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電網(wǎng)電能質(zhì)量的監測與分析
【關(guān)鍵詞】分析,監測,質(zhì)量,電壓,電能,電網(wǎng),隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)中非線(xiàn)性負荷用戶(hù)的比例不斷提高，由此而產(chǎn)生的供電電能質(zhì)量嚴重下降，表現得越來(lái)越突出。電能質(zhì)量嚴重超標正在大范圍的污染供電環(huán)境，危及電網(wǎng)及其供電設備的安全穩定運行，嚴重的影響電力企業(yè)及廣大用戶(hù)的經(jīng)濟效益。
這種現象在北京孫河220kV變電站表現十分嚴重，它不但使變電設備的安全運行無(wú)法保證，而且影響到當地的企業(yè)生產(chǎn)用電和居民生活用電。為此2002年在該站安裝了電能質(zhì)量監測系統，對10kV母線(xiàn)的電能質(zhì)量進(jìn)行了連續的監測。
1孫河220kV變電站電能質(zhì)量在線(xiàn)監測系統介紹
為了加強對電能質(zhì)量的管理和監控，2002年在孫河220kV變電站建立了電能質(zhì)量在線(xiàn)監測系統，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。此前，該站經(jīng)常燒TV保險，曾多次發(fā)生過(guò)TV爆炸的事故，存在嚴重的諧振現象。
采用電能質(zhì)量在線(xiàn)監測儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，該裝置主要有以下幾種監測和統計功能：
(1) 三相各次諧波電壓、電流及其諧波含有率；
(2) 三相電壓、電流總諧波畸變率；
(3) 三相有功、無(wú)功功率及其方向；
(4) 總的有功功率、無(wú)功功率，功率因數及相位移功率因數；
(5) 電網(wǎng)頻率、線(xiàn)電壓、電壓偏差；
(6) 電壓不平衡度、負序電壓、負序電流。
電能質(zhì)量在線(xiàn)監測單元，安裝在220kV孫河變電站10kVII段母線(xiàn)，服務(wù)器安裝在監控中心，是集通訊/數據庫/Web發(fā)布于一體的服務(wù)器，與變電站監控單元間通過(guò)光纖進(jìn)行通訊傳輸數據，同時(shí)監控數據通過(guò)Web服務(wù)器對MIS系統開(kāi)放，支持Web瀏覽方式，做到數據共享，公司所有局域網(wǎng)內的微機，均可通過(guò)Web瀏覽進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，查看電能質(zhì)量分析的各種報表和數據，了解監測點(diǎn)的電壓、電流波形、各次電流電壓的諧波分量等電能質(zhì)量情況。
2變電站概況及監測結果
該變電站有主變壓器2臺，容量均為180MVA，220kV母線(xiàn)、110kV母線(xiàn)、10kV母線(xiàn)均分段并列運行，有并聯(lián)補償電容器一組，容量為2700kvar，正常運行方式為2號主變帶全站負荷。負荷主要是周?chē)恍┕S(chǎng)的工業(yè)用電、城市生活用電及周?chē)r業(yè)負荷。工業(yè)用電主要集中棉廠(chǎng)、紗廠(chǎng)、變壓器廠(chǎng)、化工廠(chǎng)和木材加工廠(chǎng)等，這些也是該站主要的諧波源。
經(jīng)過(guò)3個(gè)月的連續監測，對數據進(jìn)行了統計，該監測點(diǎn)監測數據的部分統計，見(jiàn)表1～6。
3對電能質(zhì)量的分析
根據監測數據和結果分析：
(1) 從諧波電壓總畸變率表4可看出，該監測點(diǎn)諧波電壓總畸變率嚴重超標。國家標準為4%，實(shí)際情況為三相總畸變依次是：6.89%、6.50%、7.24%。對于并聯(lián)無(wú)功補償裝置，10kV電容器應進(jìn)行容量及參數計算，適當改變電容參數，避免產(chǎn)生諧振，防止諧波對電容器造成損壞。對該站以后新增負荷時(shí)，應嚴格控制諧波源，以避免諧波分量進(jìn)一步提高，給電網(wǎng)造成較大的安全隱患。
(2) 從各次諧波電壓含有率水平表1可見(jiàn)：3次諧波含有率較高，A相為6.7%，其次是5、7次諧波，這對并聯(lián)無(wú)功補償電容器串聯(lián)電抗百分數的選擇，有重要的參考價(jià)值。
(3) 諧波電流均不超標，主要諧波頻次為：3、5、7、9次，這為諧波治理提供了基礎數據。
(4) 根據上述分析可判斷，該監測點(diǎn)存在嚴重的3次諧波諧振現象，應改變系統運行方式，分析并聯(lián)補償電容器對諧波的影響。
