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电网电能质量的监测与分析

来源::未知 | 作者:admin | 本文已影响
  【关键词】分析,监测,质量,电压,电能,电网,

  随着经济的快速发展,电网中非线性负荷用户的比例不断提高,由此而产生的供电电能质量严重下降,表现得越来越突出。电能质量严重超标正在大范围的污染供电环境,危及电网及其供电设备的安全稳定运行,严重的影响电力企业及广大用户的经济效益。
  这种现象在北京孙河220kV变电站表现十分严重,它不但使变电设备的安全运行无法保证,而且影响到当地的企业生产用电和居民生活用电。为此2002年在该站安装了电能质量监测系统,对10kV母线的电能质量进行了连续的监测。
  
  1孙河220kV变电站电能质量在线监测系统介绍
  
  为了加强对电能质量的管理和监控,2002年在孙河220kV变电站建立了电能质量在线监测系统,进行实时在线监测。此前,该站经常烧TV保险,曾多次发生过TV爆炸的事故,存在严重的谐振现象。
  采用电能质量在线监测仪进行实时监测,该装置主要有以下几种监测和统计功能:
  (1) 三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率;
  (2) 三相电压、电流总谐波畸变率;
  (3) 三相有功、无功功率及其方向;
  (4) 总的有功功率、无功功率,功率因数及相位移功率因数;
  (5) 电网频率、线电压、电压偏差;
  (6) 电压不平衡度、负序电压、负序电流。
  电能质量在线监测单元,安装在220kV孙河变电站10kVII段母线,服务器安装在监控中心,是集通讯/数据库/Web发布于一体的服务器,与变电站监控单元间通过光纤进行通讯传输数据,同时监控数据通过Web服务器对MIS系统开放,支持Web浏览方式,做到数据共享,公司所有局域网内的微机,均可通过Web浏览进行访问,查看电能质量分析的各种报表和数据,了解监测点的电压、电流波形、各次电流电压的谐波分量等电能质量情况。
  
  2变电站概况及监测结果
  
  该变电站有主变压器2台,容量均为180MVA,220kV母线、110kV母线、10kV母线均分段并列运行,有并联补偿电容器一组,容量为2700kvar,正常运行方式为2号主变带全站负荷。负荷主要是周围一些工厂的工业用电、城市生活用电及周围农业负荷。工业用电主要集中棉厂、纱厂、变压器厂、化工厂和木材加工厂等,这些也是该站主要的谐波源。
  经过3个月的连续监测,对数据进行了统计,该监测点监测数据的部分统计,见表1~6。

  3对电能质量的分析
  
  根据监测数据和结果分析:
  (1) 从谐波电压总畸变率表4可看出,该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%,实际情况为三相总畸变依次是:6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置,10kV电容器应进行容量及参数计算,适当改变电容参数,避免产生谐振,防止谐波对电容器造成损坏。对该站以后新增负荷时,应严格控制谐波源,以避免谐波分量进一步提高,给电网造成较大的安全隐患。
  (2) 从各次谐波电压含有率水平表1可见:3次谐波含有率较高,A相为6.7%,其次是5、7次谐波,这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择,有重要的参考价值。
  (3) 谐波电流均不超标,主要谐波频次为:3、5、7、9次,这为谐波治理提供了基础数据。
  (4) 根据上述分析可判断,该监测点存在严重的3次谐波谐振现象,应改变系统运行方式,分析并联补偿电容器对谐波的影响。
  (5) 根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断,该站10kV母线安装的并联无功补偿装置,其基波无功功率偏大(各种工况下功率因数基本保持1,某些工况下出现少量的无功倒送),因此,整体10kV母线电压偏高。
  (6) 根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断,检测中出现过大的电网冲击,10kV母线接有大的冲击性负荷,或出现B相经中间物接地现象(出现过很高的零序、负序电压)。
  (7) 根据电压偏差可知各相电压合格率:A相2.69%、B相97.8%、C相94.6%,A相合格率较低,且绝大部分为正偏差。
  由以上分析可看出,该变电站存在严重的谐波污染,3次谐波存在谐振,并且10kV并联补偿电容器对谐波有放大作用,应调整其运行参数。
  
  4影响电能质量的因素及其对策
  
  影响电能质量的主要因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器,它们可分为以下几类:
  (1) 电力电子装置,这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频过程中产生大量的谐波;
  (2) 电弧炉,如炼钢用的交流电弧炉;
  (3) 家用电器,如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等;
  (4) 高新技术应用的多种设备,如电子计算机、功率调节器、节能灯等。
  对220kV孙河站来说,周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源,其次是大量城市生活用电设备等。
  谐波不但影响用户设备的正常运行,而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响,要从改进自动化装置的制作工艺和工作原理入手,加强装置的抗干扰能力,防止装置误动作。但这对改善电网的电能质量并无任何作用,只能是减少电网谐波对自动化装置影响,因此电能质量的治理,应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数,降低或消除谐波谐振。
  (1) 对于电动机控制器产生的谐波,谐波的形状很分明,可以装设谐波滤波器来降低谐波电流。
  (2) 对于特殊需要的用户,可装用隔离变压器:限制均衡的3次谐波,可以采用一台D,yn接法的隔离变压器。
  (3) 安装有源的谐波调节器:在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流,就会获得一个理想的正弦波。这种滤波设备,靠数字信号处理(DSP)技术,控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作,它只控制谐波电流,基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器正在日益推广应用。
  (4) 对于电网,应优化电网参数,改变运行方式,优化无功补偿的安装地点、方式和容量,消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。
  为了改善220kV站的电能质量状况,对该站采取了一系列措施:
  ①在10kV TV、110kV TV的一次侧中性点加装非线性电阻;
  ②在10kV母线加装消谐装置;
  ③在2号主变110kV侧中性点加装消谐装置;
  ④改变10kV并联补偿电容器的参数,消除谐振,减少对谐波的放大作用。
  经过治理,现在已很少烧TV保险,也没有发生TV爆炸事故,而且电能质量状况较以前有较大的改善。
  
  5结束语
  
  为了保护电网的安全运行和用户的安全用电,针对目前电网电能质量严重超标且正在大范围的污染供电环境,危及电网及其供电设备的安全稳定运行的问题,对典型变电站电能质量进行了实测和综合分析,并采取了有效的防范措施,取得了成效,从而限制了污染电网的强干扰源(如谐波源),确保电力系统的安全、可靠、经济运行,保护电力用户的合法权益。

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