电气设备的运行监视

电气设备的运行监视电压、电流的正常监视电能质量指标：电能质量的国家标准有五项分别是：供电电压允许偏差、三相电压允许不平衡度、电压波动和闪变、公用电网谐波、电力系统频率允许偏差。额定电压：（一）电压的允许偏差1.电网的允许电压偏差规定供电电压偏差是指电力系统正常运行电压与标称电压的偏移程度。标称电压是指系统设计选定的电压。电压偏差可由下式计算：电压偏差（%）=[（实测电压-系统标称电压）/系统标称电压]×100%电压允许偏差为：（1）10kV及以下三相供电电压允许偏差为系统标称电压的±7%。（2）35kV及以上三相供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过系统标称电压的10%。２.变电站的允许电压偏差（1）330kV母线电压：正常运行方式时，最高运行电压不超过系统额定电压的110%，即363kV；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定和下一级电压的调整。一般允许偏差以额定电压的-3%～+7%为宜。（2）220kV母线电压：正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的0～10%，即220kV～242kV；事故方式时为系统额定电压的-5%～+10%，即209kV～242kV。(3)110kV～35kV母线电压：正常运行方式时，电压允许偏差为相应系统额定电压的-3%～+7%；事故运行方式为系统额定电压的±10%。（4）10kV母线电压：正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的±7%。（二）电压不平衡度电压不平衡度是指电力系统中三相电压不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的均方根值百分比表示。电压不平衡度=U2/U1×100%式中：U1--三相电压正序分量均方根值，V；U2--三相电压负序分量均方根值，V。母线正常电压不平衡度的允许值为２％，短时不得超过４％。（三）电压波动1．电压波动的概念（1）电压波动：是指电压均方根值一系列的变化或连续的改变。（2）电压变动：是指电压均方根值随时间变动特性上，相邻两个极值电压之差。（3）波动负荷：是指用电过程中从供电网络中吸收快速变动功率的负荷。例如：炼钢电弧炉、轧钢机、电弧焊机等。2.电压波动的允许范围母线电压波动的允许范围，与波动负荷产生的电压变动限值和变动频度、电压等级有关，变动频度越快，允许电压变动的限值越小。母线电压允许变动限值范围：35kV及以下系统：1.25%～４％；35kV以上系统：１～３％。（四）电压质量偏差的影响1.电压过高或过低的影响（1）对低压负载的影响１）电压异常对照明设备的影响是日常生活中最常见的。照明常用的白炽灯、荧光灯的发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。当电压较额定电压降低5%时，白炽灯的光通量约减少18%；当电压较额定电压升高5%时，白炽灯的寿命大约减少30%，当电压升高10%时，寿命将减少约70%。２）对交流电动机的影响异步电动机负载特性对电压的变化最敏感，因为它的最大转矩与其端电压的平方成正比，当端电压降低时，定子电流增加很快，但转矩显著减小，使转差增大，从而使定子和转子电流都显著增大，导致电机运行温度上升，甚至可能烧毁电机。反之，当电压过高时，会使电机过热，降低效率，缩短寿命，甚至会损坏绝缘，烧毁电机。３）对家用电器的影响对于电炊具等加热型负载来讲，其输出功率与电压的平方成正比，显然电压过高将超过其额定功率，容易损伤设备。电压过低则达不到需要的温度，影响使用；对于冰箱、洗衣机等单相异步电机负载，电压过低将影响电动机启动，使转速降低，电流增大，甚至造成电机线圈烧毁。反之，电压过高有可能破坏绝缘或由于励磁电流过大，损坏设备；同样，电视机在电压过低时，运行不正常，图像不清晰。