电能质量监测与治理

电能质量监测与治理

田涛t杜俊杰1梁俊伟2

(1．邢台供电公司，河北邢台054001；2．j匕京中科瑞德科技发展有限公司，北京市

100070)

[}商要]本文从电能质量的概念出发，重点阐述了谐波产生的原因及对电网的影响，结合邢台供电公司的现场经验论述了电能质量监测方

法和治理措施。

汝警响】电能质量；监测；治理

1概述

二十世纪90年代以来，国内外电力部门和电力用户对电能质量的关心程度与日俱增。电能质量理论的研究、电能质量现象的分析、电能质量的测量、电能质量的改善与控制等许多问题，近些年成为国际电工界关心的热点陋1题，在此，我们就大家所关心的电台E质量问题结合邢台

供电公司的管理方法做一探讨。

2电能质量基本概念及标准

电能质量，是在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术参数来评价。

国家标准规定表征电能质量的参数有五种：1)供电电压及允许偏差。2)电力系统频率及允许偏差。3)公用电网谐波。4)电压不平衡度。5)电压波动和闪变。

IEC标准中规定的电能质量参数还有下列6种；1)供电电压聚降

和聚升。2)电压中断。3)电压间谐波。4)瞬变电压。5)供电电压中信号电压。6)快速电压变化等。

在电力系统中谐波对电网的影响日益严重，在此我们重点对谐波的危害及治理方法加以分析。

3谐波产生的原因及危害

高次谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性即所加的电压与产生的电流不成线性(正比)关系而造成的

波形畸变。当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递(如变压器)、变换(如交直流换流器)、吸收(如电弧炉)系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。当前，电力系统的谐波源主要有三大类。1)铁磁饱和型：各种铁芯设备i如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性。2)电子开关型：主要为各种交直流换流装置(整流器、逆变器)以及双向晶闸管可控开关设备等：在化工、冶金、矿山、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中广泛使用并正在蓬勃发展：在系统内部，如直流输电中的

整流阀和逆变阀等。3)电弧型：各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流

电弧焊机在焊接期间，其电弧的点燃和剐烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、

随机变化的伏安特，l‰对于电力系统三相供电来说，有三相平衡和三相不平衡的非线性特性。后者，如电气铁道、电弧炉以及由低压供电的单相家用电器等，而电气铁道是当前中压供电系统中典型的三相不平衡谐

波源。

下面我们来看谐波对电网的影响：1)谐波对旋转设备和变压器的

主要危害是引起附加损耗和发热增加，此外谐波还会引起旋转设备和变

压器振动并发出噪声，长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。2)

谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。3)可引起系统的电感、电容

发生谐振，使谐波放大。当谐波引起系统谐振时，谐波电压升高，谐波电流增大，引起继电保护及自动装置误动，损坏系统设备(如电力电容

器、电缆、电动机等)，引发系统事故，威胁电力系统的安全运行。4)谐波可干扰通信设备，增加电力系统的功率损耗(如线损)，使无功补偿设备不能正常运行等，给系统和用户带来危害。

邢台供电公司地处京广、京九电气化铁路交通要道、机车通过繁

272面碎百耵可

忙，对电网的冲击性较大，此外建设中的京武高铁将在2011年底通车

运行，途经邢台区域，届时将进一步增加电网负担，邢台区内有大量冶炼和煤矿等负荷，如邢钢、德龙、吉泰特钢等大型钢铁冶炼企业以及为数众多的小冶金负荷、邢东煤矿、沙河新兴工业区数以百家的陶瓷、玻璃生产企业，这些企业使邢台电网电能质量的监督管理更加复杂化。

