安徽省2021版九年级上学期物理第二次月考试卷(II)卷

目录
前言 (1)
第一章电能质量问题专家解决方案 (4)
1.1钢铁冶金行业 (4)
1.2电气化铁道及城市轨道交通行业 (7)
1.3供热行业 (8)
1.4制药行业 (8)
1.5矿业行业 (9)
1.6电力系统行业 (10)
1.7有色金属行业 (11)
1.8硅材料加工行业 (12)
1.9石化行业 (14)
1.10烟草行业 (15)
1.11水泥行业 (15)
1.12水处理行业 (16)
1.13纺织行业 (16)
1.14汽车及船舶制造行业 (17)
1.15通信行业 (18)
1.16医院、剧场、体育馆配电系统 (19)
第二章 TSVC高压静止型动态无功补偿器 (20)
2.1产品介绍 (20)
2.2基本原理 (20)
2.3系统组成 (21)
2.4技术参数 (21)
2.5技术优势 (22)
2.6选型说明 (23)
2.7应用领域 (23)
2.8应用案例 (23)
第三章 TAPF低压有源电力滤波器 (26)
3.1产品介绍 (26)
3.2基本原理 (26)
3.3系统组成 (26)
3.4技术参数 (28)
3.5技术优势 (28)
3.6选型说明 (29)
3.7应用领域 (30)
3.8应用案例 (30)
第四章 TPPF无源电力滤波器 (31)
4.1产品介绍 (31)
4.2基本原理 (31)
4.3技术参数 (32)
4.4系统组成 (32)
4.5技术优势 (33)
4.6选型说明 (33)
4.7应用领域 (33)
第五章 TPVC高压并联无功补偿器 (34)
5.1产品介绍 (34)
5.2基本原理 (34)
5.3系统组成 (35)
5.4技术参数 (35)
5.5技术优势 (35)
5.6选型说明 (35)
5.7应用领域 (35)
第六章订货须知 (37)
附录一针对电能质量问题的政策法规 (38)
附录二南京钛能电气有限公司供电自动化解决方案产品目录 (39)
前言
➢公司简介
南京钛能电气有限公司是集电能质量问题综合治理及电气自动化领域的科研开发、生产和服务于一体的江苏省高新技术企业、软件企业。

公司凝聚了一批多年从事电力自动化专业的技术和管理人才，所研制的设备有数万套已投入运行，最长连续安全可靠运行时间已超过十年，产品广泛应用于电力、水利、铁路交通、石油化工、煤炭矿山、冶金钢铁等行业。

公司于2005年通过ISO9001:2000质量管理体系认证，2008年通过复评换证审核。

公司锐意进取、开拓创新，与清华大学、华中科技大学等科研机构保持长期密切合作，以先进的技术和优质的产品，致力于中国的电网纯净和电气自动化工程，为各工矿企业和电力部门的节能降耗和安全生产做出贡献。

➢电能质量问题解决方案研究背景
随着现代工业的发展，电力负荷出现了很多新的种类和特点。

一方面，电力系统中出现了很多诸如电力机车、电弧炉、轧钢机等大容量的非线性和冲击性负荷。

这些负荷的存在严重恶化了电力系统的运行条件，导致了诸如功率因数低下、电压波动和闪变、三相不平衡、电力谐波问题，面临来自电力公司日益严厉的惩罚制度；另一方面，以精密机械加工、工业过程自动化、数据信息处理设备等为代表的新型工业负荷在电力负荷中的比重越来越大，因恶劣的电能质量导致的生产经营损失越来越严重。

