且延长故障电流的切除时间。
(2)谐波对供电线路产生了附加损耗。由于集肤效应和邻近效应,使线路电阻随频率增加而提高,造成电能的浪费;由于中性线正常时流过电流很小,故其导线较细,当大量的三次谐波流过中性线时,会使导线过热,损害绝缘,引起短路甚至火灾。
(3)使电网中的电容器产生谐振。工频下,系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗要大得多,不会产生谐振,但谐波频率时,感抗值成倍增加而容抗值成倍减少,这就有可能出现谐振,谐振将放大谐波电流,导致电容器等设备被烧毁。
(4)谐波将使继电保护和自动装置出现误动作,并使仪表和电能计量出现较大误差。
谐波对其他系统及电力用户危害也很大:如对附近的通信系统产生干扰,轻者出现噪声,降低通信质量,重者丢失信息,使通信系统无法正常工作,影响电子设备工作精度,使精密机械加工的产品质量降低;设备寿命缩短,家用电器工况变坏等。
为了有效补偿和抑制负载产生的谐波电流,首先必须对含有的谐波成分有精确的认识,因而需要实时检测负载电流中的谐波分量。现有的谐波电流检测和分析方法主要基于以下几种原理:(1)带阻滤波法
这是一种最为简单的谐波电流检测方法,其基本原理是设计一个低阻滤波器,将基波分量滤除,从而获得总的谐波电流量。这种方法过于简单,精度很低,不能满足谐波分析的需要,一般不用。(2)带通选频法和FFT变换法
带通选频方法采用多个窄带滤波器,逐次选出各次谐波分量。利用FFT变换来检测电力谐波是一种以数字信号处理为基础的测量方法,其基本过程是对待测信号(电压或电流)进行采样,经A/D转换,再用计算机进行傅里叶变换,得到各次谐波的幅值和相位系数。
这两种方法都可以检测到各次谐波的含量,但以模拟滤波器为基础的带通选频法装置,结构复杂,元件多,测量精度受元件参数、环境温度和湿度变化的影响大,且没有自适应能力;后一种检测方法其优点是可同时测量多个回路,能自动定时测量。缺点是采样点的个数限制谐波测量的最高次数,具有较长的时间延迟,实时性较差。(3)瞬时空间矢量法
1983年日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论,即“p-q”理论,对电力谐波量的检测做出了极大的贡献,由于解决了谐波和无功功率的瞬时检测和不用储能元件就能实现抑制谐波和无功补偿等问题,使得电力有源滤波理论由实验室的理论研究走向工作应用。根据该理论,可以得到瞬时有功功率p和瞬时无功功率q,p和q中都含有直流分量和交流分量,即:式中分别为p、q的直流分量,即为对应的交流分量。由可得被检测电流的基波分量,将基波分量与总电流相减即得相应的谐波电流。因为该方法忽略了零序分量,且对于不对称系统,瞬时无功的平均分量不等于三相的平均无功。所以,该方法只适用于三相电压正弦、对称情况下的三相电路谐波和基波无功电流的检测。
理论进一步发展和完善了“p-q”理论,该理论提出的检测方法解决了三相电压非正弦、非对称情况下三相电路谐波和基波负序电流的检测。
该方法基于自适应干扰抵消原理,将电压作为参考输入,负载电流作为原始输入,从负载电流中消去与电压波形相同的有功分量,得到需要补偿的谐波与无功分量。该自适应检测系统的特点是在电压波形畸变情况下也具有较好的自适应能力,缺点是动态响应速度较慢。在此基础上,又有学者提出一种基于神经元的自适应谐波的电流检测法。
对于一般的谐波检测,如电力部门出于管理而检测,需要获得的是各次谐波的含量,而对于谐波的时间则不关心,因此,傅里叶变换就满足要求。然而在对谐波电流进行动态抑制时,不必分解出各次谐波分量,只需检测出除基波电流外的总畸变电流,但对出现谐波的时间感兴趣,对于这一点,傅里叶变换无能为力。小波变换由于克服了傅里叶变换在频域完全局部化而在时域完全无局部性的缺点,即它在时域和频域同时具有局部性,因此通过小波变换对谐波信号进行分析可获得所对应的时间信息。
从以上检测方法看,基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法简单易行,性能良好,并已趋于完善和成熟,今后仍将占主导地位。基于神经元的自适应谐波电流检测法和小波变换检测法等新型谐波检测方法能否应用于工程实际,还有待进一步验证。
谐波抑制方法
在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流,以便把谐波电压控制在限定值之内,抑制谐波电流主要有三方面的措施:(1)降低谐波源的谐波含量 也就是在谐波源上采取措施,最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极,能够提高电网质量,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有: ①增加整流器的脉动数整流器是电网中的主要谐波源,其特征频谱为:n=Kp±1,则可知脉冲数p增加,n也相应增大,而In≈I1/n,故谐波电流将减少。因此,增加整流脉动数,可平滑波形,减少谐波。如:整流相数为6相时,5次谐波电流为基波电流的18.5%,7次谐波电流为基波电流的12%,如果将整流相数增加到12相,则5次谐波电流可下降到基波电流的4.5%,7次谐波电流下降到基波电流的3%。②脉宽调制法
采用PWM,在所需的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲可以达到抑制谐波的目的。在PWM逆变器中,输出波形是周期性的,且每半波和1/4波都是对称的,幅值为±1,令第一个1/4周期中开关角为γi(i=1,2,3„„m),且0≤γ1≤γ2≤„„≤γm≤π/2。假定γ0=0,γm+1=π/2,在(0,π)内开关角α=0,γ1,γ2,„„,γm,π-γm,„„,π-γ2,π-γ1。PWM波形按傅里叶级数展开,得