电压过高时，会严重影响其使用寿命。（2）对变压器运行的影响1）变压器运行电压升高时，会使漏磁增加，变压器的空载损耗增大，效率降低。同时，过高的运行电压会使导体电场强度增加，加剧局部放电，加快绝缘老化。在传输容量不变的条件下，变压器运行电压越低，通过绕组的电流就会越大，使变压器的负载损耗增加。当传输容量较大时，低电压运行还会使变压器过电流。2）电压过高还会引起铁芯磁通密度增加，如果特性较差的变压器、电压互感器等设备，铁芯的工作磁通密度选在饱和区附近时，电压过高会使铁芯特性接近或进入饱和区，使输出电压中谐波分量增加，波形变差，造成电能质量降低。电压过高甚至会产生过激磁，引起保护动作跳闸或损坏设备。（3）对电力电容器的影响由于电容器向电网输出的无功功率是与其运行电压的平方成正比，因此，当电压降低时，其容量会降低很多。而运行电压过高时，引起电容器电流迅速增加而严重超额定容量运行，会影响电容器的使用寿命。严重时会引起电容器损坏。（4）对电网经济运行的影响输电线路和电力变压器等设备在输送同样容量的情况下，其电流与运行电压成反比。当运行电压降低时，会使输电线路和变压器的电流增大，而其有功负载损耗与电流的平方成正比，因此，低电压运行会使电网的有功损耗大幅度增加，增加了运行成本。（5）甩负荷系统运行电压突然降低，且达到低电压保护动作值时，系统的低电压保护装置、用户设备的低压脱扣保护装置将会动作切负荷。例如当系统发生短路故障时，无论重合闸装置是否动作成功，都会甩掉大量负荷，系统负荷恢复到正常状态需要较长时间。（6）对电网稳定运行的影响电力系统维持同步运行的能力与电网电压水平有很大关系。如果运行电压大幅度下降到极限电压时，系统即使受到微小的电磁扰动，也将有可能引起静态稳定破坏而发生电压崩溃。2.电压不平衡的影响电压不平衡时,由于电压波形中有负序等分量的存在，会对继电保护、自动化等设备带来不利影响,严重时将影响电压平衡保护、负序保护的正常运行；电压不平衡还会使三相交流电动机的旋转磁场不平衡，引起附加的震动，影响其正常运转。3.电压波动的影响电压的忽高忽低影响的范围更广，既有上述电压过高和过低的危害，又会使旋转电机等设备运行不稳定，对用电设备反复带来冲击，影响其使用寿命，严重时甚至使其无法正常工作。（五）电压监视的基本要求1.各级母线电压的允许范围应符合现场运行规程的规定。2.变压器的运行电压一般不得超过相应分接头电压的±5%。3.断路器不得长期超过其额定电压运行。4.调度颁发的电压曲线是电压监视的依据，当超出其偏差范围时应进行调整，当本站无调整手段或调整后仍然超出允许偏差范围时，应及时汇报调度处理。5.有人值班变电站进行负荷抄表时应同时抄录各母线电压值。6.当运行电压出现超出允许值范围等异常情况时，应做好运行记录，并及时向值班调度汇报。7.当变电站安装有电压监测装置时，应监视其运行是否正常，按月报送电压合格率报表。电压合格率是指电压合格时间（分钟）所占电压监测总时间（分钟）的百分比。额定电流：（一）额定电流额定电流是指设备在额定条件下其本身允许长期通过的工作电流。（二）超额定电流的危害1.损耗增加输电线路、变压器等设备运行的有功损耗都与电流大小有关（变压器的空载损耗和线路的附加损耗除外），且与电流的平方成正比。因此，随着设备超过额定电流值的增加，其损耗呈平方关系增加。因此，随着运行电流的增加，尤其是超过导体的经济电流密度时，会造成损耗大幅度增大，降低了设备运行效率，增加了运行成本。2.温度上升由于有功损耗与电流的平方成正比，随着损耗的增加，导体运行温度升高。例如：变压器过电流运行时，随着过电流的数值的增加其负载损耗呈平方关系增加，该损耗以发热的方式消耗电能，其后果使变压器绕组的热点温度和绝缘油的温度升高，不仅加速了固体绝缘材料老化和绝缘油的劣化，缩短了设备使用寿命，严重时还会造成变压器损坏事故。3.接点发热电气设备的接线端子、线夹等连接部位都有一定的接触电阻。为了降低该接触电阻，且保持其稳定，一般要采取增加接触面积、清理氧化层、涂导电膏等多种措施。否则，随着运行时间增长，受空气、湿度、酸、碱等物理和化学成分的作用，该接触电阻会进一步增大。