摘要: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。
关键词:变电站 电能质量 监测分析
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。
这种现象在山东荷泽110 kV成武站表现十分严重,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10 kV母线的电能质量进行连续的监测。
1 110 kV成武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年荷泽供电公司建立了变电站电能质量在线监测系统,并选择谐波问题严重的110 kV成武变电站进行实时在线监测。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:
·三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率;
·三相电压、电流总谐波畸变率;
·三相有功、无功功率及其方向;
·总的有功、无功功率,功率因数及相位移功率因数;
·电网频率、线电压、电压偏差;
·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110 kV成武变电站10 kV II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31.5 MVA,110 kV母线、35 kV母线、10 kV母线均分段并列运行,有并联补偿电容器一组,容量为2700 kvar,正常运行方式为#2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报表,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报表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为:6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置,10 kV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 从各次谐波电压畸变率水平报表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,主要谐波频谱为:3、5、7、9次,这为谐波治理提供了基础数据。
④ 根据①②③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10 kV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10 kV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,10 kV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10 kV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、调压及变频可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110 kV成武站来说,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,应改进自动化装置的制作工艺和工作原理,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,可以装用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:限制均衡的三次谐波,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,就会获得一个纯的正弦波。这种滤波设备的工作,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110 kV站的电能质量状况,对该站采取了一系列措施:
·在10 kV TV、35 kV TV的一次侧中性点加装非线性电阻;
·在10 kV母线加装消谐装置;
·在#2主变35 kV侧中性点加装消谐装置;
·改变10 kV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,迫切需要加强对电网电能质量进行监测和综合分析,掌握电网的电能质量水平与状况,依照国家标准进行在线评估采用统计规律,从而使电能质量指标参数供给广大电力工作者、用户以及决策领导层进行分析应用,采取防范措施,限制强干扰源(如谐波源),从而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。