表1列举了各种类型的电能质量问题以及产生的原因和具体的危害。

解决日益严重的电能质量问题已成为电力电子技术、电气自动化技术和电力系统领域所面临的重大课题之一，受到越来越多的关注。

南京钛能电气有限公司一直致力于电能质量整体解决方案的研究。

公司依托清华大学在柔性交流输电系统（FACTS）方面的雄厚技术优势，形成了具有自主知识产权的先进核心技术，并建立了科学的、完善的现代管理体制。

我公司根据用户实际需要，制定最具性价比的解决方案，帮助用户解决现存的电能质量问题，在节能降耗提高生产效率的同时，为用户创造显著的经济和社会效益。

目前，我公司所提供的解决方案涵盖了从0.4kV～35kV之间的所有电压等级。

表2列举了电能质量谐波治理和无功补偿方面的主要产品概况，各产品的详细介绍可参考本书第2～5章内容。

表 1 电能质量问题及其主要影响
表 2 南京钛能电气有限公司电能质量治理产品
第一章电能质量问题专家解决方案
1.1 钢铁冶金行业
钢铁行业中广泛运用了各类交直交型、交交变频的轧机、各类辊类负载、电弧炉、转炉、中频炉、矿热炉、压焊机、钢水运送车等设备，它们对电能质量影响很大，下文列举其中具有代表性的几种负载作详细电气特性说明，提供的电能质量解决方案供用户参考。

➢电弧炉
⏹负荷特性
电压波动和闪变：冶炼初期，电极与炉料之间的电弧极不稳定，时起时灭，导致供电系统交替工作在开路和带载状态，电流时断时续。

冶炼后期，由于下方炉料的熔化，造成上层炉料的坍塌，极易导致电极间的突发短路，电流时大时小。

据统计，电炉电流的变化范围可达电炉变压器额定电流的0～300%，而频率范围则在0.1Hz～30Hz之间。

✧功率因数低下：为了抑制电压波动和闪变，电炉变压器的短路阻抗甚至高达30%～40%，或
者与串联电抗器配合使用。

因此，电弧炉负荷属于典型的高感负荷，供电系统的功率因数
非常低下，典型值为0.7～0.8，极限情况甚至达到0.1，为此，企业不仅需要面对来自电
炉部门高额的罚款，而且导致冶炼期延长，生产效率降低，有功损耗增加。

✧三相不平衡：在熔化期，电弧炉的三相电弧各自无规则变化，导致三相电流极不对称。

据
统计，电炉负荷产生的负序电流正常情况下可达电炉变压器额定电流的25%，一相断弧时
可达56%，两相短路并出现第三相断弧时可达86%。

✧高次谐波：电弧炉负荷的伏安特性呈现明显的非线性关系，会向电网注入大量的谐波电流，
造成谐波污染。

据统计，电弧炉的谐波电流成分要为2～7次，其中2、3次最大，其平均
值可达基波分量的5%～10%。

⏹推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器
根据实测或者估算的补偿容量选择TSVC静止型动态无功补偿器 (技术介绍详见本说明书第二章)，滤波通道一般配置2次、3次、4次和5次。

如下图所示：
⏹用户收益
✧降低网络损耗，减少来自电力部门的罚款；
✧抑制电压波动和闪变；
✧降低谐波注入水平；
✧降低负序电流注入水平；
✧稳定电压，缩短冶炼时间，提高生产效率；
✧平衡电弧电流，消除三相不平衡；
✧延长冶炼电极的使用寿命；
✧降低能源损耗和成本；
✧减少原材料的消耗；
➢轧机
⏹负荷特性
✧典型的时变负载，有功和无功功率波动大，容易导致电压波动和闪变；
✧传动装置的变频器产生大量谐波，如不进行治理，将流入系统中去，造成变压器、电机、
电缆发热、振动，降低使用寿命；
✧功率因数低下；
⏹推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器
根据实测或者估算的补偿容量选择TSVC静止型动态无功补偿器，滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。

如下图所示：
⏹用户收益
✧稳定电压水平，改善设备的运行条件；
✧提高功率因数，降低网络损耗，免受电力部门的罚款；
✧降低能耗，提高设备利用率；
✧消除谐波注入现象，减少设备损耗，防止系统谐振。