4电能质量的监测方法，

4．1非在线监测

“．。

根据干扰的大小、危害程度、以及需要等，对于普通干扰源的监

测，—般选用便携式电能质量监测分析仪等，这些装置可以提供电力系统维修、供电故障排除及设备故障诊断所需的测量值，但是，它们采用

的监测方法和手段仍无法满足供用电双方对电能质量更高的监测要求，表现在以下两个方面：

1)采用便携式电能质量监测仪不能实现或不能完全实现对电能质量的实时监测。一般只是在需要时才对电能质量相关指标的参数进行检

测，而对于电能质量波动较大的情况，如系统中存在大功率的电弧炉和

整流设备时往往不能得到全面的电能质量信息：

2)电台邑质量监测大多孤立地对某个站点进行监测，不能从系统的观点来考虑电能质量的监测，监测结果具有局限性，并且便携式设备存

在不适合现场长期运行和抗干扰能力有限等问题。

42在线监测

对整个供电网络的电能质量状况和大型用电客户的电能质量状况进行全面了解和跟踪采取的有效办法是实行长时间在线监测。按电能质量标准的规定和要求，需要进行连续监测的内容有电压偏差和频率偏差，以及大型干扰源、危害较大或容易引发事故的相关电能质量指标，如大型电弧炉引起的电压波动、大型电容器组的谐波电流、易受干扰的大型设备或线路的谐波电流、以及重要用户的电能质量指标。

邢台供电公司于2008年组建完成了覆盖全市12．5％的220kV、

11

OkV、35kV变电站的电能质量网络监测系统，并且近几年来对相关

大型污染性负荷都采]IR-f专门监测措施。邢台电能质量监测系统在保障

电网安全、推动谐波源用户进得擞治理方面发挥了不可替代的积极作

用。为电能质量的治理提供了有效的数据依据。

5电能质量的治理方案

目前限制电网谐波的主要措施有：增加换流装置的脉动数：加装无源滤波器或有源电力滤波器。下面我们讨论在不改变原有整流设备的状况下加装两种滤波装置的对比一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态，给某次谐波电流构成—个低阻态

通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80％，对

基波的无功补偿也是一定的。

有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐

波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还

可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大

容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvaro其运行可靠性也不及无源。

(下转第275页)

应用科技

自检，并具有刀闸变位修正功能，即当某条支路有电流而无刀闸位置时，装置能够记忆原来的刀闸位置，并根据当前系统的电流分布情况校验该支路刀闸位置的正确性，或因刀闸位置错误产生小差电流时，装置

自动选取实际设定的所有元件TA变比中的最大值为基准变比，并自动进行变比折算，差电流就是各元件二次电流乘TA调整系数后的矢量和，即归算到了基准变比的二次侧。

由上述可见，保护差流告警定值是按基准变比折算的二次值给出的，在各个不同现场，基准变比的选取不是唯一的。当基准变比选取较大时，实际上是提高了动作的门槛值，当基准变比选取较小时，实际上

会根据当前系统的电流分布J离兄计算出该支路的正确刀闸位置。

由上述可见，微机母线差动保护装置对刀闸位置的校验或修正都是在判别支路有电流的情况下进行的，如果某支路负荷较轻或者为零运行，那么即使该支路的刀闸辅助触点无法正确反映刀闸位置，得彻母线差动保护装置也会因为二次电流分布近乎平衡，大差、小差电流都几乎为零，而无法修正该支路刀闸位置，甚至都不会发出报警信号，这样一来如果此时发生区外故障，母差保护将极有可能误动，本人曾经发现过两次运行的母差在线路轻负荷的情况下，刀闸位置节点接触不良，由于负荷i丘fI奠于空载，母差保护未发出任何差流告警信息，而运行人员没有注意到刀闸变位信息。此时如发生区外故障母差保护极有可能发生误动。

23问题解决对策的探讨

当刀闸辅助接点变位时，8P一28母线差动保护装置发出“开入异

是吲氐了动作门槛值。

如果某支路负荷较轻或者空载运行，并且实际变比较其它支路小，那么其TA调整系数就较其它支路小，归算到基准变比的二次侧数值就更小了，这时该支路TA断线，很可能差流小于TA断线整定值而无法