由式可知,若要消除n次谐波,只需令bn=0,得到的解即为消除n次谐波的开关角α值。
③三相整流变压器采用Y-d(Y/Δ)或D、Y(Δ/Y)的接线
这种接线可消除3的倍数次的高次谐波,这是抑制高次谐波的最基本的方法。
(2)在谐波源处吸收谐波电流
这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。主要方法有以下几种: ①无源滤波器
无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧,由L、C、R元件构成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点,如滤波易受系统参数的影响;对某些次谐波有放大的可能;耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。
②有源滤波器
早在70年代初期,日本学者就提出了有源滤波器APF(Active Power Filter)的概念,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。
与无源滤波器相比,APF具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践,而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高,有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术,其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。③防止并联电容器组对谐波的放大
在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时,在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用,危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器,或将电容器组的某些支路改为滤波器,还可以采取限定电容器组的投入容量,避免电容器对谐波的放大。④加装静止无功补偿装置
快速变化的谐波源,如:电弧炉、电力机车和卷扬机等,除了产生谐波外,往往还会引起供电电压的波动和闪变,有的还会造成系统电压三相不平衡,严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置,可有效减小波动的谐波量,同时,可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡,还可补偿功率因数。
(3)改善供电环境
选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电,减少谐波对其它负荷的影响,也有助于集中抑制和消除高次谐波。
随着我国电能质量治理工作的深入开展,基于瞬时无功功率理论的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。综合动态的谐波治理措施并同时考虑电网的无功功率补偿问题,是电力企业当前面临的一大课题。但是要消除谐波污染,除在电力系统中大力发展高效的滤波措施外,还必须依靠全社会的努力,在设计、制造和使用非线性负载时,采取有力的抑制谐波的措施,减小谐波侵入电网,从而真正减少由于谐波污染带来的巨大经济损失。
第二篇:滤波技术
有关EMI的一点常识
滤波技术是抑制干扰的一种有效措施,尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些辐射干扰方面,具有明显的效果。任何电源线上传导干扰信号,均可用差模和共模干扰信号来表示。差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰;共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰。在一般情况下,差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小,共模干扰幅度大、频率高,还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。因此,欲削弱传导干扰,把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。
除抑制干扰源以外,最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。一般设备的工作频率约为10~50 kHz。EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。对开关电源产生的高频段EMI信号,只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器,就不难满足符合EMC标准的滤波效果。
瞬态干扰
是指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号,其特点是作用时间极短,但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成单片开关电源输出电压的波动;当瞬态电压叠加在整流滤波后的直流输入电压VI上,使VI超过内部功率开关管的漏-源击穿电压V(BR)DS时,还会损坏TOPSwitch芯片,因此必须采用抑制措施。
