通辽平鲁俊昌村电能质量治理综合方案书.docx
《通辽平鲁俊昌村电能质量治理综合方案书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通辽平鲁俊昌村电能质量治理综合方案书.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
通辽平鲁俊昌村电能质量治理综合方案书
编制：
吴景芳
校对：
审核：
2015年11月
基本信息表
表格编号
测试时间
2015.10.23
测试目的
分析通辽平鲁县俊昌村南台100kVA低压配变供电系统的电能质量，主要包括电压和电流畸变率、基波幅值和各次谐波的幅值，三相电流不平衡等数据，并依据测试数据提供谐波治理的综合解决方案。
测试设备
法国CA8335
参与测试人员
客户
工程师
刘治勇
测试环境
温度
湿度
灰尘
客户信息
客户名称
客户地址
联系人
联系电话
传真
邮箱
备注
一、项目概述3
1.1项目背景3
1.1.1行业标准3
1.1.2目前电能质量概况3
1.2项目测试点3
二、测试数据及分析4
2.1电能质量概况4
2.2测试点数据及分析5
2.3谐波的危害7
2.4三相不平衡的危害9
三、治理方案及效益11
3.1治理方案11
3.2SPC安装位置示意图11
3.3治理效益11
四、产品介绍13
4.1SPC装置的基本原理13
4.2SPC技术参数14
4.2.1电气性能14
4.2.2功能描述14
4.2.3保护功能15
4.3SPC技术特点15
五、技术服务17
5.1服务理念17
5.2服务内容17
5.3服务承诺17
一、项目概述
1.1项目背景
1.1.1行业标准
《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）
1.1.2目前电能质量概况
俊昌村为平鲁县的一个村庄，现场用电大多都是农户。
农网用电的时间大多都在集中在中午和晚上，农村用电均为单相用电，部分含有非线性负载，从而导致配电网三相不平衡及谐波问题日益增加。
产生的谐波流入配电系统，污染电网，以及三相不平衡电流，会降低系统效率，增加电力成本，还会使电缆、变压器的温度升高，降低其它电气设备的使用寿命，对配电系统安全可靠运行有着重大影响。
目前的供电质量难以满足安全稳定的要求，因此需要治理谐波及三相不平衡以保证供电可靠性。
1.2项目测试点
本次共测试了两个点，分别为南台100kVA配变和整改台80kVA配变0.4kV出线处,两台配变均为公用变，主要负载为路灯、居民用电等负载。
二、测试数据及分析
2.1电能质量概况
根据测试数据，选择问题较为突出的南台100kVA配变进行分析，电能质量总体情况如下：
相序
电流（A）
电流畸变率（%）
谐波电流（A）
A相
54.8
21
11.3
B相
27.4
21.7
5.8
C相
58
21.5
12.3
N相
31.6
由上表可知，该配变负载率仅为41%左右，该配电低压侧主要问题为三相电流不平衡及谐波电流畸变率高等问题，谐波电流污染程度远远超过5%的国家标准，严重的电流畸变及三相电流不平衡，会对整个配电系统产生严重的影响，如损耗增大、设备加速老化、设备正常运行温度过高等，系统中存在严重的安全隐患，需要通过有效的治理方法使整个系统工作在安全、稳定的环境中。
2.2测试点数据及分析
南台100kVA配变
测试点编号
测试点位置
南台100kVA配变低压出线处
测试点描述
变压器容量：
100kVA
电压波形
电压频谱图
电流波形
电流频谱图
电压THDU
电流THDI
功率列表
功率因数列表
各相具体数据列表
数据名称
A相
B相
C相
N相
相电压/V
256.9
256.3
255.2
1.2
相电流/A
54.8
27.4
58
31.6
THDu/%
1.8
1.7
2.1
THDi/%
21
21.7
21.5
PF
0.913
0.949
0.977
谐波电流/A
11.3
5.8
12.3
具体问题分析
该配变主要负载为路灯、照明、空调等，负载率在40%左右时，测试该负载率下谐波电流最高达到12.3A,THDi也达到了21.5%，超出了5%的国家标准，典型谐波为3次谐波，3次谐波会在中性线上叠加，严重时会引起中性线过热，是机房的重大安全隐患，应引起足够的重视，测试时的N线电流达到了31.6A,各相电流波形与标准的正弦波相差较大，谐波已经对电网产生了很大的影响，占用变压器的容量；