(5) 根據無(wú)功功率數據大小、方向及功率因數判斷，該站10kV母線(xiàn)安裝的并聯(lián)無(wú)功補償裝置，其基波無(wú)功功率偏大（各種工況下功率因數基本保持1，某些工況下出現少量的無(wú)功倒送），因此，整體10kV母線(xiàn)電壓偏高。
(6) 根據基波電壓最大最小值、電壓偏差最大最小值、零序負序電壓最大值、總諧波電壓畸變率最大值、各次諧波電壓、電流含量最大值、閃變最大值等參數判斷，檢測中出現過(guò)大的電網(wǎng)沖擊，10kV母線(xiàn)接有大的沖擊性負荷，或出現B相經(jīng)中間物接地現象（出現過(guò)很高的零序、負序電壓）。
(7) 根據電壓偏差可知各相電壓合格率：A相2.69%、B相97.8%、C相94.6%，A相合格率較低，且絕大部分為正偏差。
由以上分析可看出，該變電站存在嚴重的諧波污染，3次諧波存在諧振，并且10kV并聯(lián)補償電容器對諧波有放大作用，應調整其運行參數。
4影響電能質(zhì)量的因素及其對策
影響電能質(zhì)量的主要因素是各種非線(xiàn)性用電設備、變壓器和各類(lèi)鐵心電抗器，它們可分為以下幾類(lèi)：
(1) 電力電子裝置，這是最嚴重的諧波源。這些裝置在整流、逆變、調壓及變頻過(guò)程中產(chǎn)生大量的諧波；
(2) 電弧爐，如煉鋼用的交流電弧爐；
(3) 家用電器，如日光燈、電視機、調速風(fēng)扇、空調、電冰箱等；
(4) 高新技術(shù)應用的多種設備，如電子計算機、功率調節器、節能燈等。
對220kV孫河站來(lái)說(shuō)，周?chē)S(chǎng)的大量電力電子設備、各種大容量電動(dòng)機是其最主要的諧波源，其次是大量城市生活用電設備等。
諧波不但影響用戶(hù)設備的正常運行，而且對電網(wǎng)設備和自動(dòng)化裝置有很大的影響。諧波對電網(wǎng)自動(dòng)化裝置的影響，要從改進(jìn)自動(dòng)化裝置的制作工藝和工作原理入手，加強裝置的抗干擾能力，防止裝置誤動(dòng)作。但這對改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量并無(wú)任何作用，只能是減少電網(wǎng)諧波對自動(dòng)化裝置影響，因此電能質(zhì)量的治理，應加強對用戶(hù)諧波源的治理和改變電網(wǎng)參數，降低或消除諧波諧振。
(1) 對于電動(dòng)機控制器產(chǎn)生的諧波，諧波的形狀很分明，可以裝設諧波濾波器來(lái)降低諧波電流。
(2) 對于特殊需要的用戶(hù)，可裝用隔離變壓器：限制均衡的3次諧波，可以采用一臺D，yn接法的隔離變壓器。
(3) 安裝有源的諧波調節器：在工作時(shí)注入一個(gè)電流來(lái)精確地補償由負荷產(chǎn)生的諧波電流，就會(huì )獲得一個(gè)理想的正弦波。這種濾波設備，靠數字信號處理(DSP)技術(shù)，控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設備是與供電系統并聯(lián)工作，它只控制諧波電流，基波電流并不流過(guò)濾波器。目前有源濾波器正在日益推廣應用。
(4) 對于電網(wǎng)，應優(yōu)化電網(wǎng)參數，改變運行方式，優(yōu)化無(wú)功補償的安裝地點(diǎn)、方式和容量，消除電網(wǎng)諧振或減小電網(wǎng)對諧波的放大作用。
為了改善220kV站的電能質(zhì)量狀況，對該站采取了一系列措施：
�、僭�10kV TV、110kV TV的一次側中性點(diǎn)加裝非線(xiàn)性電阻；
�、谠�10kV母線(xiàn)加裝消諧裝置；
�、墼�2號主變110kV側中性點(diǎn)加裝消諧裝置；
�、芨淖�10kV并聯(lián)補償電容器的參數，消除諧振，減少對諧波的放大作用。
經(jīng)過(guò)治理，現在已很少燒TV保險，也沒(méi)有發(fā)生TV爆炸事故，而且電能質(zhì)量狀況較以前有較大的改善。
5結束語(yǔ)
為了保護電網(wǎng)的安全運行和用戶(hù)的安全用電，針對目前電網(wǎng)電能質(zhì)量嚴重超標且正在大范圍的污染供電環(huán)境，危及電網(wǎng)及其供電設備的安全穩定運行的問(wèn)題，對典型變電站電能質(zhì)量進(jìn)行了實(shí)測和綜合分析，并采取了有效的防范措施，取得了成效，從而限制了污染電網(wǎng)的強干擾源（如諧波源），確保電力系統的安全、可靠、經(jīng)濟運行，保護電力用戶(hù)的合法權益。
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