通常,静电放电(ESD)和电快速瞬变脉冲群(EFT)对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响。静电放电在5 — 200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常出现在35MHz — 45MHz之间发生自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内,结果,电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。
当电缆暴露在4 — 8kV静电放电环境中时,I/O电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V。这个电压远远超出了典型数字的门限电压值0.4V。典型的感应脉冲持续时间大约为400纳秒。将I/O电缆屏蔽起来,且将其两端接地,使内部信号引线全部处于屏蔽层内,可以将干扰减小60 — 70dB,负载上的感应电压只有0.3V或更低。
电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射,从而耦合到电缆和机壳线路。电源线滤波器可以对电源进行保护。线 — 地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件,它使干扰旁路到机壳,而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不能太大时,共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的共模扼流圈,中心抽头通过一只电容(容量由泄漏电流决定)连接到机壳。共模扼流圈通常绕在高导磁率铁氧体芯上,其典型电感值为15 ~ 20mH。
传导的抑制
往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护,因为设备或系统上的电缆才是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题,但当两台设备连接起来以后,就不满足电磁兼容的要求了,这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器,切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径,与屏蔽共同够成完善的电磁干扰防护,无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力,都可以采用滤波技术。针对不同的干扰,应采取不同的抑制技术,由简单的线路清理,至单个元件的干扰抑制器、滤波器和变压器,再至比较复杂的稳压器和净化电源,以及价格昂贵而性能完善的不间断电源,下面分别作简要叙述。
专用线路
只要通过对供电线路的简单清理就可以取得一定的干扰抑制效果。如在三相供电线路中认定一相作为干扰敏感设备的供电电源;以另一相作为外部设备的供电电源;再以一相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样的处理可避免设备间的一些相互干扰,也有利于三相平衡。值得一提的是在现代电子设备系统中,由于配电线路中非线性负载的使用,造成线路中谐波电流的存在,而零序分量谐波在中线里不能相互抵消,反而是叠加,因此过于纤细的中线会造成线路阻抗的增加,干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。
瞬变干扰抑制器
属瞬变干扰抑制器的有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。其中金属氧化物压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管,是箝位型的干扰吸收器件;而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件(以气体放电管为例,当出现在放电管两端的电压超过放电管的着火电压时,管内的气体发生电离,在两电极间产生电弧。由于电弧的压降很低,使大部分瞬变能量得以转移,从而保护设备免遭瞬变电压破坏)。瞬变干扰抑制器与被保护设备并联使用。
气体放电管
气体放电管也称避雷管,目前常用于程控交换机上。避雷管具有很强的浪涌吸收能力,很高的绝缘电阻和很小的寄生电容,对正常工作的设备不会带来任何有害影响。但它对浪涌的起弧响应,与对直流电压的起弧响应之间存在很大差异。例如90V气体放电管对直流的起弧电压就是90V,而对5kV/μs的浪涌起弧电压最大值可能达到1000V。这表明气体放电管对浪涌电压的响应速度较低。故它比较适合作为线路和设备的一次保护。此外,气体放电管的电压档次很少。
金属氧化物压敏电阻
由于价廉,压敏电阻是目前广泛应用的瞬变干扰吸收器件。描述压敏电阻性能的主要参数是压敏电阻的标称电压和通流容量即浪涌电流吸收能力。前者是使用者经常易弄混淆的一个参数。压敏电阻标称电压是指在恒流条件下(外径为7mm以下的压敏电阻取0.1mA;7mm以上的取1mA)出现在压敏电阻两端的电压降。由于压敏电阻有较大的动态电阻,在规定形状的冲击电流下(通常是8/20μs的标准冲击电流)出现在压敏电阻两端的电压(亦称是最大限制电压)大约是压敏电阻标称电压的1.8~2倍(此值也称残压比)。这就要求使用者在选择压敏电阻时事先有所估计,对确有可能遇到较大冲击电流的场合,应选择使用外形尺寸较大的器件(压敏电阻的电流吸收能力正比于器件的通流面积,耐受电压正比于器件厚度,而吸收能量正比于器件体积)。使用压敏电阻要注意它的固有电容。