此时，如果通过大电流，就会在该接触电阻上产生与电流的平方成正比的发热量，引起接点发热。严重时，还会造成断线等危险的发热故障。4.导线弧垂增大当超过额定电流运行时，同样由于导体发热的原因，使输电线路导线的弧垂明显增大，会造成导线对地、道路或其它交跨距离缩小，严重时会发生事故。（三）电流监视的基本要求1.通过电流表指示或电流遥测值监视设备的运行电流应在允许范围之内。2.当设备运行电流超出允许范围时，应及时汇报调度，并按照调度指令和现场运行规程规定进行处理。3.在设备超额定电流运行期间，应加强对电流变化情况和设备运行温度的监视。对变压器等充油设备还应加强对上层油温、温升和油位的监视。4.变压器在超额定电流运行时，应根据现场运行规程的规定和上层油温变化情况，增加冷却器运行组数、开启备用或全部冷却器运行。5.设备导电回路或冷却系统存在缺陷时，不应过电流运行。6.设备超额定电流运行时应做好记录。变压器在短期急救负载运行期间，不但要详细记录负载电流大小、持续时间、上层油温变化等情况，还应计算该运行期间变压器绝缘的相对老化率。7.油浸式电力变压器的超额定电流运行应遵守《油浸式电力变压器负载导则》有关规定。其中大型油浸式电力变压器的短期急救负载运行时间一般不宜超过0.5h，此时的允许负载系数K2额定频率（一）额定频率额定频率是指国家标准规定的交流电频率。我国电力系统交流电网的额定频率为50Hz。频率偏差是指系统频率的实际值与标称值之差。根据国家标准《电能质量电力系统频率允许偏差》的规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz。当系统容量较小时，偏差值可以放宽到±0.5Hz。用户冲击负荷引起的频率变动一般不得超过±0.2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当调整限值，但应保证电力网、发电机组和用户的安全、稳定运行以及正常供电。（二）超额定频率运行的危害1.电力系统中有大量以电磁感应原理工作的电气设备，例如变压器、电抗器、互感器等，其感应电压的大小与频率成正比。变压器的感应电压可按下式计算：U=4.44fwΦm其中：U-感应电压的有效值。W-变压器绕组的匝数。Φm-主磁通最大值。f-频率。由式可知，当接入变压器的系统电压恰好等于额定值时，如果电网的频率升高，则变压器二、三次绕组感应出的电压将高于额定电压；相反，如果电网的频率降低，则变压器二、三次绕组感应出的电压将低于额定电压。严重时，将会影响设备正常运行。2.电力系统还有大量电动机等旋转设备，这些设备的转速与频率成正比。电机的转速可按式计算：n=60f/p式中：n-电机每分钟的转速；f-频率，Hz。P-电机的电极对数。由此可见，当电源频率升高时，电机的转速变快，当频率降低时，其转速减慢。这不仅对设备的安全运行带来危害，还会严重影响生产效率和产品质量。3.系统频率升高还会带来供电损耗增大，运行成本增加。由于变压器等设备的空载损耗与频率成正比。频率升高，铁芯材料的磁滞损耗增加。还由于交流电流在导体中流动的集肤效应也与频率有关，当系统频率升高时，输电线路的导线以及其它设备导体的电流分布更不均匀，靠外层的电流密度更大，增加了电能传输过程的损耗。（三）频率监视的基本要求电力系统频率变化是由于电源与负荷，即动力与负载失去平衡而引起的。例如发电机组突然甩负荷等。当发生电网事故解列时，甩掉负荷的电网的发电机由于动力大于负载，发电机的转速升高而造成电网频率升高。反之，突然大量增加负荷的电网，由于动力小于负载，发电机的转速下降而造成电网频率降低。因此，保持频率稳定的方法就是设法保持电源与有功负荷的平衡。当运行值班人员发现系统频率升高时，应及时向值班调度汇报，做好运行记录，并继续监视频率变化以及本站设备的运行情况。电压、电流异常判断分析和处理一、电压异常判断分析（一）电压异常构成一类障碍和事故的标准根据《国家电网公司电业生产事故调查规程》规定，系统电压偏差超出以下范围，分别构成一般电网事故和电网一类障碍。1.电压异常构成障