➢矿热炉
⏹负荷特性
矿热炉主要指硅铁炉、黄磷炉、电石炉、铁合金炉等主要以电阻方式加热的冶炼炉，是一种耗电量巨大的工业电炉。

✧功率因数低下；大多数矿热炉的自然功率因数都在0.7～0.8 之间，较低的功率因数不仅使
变压器的效率下降，消耗大量的无用功，且被电力部门加收高额电力罚款；
✧三相不平衡；由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高
不平衡度可以达到20％以上，冶炼效率的低下；
✧谐波含量较小，一般不超过10%；
✧负荷波动较小；
⏹推荐方案: TPVC高压并联无功补偿
为了解决矿热炉功率因数低下的问题，推荐采用TPVC高压并联无功补偿的方式来解决，通常是在高压端进行无功补偿。

该装置接于炉变压器的高压端或高压母线侧，在补偿无功的同时还具有滤除部分谐波的功能，不但能够满足无功补偿的需要，经过滤波，注入电网的谐波也能达到标准。

该装置安装无需长时间停产，适用已安装生产中的矿热炉的无功补偿，可杜绝因为功率因数低而被加收的电费力率调整费。

⏹用户收益
✧提高功率因数；
✧降低电网不平衡；
✧降低电耗5～20％；
✧提高产量5～10％；
1.2 电气化铁道及城市轨道交通行业
➢电力牵引负荷
⏹电力牵引负荷的电气特性
✧电压波动和闪变：对特定的牵引变电站来说，仅当机车通过时属于带载运行，其余时段则
相当于空载。

因此，机车牵引负荷属于大容量冲击性负荷。

对于特定的机车来说，其负荷呈现明显的时变特性，负荷大小与机车的载重量、线路坡度、牵引或再生制动的运行方式密切相关，负荷的大幅度变化导致牵引变电站母线出现剧烈的电压波动和闪变。

✧谐波问题严重：电力机车通常采用单相整流供电方式，负荷电流中的谐波含量非常丰富，
包括全部的奇次谐波，因此牵引变电站大都需要装设滤波器。

✧功率因数低下：电力机车属于典型的感性无功负载，起动和制动时消耗的无功功率较大。

同时，变电站空载时会出现“无功反送”现象。

由于电力部门对无功计量普遍采用“反送正计”的政策。

据统计，牵引变电站的月平均功率因数一般在0.6～0.8左右，每年需要面临来自电力部门的巨额罚款。

✧三相不平衡：电气化铁路属于典型的单相负荷，负序问题严重是牵引负荷的一个典型电气
特征。

⏹推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器
根据实际测算或者估算的补偿容量，选择相应的TSVC静止型动态无功补偿器，滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。

如下图所示：
⏹用户收益
✧抑制电压波动和闪变；
✧提高功率因数，降低网络损耗；
✧实时跟踪无功变化，避免无功倒送；
✧实现平衡化补偿，消除三相不平衡；
✧响应速度快，能够消除谐波注入及变化；
1.3 供热行业
⏹负荷分析
主要是采用变频传动的锅炉,运行时产生大量的谐波。

⏹推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案
在低压系统，配置无源滤波器补偿低次谐波和无功功率，配置动态有源滤波器集中补偿高次谐波，以达到最佳的治理效果。

⏹用户收益
✧有效提升功率因数，避免罚款；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧彻底滤除谐波，提高电机的运行效率；
✧消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性；
1.4 制药行业
⏹负荷分析
主要是空压机、泵类负载。

负荷波动不大，但功率因数较低，一般只有0.8左右，谐波含量较小。

⏹推荐方案：TPVC高压并联无功补偿器
在高压侧作无功集中补偿。

⏹用户收益
✧提高功率因数，避免电力罚款；
✧降耗节能，降低生产成本；
1.5 矿业行业
本行业中，广泛使用矿井提升机、各类粉碎机、破碎机、球磨机、电铲类负载等。