根据外形尺寸和标称电压的不同,电容量在数千至数百pF之间,这意味着压敏电阻不适宜在高频场合下使用,比较适合于在工频场合,如作为晶闸管和电源进线处作保护用。特别要注意的是,压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能(达ns)级,故安装压敏电阻必须注意其引线的感抗作用,过长的引线会引入由于引线电感产生的感应电压(在示波器上,感应电压呈尖刺状)。引线越长,感应电压也越大。为取得满意的干扰抑制效果,应尽量缩短其引线。关于压敏电阻的电压选择,要考虑被保护线路可能有的电压波动(一般取1.2~1.4倍)。如果是交流电路,还要注意电压有效值与峰值之间的关系。所以对220V线路,所选压敏电阻的标称电压应当是220×1.4×1.4≈430V。此外,就压敏电阻的电流吸收能力来说,1kA(对8/20μs的电流波)用在晶闸管保护上,3kA用在电器设备的浪涌吸收上;5kA用在雷击及电子设备的过压吸收上;10kA用在雷击保护上。压敏电阻的电压档次较多,适合作设备的一次或二次保护。2.1.7硅瞬变电压吸收二极管(TVS管)硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力,及极多的电压档次。可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压。TVS管有单方向(单个二极管)和双方向(两个背对背连接的二极管)两种,它们的主要参数是击穿电压、漏电流和电容。使用中TVS管的击穿电压要比被保护电路工作电压高10%左右,以防止因线路工作电压接近TVS击穿电压,使TVS漏电流影响电路正常工作;也避免因环境温度变化导致TVS管击穿电压落入线路正常工作电压的范围。TVS管有多种封装形式,如轴向引线产品可用在电源馈线上;双列直插的和表面贴装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、I/O总线及数据总线的保护。
TVS管在使用中应注意的事项:
1、对瞬变电压的吸收功率(峰值)与瞬变电压脉冲宽度间的关系。手册给的只是特定脉宽下的吸收功率(峰值),而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测,事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。
2、对小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。
3、对重复出现的瞬变电压的抑制,尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。
4、作为半导体器件的TVS管,要注意环境温度升高时的降额使用问题。
5、特别要注意TVS管的引线长短,以及它与被保护线路的相对距离。
6、当没有合适电压的TVS管供采用时,允许用多个TVS管串联使用。串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个。而峰值吸收功率等于这个电流与串联管电压之和的乘积。
7、TVS管的结电容是影响它在高速线路中使用的关键因素,在这种情况下,一般用一个TVS管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接,由于快恢复二极管有较小的结电容,因而二者串联的等效电容也较小,可满足高频使用的要求。
8、固体放电管 固体放电管是一种较新的瞬变干扰吸收器件,具有响应速度较快(10~20ns级)、吸收电流较大、动作电压稳定和使用寿命长等特点。固体放电管与气体放电管同属能量转移型。当外界干扰低于触发电压时,管子呈截止状。一旦干扰超出触发电压时,伏安特性发生转折,进入负阻区,此时电流极大,而导通电阻极小,使干扰能量得以转移。随着干扰减小,通过放电管电流的回落,当放电管的通过电流低于维持电流时,放电管就迅速走出低阻区,而回到高阻态,完成一次放电过程。固体放电管的一个优点是它的短路失效模式(器件失效时,两电极间呈短路状),为不少应用场合所必须,已在国内外得到广泛应用。固体放电管的电压档次较少,比较适合于作网络、通信设备,乃至部件一级的保护。
第三篇:分析电力系统自动化技术
分析电力系统自动化技术
摘 要: 随着电力电子技术、微电子技术沟迅猛发展,原有的电力传动(电子拖动)控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。而且,电力拖动控制已经走出工厂,在交通、农场、办公室以及家用电器等领域获得了广泛运用。它的研究对象已经发展为运动控制系统,下面仅对有关电气自动化技术的新发展作一些介绍。关键词:电力自动化;现场总线;无线通讯技术;变频器
1.引言
现今,创新的自动化系统控制着复杂的工艺流程,并确保过程运行的可靠及安全,为先进的维护策略打造了相应的基础。
电力过程自动化技术的日新月异和控制水平的不断提高搜企网版权所有,为电力工业解决能源资源和环境约束的矛盾创造了条件。随着社会及电力工业的发展,电力自动化的重要性与日剧增。传统的信息、通信和自动化技术之间的障碍正在逐渐消失。最新的技术,包括无线网络、现场总线、变频器及人机界面、控制软件等,大大提升了过程系统的效率和安全性能。
2.电力自动化的发展
我国是从20世纪60年代开始研制变电站自动化技术。变电站自动化技术经过数十年的发展已经达到一定的水平,在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班,而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术,从而大大提高了电网建设的现代化水平,增强了输配电和电网调度的可能性,降低了变电站建设的总造价,这已经成为不争的事实。然而,技术的发展是没有止境的,随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响,全数字化的变电站自动化系统即将出现。
