變電站電能質(zhì)量的監(jiān)測與分析

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負(fù)荷用戶的比例不斷提高，由此而產(chǎn)生的供電電能質(zhì)量嚴(yán)重下降，表現(xiàn)得越來越突出。電能質(zhì)量嚴(yán)重超標(biāo)正在大范圍的污染供電環(huán)境，危及電網(wǎng)及其供電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重的影響電力企業(yè)及廣大用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

　　這種現(xiàn)象在山東荷澤110 kV成武站表現(xiàn)十分嚴(yán)重，它不但使變電設(shè)備的安全運(yùn)行無法保證，而且影響到當(dāng)?shù)氐钠髽I(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(jiān)測系統(tǒng)，對10 kV母線的電能質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測。

　　1 110 kV成武站電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

　　為了加強(qiáng)對電能質(zhì)量的管理和監(jiān)控，2002年荷澤供電公司建立了變電站電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，并選擇諧波問題嚴(yán)重的110 kV成武變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。此前，該站經(jīng)常燒TV保險(xiǎn)，曾多次發(fā)生過TV爆炸的事故，存在嚴(yán)重的諧振現(xiàn)象。

　　采用電能質(zhì)量在線監(jiān)測儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，該裝置主要有以下幾種監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)功能：

　　·三相各次諧波電壓、電流及其諧波含有率；

　　·三相電壓、電流總諧波畸變率；

　　·三相有功、無功功率及其方向；

　　·總的有功、無功功率，功率因數(shù)及相位移功率因數(shù)；

　　·電網(wǎng)頻率、線電壓、電壓偏差；

　　·電壓不平衡度、負(fù)序電壓、負(fù)序電流。

　　電能質(zhì)量在線監(jiān)測單元，安裝在110 kV成武變電站10 kV II段母線，服務(wù)器安裝在監(jiān)控中心，是集通訊/數(shù)據(jù)庫/Web發(fā)布于一體的服務(wù)器，與變電站監(jiān)控單元間通過光纖進(jìn)行通訊傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過Web服務(wù)器對MIS系統(tǒng)開放，支持Web瀏覽方式，做到數(shù)據(jù)共享，公司所有局域網(wǎng)內(nèi)的微機(jī)，均可通過Web瀏覽進(jìn)行訪問，查看電能質(zhì)量分析的各種報(bào)表和數(shù)據(jù)，了解監(jiān)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(jiān)測結(jié)果

　　該變電站有主變壓器2臺(tái)，容量均為31.5 MVA，110 kV母線、35 kV母線、10 kV母線均分段并列運(yùn)行，有并聯(lián)補(bǔ)償電容器一組，容量為2700 kvar，正常運(yùn)行方式為#2主變帶全站負(fù)荷。負(fù)荷主要是周圍一些工廠的工業(yè)用電、城市生活用電及周圍農(nóng)業(yè)負(fù)荷。工業(yè)用電主要集中棉廠、紗廠、變壓器廠、化工廠和木材加工廠等，這些也是該站主要的諧波源。

　　經(jīng)過3個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，該監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的部分統(tǒng)計(jì)報(bào)表，見表1~6。

　　3 對電能質(zhì)量的分析

　　根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)果分析：

　　① 從諧波電壓總畸變率報(bào)表4可看出，該監(jiān)測點(diǎn)諧波電壓總畸變率嚴(yán)重超標(biāo)。國家標(biāo)準(zhǔn)為4%，實(shí)際情況為三相總畸變依次為：6.89%、6.50%、7.24%。對于并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置，10 kV電容器應(yīng)進(jìn)行容量及參數(shù)計(jì)算，適當(dāng)改變電容參數(shù)，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(fù)荷時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制諧波源，以免諧波分量進(jìn)一步提高，給電網(wǎng)造成較大的安全隱患。

　　② 從各次諧波電壓畸變率水平報(bào)表1可見：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)無功補(bǔ)償電容器串聯(lián)電抗百分?jǐn)?shù)的選擇，有重要的參考價(jià)值。