➢提升机
⏹负荷特性
✧典型的时变负载，有功和无功功率波动大，容易导致电压波动和闪变；
✧传动装置的变频器产生大量谐波；
✧功率因数低下；
⏹推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器
根据实测或者估算的补偿容量选择相应的TSVC静止型动态无功补偿器，滤波通道一般配置3次、5次、7次和11次。

如下图所示：
⏹用户收益
✧提高电压质量；电压质量的好坏直接关系电气设备的安全运行.提升机直流系统向电网注入
谐波电流,使电压正弦波形发生畸变,并引起晶闸管电路触发不同步,电动机力矩不稳,电网谐
振等事故，提升机等大功率负载频繁起动,无功冲击导致电网电压产生波动,对井上下电器设
备产生干扰。

✧减少损耗，提高主变压器利用率；在未投动补滤波装置时，电网自然功率因数很低，负载
所需的有功功率和无功功率均由电网提供，使变压器和电网线路的损耗增加，同时带负荷
能力降低。

投入动补滤波装置后，电网和主变压器仅传输有功功率，可提高效率，减少损
耗。

✧调控运行，防止过补；以往在煤矿地面变电所设计中，通常在6/10kV母线并接电容器组，
对电网进行固定式补偿。

由于提升机为短时循环工作制的负载，一个提升机循环分为加速、等速、减速和休止几个工作状态，各阶段所需功率均不同，而电容器组只能输出恒定无功
功率，造成有时无功不够，有时过补现象。

采用TCR动态补偿，可根据负载无功的变化
进行动态补偿，使电网始终处于最佳状态。

1.6 电力系统行业
➢远距离电力传输
全球电力目前正在趋向长距离输电，同时带来的问题是高能量损耗。

⏹推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器
TSVC应用于远距离输电，可以明显提高电力系统输配电性能，这已在世界范围内得到了广泛的证明，即当在不同的电网条件下，为保持一个平衡的电压时，可在电网的一处或多处适合的位置上安装TSVC静止型动态无功补偿器。

⏹用户收益
✧稳定弱系统电压
✧减少传输损耗
✧增加传输能力，使现有电网发挥最大效率
✧提高瞬变稳态极限
✧增加小干扰下的阻尼
✧增强电压控制及稳定性
✧缓冲功率振荡
➢变电站
在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保障母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。

⏹推荐方案：TSVC静止型动态无功补偿器
TSVC静止型动态无功补偿器可以快速精确地进行容性及感性无功补偿，在稳定母线电压，提高功率因数的同时，彻底地解决了无功倒送问题。

并且，安装新的TSVC时，可以充分利用原有的固定电容器组，只需增加晶闸管相控电抗器(TCR)部分即可，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效方法。

1.7 有色金属行业
有色金属提炼和化工行业都要使用电解这一工艺，因而离不开大功率的整流装置。

➢大功率整流器
⏹负荷特性
✧负荷波动较小；
✧对大功率三相全控桥6脉整流装置来说，由整流装
置产生的谐波占基波的25-33%，产生的特征谐波为
6N±1次，即在网侧的特征次数为5 、7、11、13、
17 、19、23 、25 次等，以5、7 次谐波分量最大，
依次递减。

整流变压器组带移相绕组并联运行可组
成12脉波，网侧特征次数为11 次、13 次、23 次、
25 次等，以11 次、13 次最大；
✧谐波对整流器的影响；整流变压器绕组在谐波作用下损耗和发热增加；整流器在运行中自
身是谐波源，但同时其触发控制系统又受到电压谐波的影响，整流器的换相过程会使电压
出现“缺口”，影响电压过零点的检测，影响控制触发的同步；
✧谐波使绝缘加速老化，增加电缆发生故障的概率；
✧对重合闸影响，高次谐波使电弧熄灭时间明显延迟，导致单相重合闸失败或者对单相重合
闸采用较长的无电时间，对系统运行的稳定性不利。