3.电力自动化的实现技术
现场总线(Fieldbus)被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,随着工业电网的日益复杂工业自动化网版权所有,人们对电网的安全要求也越来越高,现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。
4.无线技术
无线通讯技术因其不必在厂区范围内进行繁杂、昂贵的布线,因而有着诱人的特质。位于现场的巡视和检修维护人员借此可保持和集中控制室等控制管理中心的联系,并实现信息共享。此外,无线技术还具有高度灵活性、易于使用、通过远程链接可实现远方设备或系统的可视化、参数调整和诊断等独特功能。无线技术的出现及快速进步,正在赋予电力工业领域以一种崭新的视角来观察问题,并由此在电力流程工业领域及资产管理领域,开创一个激动人心的新纪元。
尽管目前存在多种无线技术汉阳科技,但仅有几种特别适用于电力流程工业。这是因为无线信号通过空间传播的过程、搭载的数据容量(带宽)、抗RFI(射频干扰)/EMI(电磁干扰)干扰性、对物理屏障的易感性、可伸缩性、可靠性,还有成本,都因无线技术网络的不同而不同。因此,很多用户都倾向于“依据具体的应用场合,来选定合适的无线技术”。控制用的无线技术主要有GSM/GPRS(蜂窝)、9OOMHzRadios、wi-Fi(802.lla/b/g)、WIMAX(802.16)、ZigBee(802.15.4)、自组织网络等,其中尤以Wi-Fi和WIMAX应用增长速度最快,这是因为其在带宽和安全性能方面较优、在数据集中和网络化方面具备卓越的安全框架、具有主机数据集成的高度灵活性、高的鲁棒性及低的成本。
5.信息化技术
电力信息化包括电力生产、调度自动化和管理信息化两部分。厂站自动化历来是电力信息化的重点,大部分水电厂、火力发电厂以及变电站配备了计算机监控系统;相当一部分水电厂在进行改造后还实现了无人值班、少人值守。发电生产自动化监控系统的广泛应用大大提高了生产过程自动化水平。电力调度的自动化水平更是国际领先,目前电力调度自动化的各种系统,如SCADA、AGC以及EMS等已建成,省电力调度机构全部建立了SCADA系统,电
网的三级调度100%实现了自动化。华北电力调度局自动化处处长郭子明说,早在20世纪70年代华北电力调度局就用晶体管计算机调度电力,从国产1 2 1机到1 7 6机,再到176双机,华北电力调度局全用过,到1978年已经基本实现了电网调度自动化。
6.安全技术
电力是社会的命脉之一,当今人类社会对电力系统的依赖已到了难以想象的程度。电力系统发生大灾变对于社会的影响是不可估量的,因此电力系统最重要的是运行的安全性,但这个问题在全世界均未得到很好解决,电力系统发生大灾变的概率小但后果极其严重,我国电力系统也出现过稳定破坏的重大事故。由于我国经济快速发展的需求,电力工业将会继续以空前的速度和规模发展。随着三峡电站、西电东送、南北互供和全国联网等重大工程的实施,我国必将出现世界上最大规模的电力系统。
7.传动技术
实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。变频器作为节能降耗减排的利器之一,在电力设备中的应用已经极为广泛而成熟。对于变频器厂商而言,在未来三十年,变频器,尤其是高压变频器在电力节能降耗中的作用极为明显,变频器也成为越来越多电力行业改造技术的首选。
在业内,以ABB为首的电力自动化技术领导厂商,ABB建立了全球最大的变压器生产基地及绝缘体制造中心。自1998年成立以来,公司多次参与国家重点电力建设项目,凭借安全可靠、高效节能的产品性能而获得国内外用户的好评。其公司多种产品,包括:PLC、变流器、仪器仪表、机器人等产品都在电力行业中得到很好的应用。
8.人机界面
发电站、变电站、直流电源屏是十分重要的设备,随着科学技术的不断发展,搜企网,单片机技术的日趋完善,电力行业中对发电站、变电站设备提出了更高精密、更高质量的要求,直流电源屏是发电站、变电站二次设备中非常重要的设备,直流电源屏承担着向发电站、变电站提供直流控制保护电源的作用,同时提供给高压开关及断路器的操作电源,因此直流电源
屏的可靠性将直接关系到发电站的安全运行,直流电源屏的发展已经经历了很长的时间,从早期的直流发电机、磁饱和直流充电机到集成电路可控硅控制直流充电机、单片机控制可控硅充电机、高频开关电源充电机等,至目前直流电源屏已很成熟。直流电源屏整流充电部分仍然采用目前国际最流行的软开关技术,将工频交流经过多级变换,最后形成稳定的直流输出,直流电源屏系统控制的核心部件是V80系列可编程控制器PLC,它将系统采集的输入输出模拟量以及开关量经过运算处理,最终控制高频开关电源模块使其按电池曲线及有人为设置的工作要求更可靠地工作。
9.结束语
电气自动化技术是当今世界最活跃、最充满生机、最富有开发前景的综合性学科与众多高新技术的合成。其应用范围十分广泛,几乎渗透到国民经济各个部门,随着我国科技技术的发展,电气自动化技术也随之提高。
第四篇:电力系统的超导技术的论文
电力系统的超导技术的论文
摘要:近年来高温超导材料研究取得很大进展,它在电力领域的应用研究已受到广泛关注,一些示范样机也已经研制成功的投入示范性试验,可以说超导技术是21世纪具有战略经济意义的高新技术。从目前电力的发展现状来看,充分利用国内各种优势资源开展超导电力技术的研究与开发,对于提高我国电力设备行业在国际市场上的竞争力及电力系统的技术经济。
关键词:电力系统、超导电性、超导电力装置