发出TA断线告警，进而无法正确闭锁差动保护，增大了差动保护误动

的几率。

33问题解决对策的探讨

由于上述情况的存在，为保证精度，作为运行人员，在TA更换或执行新定值单时，验收必须严格执行母线上各元件TA变比差距不宜超过4倍以上，否则，保护装置无法正确识别TA断线的情况发生。信息来自：输配电设备网

常“信号。由-T-．哒gb情况下线路轻载，保护缺少重要判别量电流，保护

装置无太好的解决办法，只能由运行人员在操作过程中关注母差保护上显示的刀闸位置情况是否与一次系统对应，不要轻易复归刀闸变位信息，在确认确实由操作引起刀闸变位后再复归，如果发现并确认刀闸位置与一次不符，可以通过设在保护屏上强制开关指定正确的刀闸位置。特别强调一点，运行人员只要发现BP一2B母线差动保护装置发出“开入异常“信号，，必须现场详细检查，如确系刀闸变位引起应立即强制对位，否则，不论负荷轻重，一旦发生两把及以上刀闸变位，BP一2B母线羞动保护装置自适应功能将不起作用，无法自动计算并修正刀闸的正确位置，此时母线如果发生故障，保护将失去选择性，切除两条母线，扩大事故范围。运行人员执行强制对位后，装置应发出“开入变位”信号，此时，运行人员应检查液晶面板显示正常后再手动复归信号船除修正。

3

需要指出的是：母联TA回路断线不会闭锁母差保护，自动转入母

线互联状态，装置将失去选择性，但不影响保护对区内、外故障的判别。当母联TA回路正常后，需运行人员手动复归使装置恢复正常运行。

441

TV断线、充电保护及开入电源影响Tv断线告警

某一段非空母线失去电压，延时9秒发TV断线告警信号。除了该段母线的复合电压元件～直动作外，对保护没有没有其它影响。

4．2充电保护投入

当充电保护投入时，为防止母联开关辅助接点有可能滞后打开而导致母差保护误动，需短时闭锁母差保护，充电保护投入后自动展宽

200豪秒后退出，母羞保护自动投入。

4-3开入电源影响

BP一28开入量电源未经过逆变电源，而是直接用站内电源滤波作为开入电源，在实际运行中存在一定问题，站内电源相对逆变电源不够可靠，直流系统接地的问题，直流系统分布电容问题等都会影响到开入，威胁母差保护的稳定运行。

5结语

变电站运行方式对母差保护的影响是客观存在的，母差保护拒动

TA断线的判别

3．1原理简介

微机型母线差动保护装置对支路交流电流回路断线的检查方法是：

大差电流大于TA断线整定值，经过延时9秒发TA断线报警信号，同时闭锁母差保护。电流回路正常后，0_9秒自动恢复正常运行。TA断线逻辑框图如下：

k≥k‰≥I懿

ld^≥k

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图2TA断线i弱划匡图

和误动都将给电力系统带来严重危害，作为运行人员府高度重视，努力提高自身的综合操作技能，在工作中发现问题，确保保护装置可靠运

伉

[参考文献]

…1

32基准变比对TA断线的影响

由于母线上各连接元件TA变比不同，BP一28母线保护装置则是

BP-2B微机母线保护装簧说明书深圳南瑞科技有限公司．

(上接第272页)

根据邢台现有负荷的特性和企业承受能力，邢台电力公司现提倡安装无源滤波装置，采用晶闸管自动投切方式。既保证了用户谐波发射水平在国家规定标准之内，又不至于对企业造成沉重的负担，企业用户

施。电能质量监测与治理是促进这一措施早日实现的前提，也是维护电

网稳定的有效手段，随着人们对电能质量的深入了解，电能质量的监测与治理工作也必将迈上一个新的台阶。

也能积极主动的响应供电公司号召，为维护电网稳定做出积极贡酰

6小结

随着电力产品的市场化，供电公司作为售电

，有责任为广大用

[参考文献】

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f2】2王立目略尔滨T、．ILK学．电网惜艘扣埔《的工程设汁分静亍．

户提供优质的电能，也会随市场化的逐步深入逐步试行分质分价的措