✧功率因数低下；
⏹推荐方案：TPPF无源滤波器
一般来说，在系统较大的电网，采用TPPF无源滤波装置即可滤除其特征谐波，满足治理的目标。

如果电网系统小，谐波治理的目标要求高，除安装大容量无源滤波装置外，可以混合使用小容量的有源滤波器TAPF，以达到电能质量治理的较高要求。

对于不同接线方式的整流装置系统，我们的专业滤波补偿装置有不同的针对性设计，经过现场的测试，可为用户“量身定做”，采取最符合现场实际的治理方案。

⏹用户收益
✧提高功率因数，避免电力罚款，减小生产成本；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧减小谐波对整流变的影响，保障供电的可靠性和安全性；
✧减小谐波对工艺过程控制系统的影响，保障用户产品的质量；
1.8 硅材料加工行业
近年来，各种晶体材料特别是以单晶硅、铸锭硅、高
纯硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的
发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为
全球经济发展中增长最快的先导产业。

常用的负载炉型
有：单晶炉、真空炉、多晶炉、中频炉等。

其生产工艺通
常分为熔融加热和直流加热，熔融加热多采用中频加热
炉，直拉式单晶多采用直流加热炉。

但不论是中频炉还是
单晶炉均采用半导体可控整流方式，会产生非常大的电流
谐波，对电网造成谐波污染，使得精密仪器精度失准甚至
误动作，破坏了系统的无功补偿，造成系统供电损耗的增
加及损坏补偿电容器等，对于单晶硅复杂的生产过程以及后期的精密加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题。

➢铸锭炉
⏹负荷特性
✧负载谐波含量大。

总失真度高达30%，但主要集中在5、7、11、13、17、19次，其中又以
5、7、11次最为严重。

✧属于波动性负载，波动迅速频繁；运用传统的无源滤波器根本满足不了快速跟踪的要求；
✧功率因数较低，一般0.8左右；
⏹推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案
采用混合并联型动态滤波补偿方案，TPPF无源滤波器补偿低次次谐波和无功，剩下的高次谐波由TAPF有源电力滤波器来承担，将会收到良好的效果。

⏹用户收益
✧提高功率因数，避免电力罚款，减小生产成本；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧消除系统谐振隐患，保障供电系统的安全性和可靠性
✧稳定系统电压，提高供电质量，提高生产效率；
✧减小谐波对变压器的影响，保障供电的可靠性和安全性；
✧减小谐波对工艺过程控制系统的影响，保障用户产品的高质量；
➢中频炉
⏹负荷特性
✧负载谐波含量大，总失真度最高达到了30%以上；
✧基本上属于稳定负载，仅在出炉、升温时会有波动，谐波主要集中在5、7、11、13、17、
19、23次，其中又以5、7、11次最为严重；
✧中频炉一般运行在1KHz～2KHz，因此谐波的频谱范围很宽，不仅存在大量低次谐波，如5、
7、11次等，大于25次的高次谐波也大量存在，具体表现在系统电压上含有大量毛刺；
✧功率因数非常低，一般在0.7左右，面临高额无功罚款；
✧中频电源的前级整流电路在换流时刻会产生很大的电压缺口，失真度严重超标，供电电源
质量很差；
⏹推荐方案：TPPF无源滤波器
一般建议采用无源滤波器，其结构简单、成本低、运行维护方便。

在有特殊要求的场合下，采用混合并联型动态滤波补偿方案，TPPF无源滤波器补偿低次次谐波和无功，剩下的高次谐波由TAPF 有源滤波器来承担，将会收到良好的效果。

⏹用户收益
✧提高功率因数，避免电力罚款；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧消除系统谐振隐患，保障供电系统的安全性和可靠性
✧稳定系统电压，缩短冶炼时间，提高生产效率；
✧减小谐波对中频电源和变压器的影响，保障供电的可靠性和安全性；
✧减小谐波对工艺过程控制系统、计量仪表的影响，保障用户产品的质量；
1.9 石化行业
⏹负荷分析
石化行业常采用中低压变频与调速的钻
机、潜油泵、风机等炼制环节的蒸馏、裂解、
催化、加氢、糠醛等生产线（变频器与UPS），
聚酯切片类负载、焦化翻斗车等设备。