我国处于发展时期,对电力技术的有力发展,会我国经济的发展显示着越来越重要的作用,但是随着电力系统容量的增大、系统结构复杂化,电力系统巳突显出了若干技术难题,如电力安全、高密度供电、高品质供电、高效率输送电等。二目前这些问题的解决,越来越依赖于超导技术的应用。超导电力技术是受国内外广泛关注的一项前瞻性技术,将其引入电力系统会为解决电力系统的固有技术难题提供一条新的技术途径。因此,从电力系统建设、管理、运行及电力设备市场出发,我国均应大力加强超导电力技术的研究与发展,开发出性能先进、市场竞争力强、有自主知识产权的超导电力设备。
目前,超导电力技术已进入高速发展时期,有些超导技术产品已进入商品化阶段,若干超导电力设备,如超导电缆、超导限流器、超导磁储能系统等已在电力系统试运行。然而,由于电力系统的重要性、电力设备运行条件的复杂性,电力系统对于全面接受超导电力装置的准备还不充分。首先,在电力设备性能鉴定方面,目前还没有规范的
标准方法,也没有一个能对超导电力装置进行性能检测的实验基地,无法对超导电力装置是否具备入网条件进行科学判断。其次,超导电力装置进入电力系统后对电力系统产生何种影响,其装置如何和现有庞大的系统、复杂的控制相互协调没有充分的研究。同时,在若干超导电力装置的关键部件上仍需进一步提高技术性能及可靠性。基于此,国网武汉高压研究院与华中科技大学对超导电力技术的发展现状、关键课题、特别是超导电力装置的性能检测方法进行了基础性研究,在此基础上,筹备建设和发展超导电力技术检测实验室,为超导电力技术进入实际应用奠定基础。
超导技术的进步逐步形成了超导电力这一新的概念。美国、日本、欧洲乃至韩国等经济发达国家和地区均对超导电力技术给予了极大的关注,政府主导投入超导电力的研究工作,且有若干电力公司、电力设备制造厂家、甚至国防研究部门均开展了与超导电力相关的研究工作。已相继研制成功了输电电缆、限流器、磁储能系统、变压器、发电机和电动机等多种超导电力装置的实验样机。我国也在“十五”期间开发了多种超导电力装置。在Bi系高温超导带材走向商品化后,超导电力的研究开发重点已转移到高温超导。目前,高温超导电缆、限流器、变压器和电动机已进入示范试验运行阶段,高温超导磁储能系统也有相应的试样样机问世。同时小型低温超导储能系统的产品已出现。
超导电力技术是吵到技术与电工技术相结合而产生的一门新技术,超导电力技术主要研究开发各种电力装置,以及含超导电力装置 的电力系统的各种特性。超导电力装置比起常规电力装置来说有损耗小、体积小、重量轻、容量大特点,但超导电力装置一旦失超,对电力系统所产生的影响也大于常规的电力装置,因此超导电力装置的监测和保护是超导电力装置实用化过程的关键技术之一。
超导技术在电力系统的应用将带来若干个直接的和间接的技术经济效益,甚至引发技术性的革命。美国日本等国家对超导应用技术给予了很高的评价,美国能源部认为超导技术是21世纪电工行业的高科技,日本新能源开发机构认为超导技术是21世纪郭嘉间竞争的关键性高技术。国际超导界专家预测在5年~10年内超导技术将在电力工业中获得广泛的应用。
在我国,超导技术应用研究也已经进入起步阶段。我们相信,随着超导技术的发展和我国经济实力的增加,超导电力应用技术的研究必将得到进一步的加强,在我国电力系统中应用超导技术的时代必将到来。
第五篇:《电力系统继电保护技术监督规定》
电力系统继电保护技术监督规定(试行)
【法规分类号】220006199707
【标题】电力系统继电保护技术监督规定(试行)
【时效性】有效
【颁布单位】电力工业部
【颁布日期】1997/06/20
【实施日期】1997/06/20
【失效日期】
【内容分类】安全保护管理
【文号】电安生(1997)356号
【题注】
【正文】
1.总则
1.1 为加强电力系统继电保护及安全自动装置技术监督(简称继电保护技术监督,下同)工作,提高继电保护(包括安全自动装置,下同)运行可靠性,保证电网安全稳定运行,特制定本规定。
1.2 本规定依据《电力法》等有关法律、法规和电力部《电力工业技术监督规定》制定。
1.3 继电保护技术监督应贯穿电力工业的全过程。在发、输、配电工程设计、初设审查、设备选型、安装、调试、运行维护等阶段实施继电保护技术监督;贯彻“安全第一、预防为主”的方针,按照依法监督、分级管理、行业归口的原则,实行技术监督、报告责任制和目标考核制度。
1.4 各电力集团公司、各省(市、区)电力公司及所属电力生产、供电(含农电)企业,从事电网继电保护装置科研、设计、施工、制造等单位,凡接入电网运行的电厂、变电所(不论管理形式和产权归属)、小电网等,均须遵守本规定。
2.继电保护技术监督机构与职责
2.1 继电保护技术监督实行分级管理原则。
全国继电保护技术监督工作在部生产管理部门技术监督统一归口下,由国家电力调度通信中心(简称国调中心,下同)具体负责。
网、省级电力调度部门设立继电保护技术监督组,在网、省级电力公司技术监督领导小组领导下工作。配备一名专职技术监督工程师和若干名有实践经验的工程师为组员,从事技术监督工作。
供电企业、电力生产企业设专职技术监督工程师和相应的技术监督小组,在总工程师领导下从事技术监督工作。
继电保护技术监督工程师应具有相应的专业知识和实践经验,继电保护技术监督队伍应保持相对稳定。
2.2 国调中心继电保护技术监督职责
2.2.1 负责提出有关继电保护技术监督方针、规范、标准、规程、管理制度等。
2.2.2 指导并组织各网、省公司进行220kV及以上电压等级电力设备和100MW及以上容量发电机的继电保护的技术监督和专业管理。
2.2.3 对网、省公司继电保护技术监督组工作进行指导与考核。
2.2.4 组织制订继电保护反事故措施和重大技术措施。
2.2.5 组织发布继电保护装置运行情况公告;参加因继电保护原因引起的重大事故调查;促进继电保护装置质量及其运行水平的提高。