该配变三相电流出现较严重不平衡问题，三相电流不平衡度已达到52.8%，严重影响了电网的安全运行；
2.3谐波的危害
对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：
近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。
谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面：
加大企业的电力运行成本
由于谐波不经治理是无法自然消除的，因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠加导致线路损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，增加了电费的支出。
降低了供电的可靠性
谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。
谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增大，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。
引发供电事故的发生
电网中含有大量的谐波源（变频或整流设备）以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。
当电网参数配合不利时，在一定的频率下，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。
导致设备无法正常工作
对旋转的发电机、电动机，由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗，从而降低发输电及用电设备的效率，更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机产生震荡力矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳循环，导致设备无法正常工作。
对于整流设备，谐波电流或谐波电压的存在会影响直流侧电容及可控硅等关键元器件的使用寿命。
引发恶性事故
继电保护自动装置对于保证电网的安全运行具有十分重要的作用。
但是，由于谐波的大量存在，易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动，特别在广泛应用的微机保护、综合自动化装置中表现突出，引起区域（厂内）电网瓦解，造成大面积停电等恶性事故。
导致线路短路
电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差，达不到正确指示及计量（计量仪表的误差主要反映在电能表上）。
断路器开断谐波含量较高的电流时，断路器的遮断能力将大大降低，造成电弧重燃，发生短路，甚至断路器爆炸。
降低产品质量
由于谐振波的长期存在,电机等设备运行增大了振动，使生产误差加大,降低产品的加工精度，降低产品质量。
影响通讯系统的正常工作
当输电线路与通讯线路平行或相距较近时，由于两者之间存在静电感应和电磁感应，形成电场耦合和磁场耦合，谐波分量将在通讯系统内产生声频干扰，从而降低信号的传输质量，破坏信号的正常传输，不仅影响通话的清晰度，严重时将威胁通讯设备及人身安全。
谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
2.4三相不平衡的危害
Ø影响供电可靠性
配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行时，低压侧会产生零序电流，因高压侧没有中性线而没有零序电流，低压侧零序电流产生的零序磁通就不能被抵消，所以，零序磁通只能由配电变压器的油箱壁及其它钢铁构件中通过，磁滞和涡流在钢铁构件内发热，造成配电变压器散热条件降低，导致温升增高，严重时会损坏配电变压器绝缘，甚至烧损配电变压器。
同时，蒙自地区配电网以10kV线路为主，线路装设的断路器保护方式多为过电流保护，当配电变压器三相负荷不平衡造成变压器故障严重时，将可能引起配电变压器前端的线路断路器动作跳闸，而现有的线路断路器大多没有重合功能，造成不必要的停电，降低供电可靠性。
Ø增加电能损耗