石化企业低压配电系统主要谐波源有：机
泵的变频调速装置；不间断电源装置；变电所
用直流电源成套设备；电动机的软起动设备；
新型照明灯具（节能灯、采用电子镇流器的日
光灯）
用于对一级负荷中特别重要的负荷供电，
这些负荷包括：工艺过程控制DCS系统，配电系统的微机监控系统，火灾报警系统以及工厂智能化信息管理系统等。

目前存在的主要问题是：1、低压运行功率因数偏低，无功功率消耗较大，需要投入电容补偿，但谐波污染导致电容器投入运行时引起谐振从而造成电容器数倍于自身额定容量的过载损坏，影响到系统的正常运行，因而现行的补偿方法为高压集中补偿，以满足供电部门所要求的功率因数指标。

2、大量谐波串入高压侧将导致其他重要的负荷如DCS系统、监控系统等出现异常，影响正常生产生活。

⏹推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案
针对所有低压系统，配置带有滤波功能的电容补偿装置，以吸收系统中主要的谐波分量；在污染严重的低压系统，配置不同滤波系数的组合无源滤波器；在重点负荷，配置动态有源滤波器，以达到最佳的治理效果。

⏹用户收益
✧消除系统谐波影响；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧提高功率因数，避免无功罚款；
✧增加电容器使用寿命；
✧可以减少变压器、电缆、电机的发热，增加其使用寿命，延长设备运行的平均无故障时间，
降低维护、维修及更换设备的费用
✧消除系统谐振隐患，保障供电系统的安全性和可靠性；
✧稳定电压，减小谐波对工艺过程控制系统的干扰；
✧保障重要敏感设备安全稳定运行；
1.10 烟草行业
⏹负荷分析
卷烟厂的负荷种类多，包括：
生产设备：制丝生产线、卷机包生产线、装封箱等生产线上的生产设备；这些生产设备均为变频驱动设备，谐波污染严重。

动力中心负载：包括风机、水泵等。

有大量的变频设备，谐波污染严重。

谐波对自动化生产设备的影响不容忽视，由于负序谐波的存在使电机的效率降低，并会造成严重的电能浪费。

⏹推荐方案：TPPF无源滤波器+TAPF有源滤波器集中滤波方案
针对所有低压系统，配置带有滤波功能的电容补偿装置，以吸收系统中主要的谐波分量；在污染严重的低压系统，配置不同滤波系数的组合无源滤波器；在重点负荷，配置动态有源滤波器，以达到最佳的治理效果。

⏹用户收益
✧有效提升功率因数，避免罚款；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧滤除谐波，保障自动化生产设备的安全可靠运行，提高电机的运行效率；
✧消除系统谐振隐患，保证供电系统的安全性和可靠性；
✧可以减少变压器、电缆、电机的发热，增加其使用寿命，延长设备运行的平均无故障时间，
降低维护、维修及更换设备的费用
1.11 水泥行业
⏹负荷分析
水泥企业是一种高耗电企业，其用电成本约占水泥总成本的三分之一，其中电动机的耗能占总负荷90%以上，电动机节能至关重要。

目前小功率通用型变频器在国内水泥厂已普遍应用，大功率高压的泵类和风机负载也开始采用了大功率高压变频器。

与此同时，变频器的大量使用也带来了严重的谐波问题。

治理好谐波问题，有利于提高供电系统的安全性和可靠性，有利于降低整个配电系统的电力损耗。

⏹推荐方案：TPPF无源滤波器集中滤波方案
在高压或低压系统，配置不同滤波系数的组合无源滤波器；根据投资情况在谐波污染严重的场合下配置动态有源滤波器集中补偿，以达到最佳的治理效果。

⏹用户收益
✧有效提升功率因数，避免罚款；
✧降耗节能，降低生产成本；
✧彻底滤除谐波，保障自动化生产设备的安全可靠运行，提高电机的运行效率；。