2.3 网、省级电力调度部门继电保护技术监督组职责
2.3.1 贯彻执行部、网省公司制定的有关技术监督方针、标准、规程、规定、制度等。
2.3.2 对220kV及以上电压等级电网(包括用户发电厂、变电所)电力设备和100MW及以上容量的发电机等设备的继电保护,从规划、工程设计、安装、调试、到运行维护的全过程实行技术监督工作。及时掌握主要继电保护装置的技术状况,建立健全技术档案,发现问题及时提出建议和措施。
指导并组织各供电企业、电力生产企业进行110kV及以下系统继电保护的技术监督和专业管理。
2.3.3 对供电企业、电力生产企业继电保护技术监督小组工作进行指导与考核,并对继电保护技术监督工程师进行培训和考核。
2.3.4 监督继电保护反事故措施、重大技术措施与技术改造方案的制订和实施。监督继电保护整定方案、继电保护运行规程、继电保护装置检验规程等有关方案、规程的修编与实施。
2.3.5 及时反映各类产品质量、运行及管理状况。对新装置运行情况进行评价,对运行设备存在的缺陷提出处理意见,参加有关设备选型、论证、工程质量审查评估等技术监督工作。
2.3.6 根据需要,按照有关标准和规定,建立、健全继电保护试验、检验条件及相应规范、规程,有针对性地开展相应技术监督工作。
2.3.7 组织研究和推广新技术。开展技术监督服务和信息交流。
2.3.8 按规定向上一级继电保护技术监督部门报告各类保护装置质量状况、存在问题及改进建议(重大问题报国调中心和部安生司)。提出继电保护技术监督工作总结及下一阶段的工作计划和要求。
2.4 供电企业、电力生产企业继电保护技术监督的职责
2.4.1 负责供电企业、电力生产企业继电保护装置的运行维护管理和技术监督工作。
2.4.2 贯彻执行上级有关继电保护技术监督的各项规程、制度和对技术监督工作的指示,根据本单位的具体情况,制订和贯彻实施细则。
2.4.3 制定本单位技术监督工作计划,并报上级继电保护技术监督组审查,检查计划的执行情况。
2.4.4 督促或参加本单位按有关规定进行继电保护不正确运作事件的调查分析工作及反事故措施的制订和实施。
2.4.5 对本单位管辖设备的继电保护装置实行从工程设计、选型、安装、调试到运行维护全过程的技术监督工作。负责本地区110kV及以下系统(包括用户发电厂、变电所)的继电保护装置技术监督工作。
2.4.6 监督按规定装设的继电保护装置的投运,并督促进行继电保护运作评价及统计分析工作。
2.4.7 做好技术监督的各项管理工作,建立本单位设备台帐、图纸、试验记录、检验报告等监督档案。
2.4.8 掌握本单位继电保护装置的运行情况、事故和缺陷情况,对存在问题提出改进意见。检查并督促其实施。
2.4.9 检查和督促有关部门严格执行上级颁发的技术监督规程、制度、标准和技术规范等的要求,监督本单位的继电保护装置进行定期检验工作和装置验收工作。
2.4.10 根据有关技术监督制度,按时报送技术监督工作的有关报表、总结。
2.5 各级技术监督人员的职责
2.5.1 网、省公司技术监督工程师应对各基层单位的技术监督工作进行指导,发现问题及时通知所在单位的总工程师。技术监督组对网内不符合有关标准、规程、规定要求,威胁电网及设备安全的继电保护设备应及时反映,要求有关单位限期改进与完善直至退出运行。
2.5.2 供电企业、电力生产企业的技术监督工程师有责任监督本单位按监督制度、规程规定的试验周期、程序、标准和方法进行有关的技术监督工作,发现问题及时向本单位总工程师及上级技术监督工程师汇报。对不符合有关标准、规程、规定要求或威胁电网及设备安全的继电保护设备应及时向上级技术监督组反映,提出限期改进与完善直至退出运行的建议。
2.5.3 技术监督上组对本单位技术监督做出显著成绩的或由于监督不当造成事故的项目和个人,有权向本单位领导提出奖惩建议。
2.6 由于继电保护监督小组和人员失职造成事故的,应承担相应责任。
3.继电保护入网管理
3.1 在电力系统投入运行的继电保护装置,必须经部级及以上质检中心确认其技术性能指标符合有关规定,经电网运行考核证实性能及质量满足有关标准规定的要求,并坚持先行试点取得经验再逐步推广应用的方针。
3.2 继电保护装置新产品,在产品鉴定前必须经相应电压等级电网试运行。
3.3 新产品试运行
3.3.1 新产品试运行应按电网调度管辖范围履行审批手续,并向上一级主管部门备案。
3.3.2 制造单位和接受试运行单位应签订书面协议,明确试运行方案和各方在产品试运行期间的权利义务(包括费用、期限、测试、事故处理等)。
3.3.3 接受试运行单位在决定试运行的具体地点和方案时,应充分考虑保证电力系统安全运行,并取得相应继电保护技术监督部门的认可。
3.3.4 试运行期满后,试运行单位应负责提供正式的试运行报告,报本部门主管领导,并作为鉴定依据之一。
3.3.5 符合审批手续的试运行产品在试运行期间如发生事故,按《电业事故调查规程》有关规定统计,视有关具体情况处理。
3.3.6 各电网未经有关部门批准,不得擅自接受继电保护新产品试运行。因此而发生事故的,要追究事故责任并严肃处理。
3.3.7 为电网安全稳定运行需要专项开发的安全自动装置试运行须按(3.3.1)条履行专项审批手续。
3.4 网、省级电力调度部门应制定调度管辖范围电力系统电力设备的继电保护装置配置及选型原则,使本电网继电保护装置规范化和标准化,以利于加强管理,提高继电保护装置运行质量。
3.5 220kV及以上电压等级电网中应用的新产品必须有网、省公司应用的经验总结,并经国调中心复核,方可在电力系统应用。
110kV及以下电压等级电网中应用的新产品必须有电力生产企业的应用经验总结,并经网、省公司继电保护技术监督组的复核,方可在电力系统应用。