系统中通过电流时必将产生电能损耗，然而当配电变压器三相负荷不平衡时电能损耗将增加。
a）增加变压器损耗
配电变压器在运行过程中会产生功率损耗，包括铁损和铜损。
如前所述，当配电变压器在三相负荷不平衡状况下运行时，低压侧会产生零序电流，零序电流产生的零序磁通不能被抵消，只能由配电变压器的油箱壁及其它钢铁构件中通过，从而在油箱壁中发热产生额外的铁损。
此外，变压器的铜损也会相应的增加。
b）增加线路损耗
电流流过导线时，必然将产生电能损耗，其损耗与通过导线的电流平方成正比。
低压电网普遍采用三相四线制供电，配电变压器三相负荷不平衡时，中性线即有电流通过，这样不但在相线上有损耗，中性线也会产生损耗，增加了电网线路的损耗。
Ø危及安全 影响声誉
a）危及安全
配电变压器在三相负荷不平衡时运行，各相输出电流不同，从而配电变压器内部三相压降不同，导致负荷电流大的一相电压低，而负荷电流小的一相电压高，这样配电变压器三相输出电压将不平衡，造成电能质量不合格，同时也会导致配电变压器的零点漂移，中性线就会有电流通过。
配电变压器长期在电压不平衡状况下供电极容易造成：
（1）零点漂移导致中性线带电，在未改造的线路中、中性线标准往往选择比相线低一级，导线过细，电流过大，容易造成中性线烧断，相电压变成线电压，危及人身及设备安全。
（2）电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法正常使用。
（3）不平衡度严重时，某相负荷超载过多，将会造成某相导线烧断、低压开关烧毁、变压器烧毁等严重后果。
（4）负荷高的一相因发热还会加快用电设备绝缘的老化、导致绝缘降低，使用电设备外壳带电，造成人身触电的可能。
b）降低变压器出力
变压器绕组结构是按对称运行情况设计的，其每组绕组结构性能基本一样，各相容量相等，故变压器的允许最大出力只能按三相负荷中最大一相为限，负荷轻的一相就有富余容量，因此，变压器三相不平衡运行时出力将下降
c）降低效益影响声誉
由于农村低压电网三相负荷不平衡造成线损电量增加、低压配电装置损坏和变压器烧毁、线路烧断等线路设备故障的发生，不但增加企业的供电成本，而且更换设备、停电检修会增加停电时间，给用户带来很大的影响，既降低了供电企业的经济效益，又影响了供电企业的声誉。
综上所述，调整三相负荷使之趋于平衡是提高变压器运行效率和降低电能损耗的有效措施
三、治理方案及效益
3.1治理方案
根据以上的检测数据和分析，建议采用SPC装置进行治理；
由于测试时负载率仅为40%左右，考虑谐波治理及三相不平衡治理等综合因素，建议选择SPC容量为50kvar。
3.2SPC安装位置示意图
图3.1SPC安装位置示意图
3.3治理效益
在采用SPC装置对系统谐波污染及三相不平衡进行治理后，首先可以使配电系统得到如下的效益：
1、减少谐波含量，避免电容器组和系统电路可能会发生的并联谐振而引起的烧毁，保证无功补偿柜的正常运行；
2、减小流过配电线路的电流有效值，提高功率因数，消除流过配电线路的谐波，从而大大减小线路损耗，降低配电线缆的温升，提高线路带载能力；
3、减少控制设备和继电保护装置误动作或拒动作，提高供电的安全和可靠性；
4、补偿三相电流不平衡，减少变压器和线路的铜损以及中线电流，提高供电质量；
5、减小变压器的附加损耗，降低噪声，减小中性线电流等，提升变压器的带载能力；
6、在SPC容量足够的情况下，一般情况下滤波后的电流畸变率在5%左右；
7、SPC接入后，还能提升变压器和配电线缆的带载能力，相当于对系统进行了一次扩容，减少了系统在扩容方面的投入；
综上，在系统严重的谐波污染及三相电流不平衡得以得到完美的治理后，系统的整体运行效率将会得到提升，系统的安全稳定运行也可以得到有力的保障，因此谐波治理对系统的效益十分巨大。
四、产品介绍
4.1SPC装置的基本原理
1.SPC滤波原理
SPC系统结构示意图如图4.1所示。
有SPC并联在电网Source和负载Load之间。
负载Load是一个非线性负载，其负载电流上含有大量的谐波成分。
S通过外部电流互感器，实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后输出PWM信号给内部IGBT，使得逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，相位相反的谐波电流ish注入到电网中，使得流入电网的电流为纯净的正弦波电流，从而达到滤波的目的。
升级会员 