　　③諧波電流均不超標(biāo)，主要諧波頻譜為：3、5、7、9次，這為諧波治理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　④ 根據(jù)①②③可判斷，該監(jiān)測點(diǎn)存在嚴(yán)重的3次諧波諧振現(xiàn)象，應(yīng)改變系統(tǒng)運(yùn)行方式，分析并聯(lián)補(bǔ)償電容器對諧波的影響。

　　⑤根據(jù)無功功率數(shù)據(jù)大小、方向及功率因數(shù)判斷，該站10 kV母線安裝的并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置，其基波無功功率偏大（各種工況下功率因數(shù)基本保持1，某些工況下出現(xiàn)少量的無功倒送），因此，整體10 kV母線電壓偏高。

　　⑥根據(jù)基波電壓最大最小值、電壓偏差最大最小值、零序負(fù)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(shù)判斷，檢測中出現(xiàn)過大的電網(wǎng)沖擊，10 kV母線接有大的沖擊性負(fù)荷，或出現(xiàn)B相經(jīng)中間物接地現(xiàn)象（出現(xiàn)過很高的零序、負(fù)序電壓）。

　　⑦根據(jù)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(yán)重的諧波污染，3次諧波存在諧振，并且10 kV并聯(lián)補(bǔ)償電容器對諧波有放大作用，應(yīng)調(diào)整其運(yùn)行參數(shù)。

　　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性用電設(shè)備、變壓器和各類鐵心電抗器，它們可分為以下幾類：①電力電子裝置，這是最嚴(yán)重的諧波源。這些裝置在整流、逆變、調(diào)壓及變頻可程中產(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(jī)、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)、電冰箱等；④高新技術(shù)應(yīng)用的多種設(shè)備，如電子計(jì)算機(jī)，功率調(diào)節(jié)器、節(jié)能燈等。對110 kV成武站來說，周圍工廠的大量電力電子設(shè)備、各種大容量電動(dòng)機(jī)是其最主要的諧波源，其次是大量城市生活用電設(shè)備等。

　　諧波不但影響用戶設(shè)備的正常運(yùn)行，而且對電網(wǎng)設(shè)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，應(yīng)改進(jìn)自動(dòng)化裝置的制作工藝和工作原理，加強(qiáng)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(yīng)加強(qiáng)對用戶諧波源的治理和改變電網(wǎng)參數(shù)，降低或消除諧波諧振。

　　①對于電動(dòng)機(jī)控制器產(chǎn)生的諧波，諧波的形狀很分明，可以裝用諧波濾波器來降低諧波電流。

　　②對于特殊需要的用戶，可裝用隔離變壓器：限制均衡的三次諧波，可以采用一臺(tái)D，yn接法的隔離變壓器。

　　③安裝有源的諧波調(diào)節(jié)器：在工作時(shí)注入一個(gè)電流來精確地補(bǔ)償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，就會(huì)獲得一個(gè)純的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作，靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)，控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因?yàn)樵O(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作，它只控制諧波電流，基波電流并不流過濾波器。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用。

　　④對于電網(wǎng)，應(yīng)優(yōu)化電網(wǎng)參數(shù)，改變運(yùn)行方式，優(yōu)化無功補(bǔ)償?shù)陌惭b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110 kV站的電能質(zhì)量狀況，對該站采取了一系列措施：

　　·在10 kV TV、35 kV TV的一次側(cè)中性點(diǎn)加裝非線性電阻；

　　·在10 kV母線加裝消諧裝置；

　　·在#2主變35 kV側(cè)中性點(diǎn)加裝消諧裝置；

　　·改變10 kV并聯(lián)補(bǔ)償電容器的參數(shù)，消除諧振，減少對諧波的放大作用。

　　經(jīng)過治理，現(xiàn)在已很少燒TV保險(xiǎn)，也沒有發(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(jié)束語

　　為了保護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和用戶的安全用電，迫切需要加強(qiáng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測和綜合分析，掌握電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平與狀況，依照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行在線評估采用統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而使電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)供給廣大電力工作者、用戶以及決策領(lǐng)導(dǎo)層進(jìn)行分析應(yīng)用，采取防范措施，限制強(qiáng)干擾源（如諧波源），從而確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保護(hù)電力用戶的合法權(quán)益。