3.6 电力企业应择优订货。无论国内生产或进口继电保护装置,凡部、网省公司明令停止订货(或停止使用)的;行业整顿中不合格的;根据运行统计分析及质量评议提出的事故率高且无解决措施的;不满足反事故措施要求的;未经鉴定的;经质检不合格或拒绝质量监督抽查(检查)的等产品,应禁止入网运行。
3.7 第一次采用的国外保护装置,必须经部质检中心进行动态模拟试验(按部颁试验大纲),确认其性能、指标等能够满足我国电网对继电保护装置的要求方可选用,否则不得进口、入网运行。
4.工程设计、基建阶段继电保护技术监督
4.1 在系统规划、系统设计和确定厂、站一次接线时,应考虑继电保护装置技术性能、条件和运行经验,征求继电保护技术监督部门的意见,使系统规划、设计及接线能全面综合地考虑一次和二次的问题,以保证系统运行安全、合理、经济。
4.2 新建、扩建、技改工程继电保护设计中,必须从整个系统统筹考虑继电保护相适应的变化,作出安排。继电保护装置设计的选型、配置方案应符合部、网省公司有关继电保护反事故技术措施要求,设计部门应听取继电保护技术监督部门的意见。
4.3 各级继电保护部门应按照分工范围参加工程设计审查,参与继电保护配置、保护方式及装置选型。
4.4 继电保护配置、选型一经确定,设计单位必须严格按设计审查意见进行施工图设计和提供订货清册;设备订货单位必须按设计单位提供订货清册和参数订货,不得擅自更改。
4.5 对首次进入系统的重要继电保护装置,网、省级电力调度部门要会同制造单位一同参加出厂试验和验收工作,了解其结构特点,掌握其技术性能和各种技术特性数据。
4.6 安装单位应严格按照部与网省公司颁发的有关继电保护的规程、技术规范、反措等规定,进行设备安装施工、调试等工作,保证质量并形成完整的技术资料。
4.7 新建、扩建、技改工程继电保护装置应有生产单位人员介入调试,了解装置的性能、结构和参数,并对装置按规程和标准进行验收。
4.8 新安装继电保护装置竣工后,应进行项目验收。
4.9 新建输变电工程投入运行时,相应设计安装的全部继电保护装置应同时投入运行。
5.继电保护的运行监督
5.1 各级继电保护部门应建立、健全继电保护装置运行管理规章制度。要建立继电保护(含图纸、资料、动作统计、运行维护、检验、事故、调试、发生缺陷及消除等)档案,并采用微机管理。
5.2 应实行继电保护装置运行管理报告制度。各级继电保护部门对继电保护装置动作状况及管理工作应定期进行分析、总结,及时提出改进措施,并报上级主管部门。
5.3 按规定对继电保护装置动作情况进行统计分析和评价。按期上报上级主管部门。
5.4 对继电保护装置普遍性的多发事故或重大事故,应由部、网省公司组织进行质量调查(运行单位和制造单位代表参加),对有关技术问题,提出措施及处理意见。
5.5 建立继电保护装置检验管理制度,监督继电保护装置检验规程的实施。
5.6 建立和完善定值管理制度,严格执行继电保护整定方案、继电保护调度运行规程和继电保护装置现场运行规程的审批制度。
5.7 组织专业人员制定调度、运行人员有关继电保护装置运行维护的培训计划并督促实施。
5.8 监督保证主保护的投运率及正确动作率。对存在的各种缺陷,应采取措施及时消除。
5.9 依据电网实际运行情况,组织评议淘汰存在明显缺陷、不能满足电网安全运行要求的继电保护装置,促进技术进步,提高设备的运行水平和完好率。
6.装置质量监督
6.1 国调中心、网省级电力调度部门定期发布保护装置运行情况公告,促进提高电力系统继电保护装置产品质量及其运行水平。
对运行中较普遍存在的产品质量问题应进行评议,并同制造单位商定处理办法和改进措施。
6.2 国调中心、网省公司根据需要对制造单位进入电力系统运行的产品组织必要的抽查检测(检测需在部级及以上质检中心进行),质检抽查结果经国调中心、网省公司继电保护技术监督组审议后公布。
6.3 国调中心、网省级电力调度部门可发布质量信息,将统计分析结果、质检报告、事故情况、用户投诉等及时公布。对存在严重质量问题的产品,由国调中心或网省级电力调度部门组织继电保护技术监督人员深入制造和运行单位调查,提出处理意见和视问题严重程度分别采取通报、限期改进、停用等措施,经批准后执行。
6.4 对经电力系统运行实践考核证明动作正确率高,技术性能良好的产品,经组织评议,发布《优质产品》公告。《优质产品》公告由部或委托有关部门发布。220kV及以上系统保护装置的《优质产品》公告由部发布。
7.技术监督的管理
7.1 技术监督工作实行监督报告、签字验收和责任处理制度。
7.1.1 各基层局、厂应按规定格式和时间将技术监督项目及指标情况向网、省级电力调度部门报告,重要问题应进行专题报告。
7.1.2 建立和健全设备质量全过程监督的验收签字制度。对质量不符合规定要求的继电保护装置以及安装、检修、改造等工程,继电保护装置不能按要求做到与一次设备同步投产等情况,技术监督人员有权拒绝签字,并可越级上报。
7.1.3 凡由于技术监督不当或自行减少监督项目、降低监督标准而造成严重后果的,要追究当事者的责任。
7.2 建立和健全电力生产设备全过程技术档案。
7.2.1 设备的制造、安装、调试、运行、检修、技术改造等全过程质量管理的技术资料应完整和连续,并与现状相符。
7.2.2 实现档案管理的规范化、微机化。
7.2.3 设备主管单位应妥善保管电力建设、生产全过程技术监督的全部原始档案资料。
7.2.4 结合电力工业的发展和技术的不断进步,应及时补充和修订各项技术监督的制度、标准、规程,并使技术监督工作制度化、规范化、标准化、科学化。
7.2.5 各监督机构要根据监督工作的实际需要,举办各种学术交流、标准和技术培训,不断提高监督人员的技术水平。
7.2.6 要支持试验室的建设、仪器设备的配置和开展技术培训、交流、考核评比活动。
8.附则
8.1 本规定自颁布之日起执行。
8.2 本规定由国家电力调度通信中心会同部安全监督及生产协调司负责解释和修订。