电网电能质量的检测与分析

　　【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。

　　【关键词】分析；监测；质量；电压；电能；电网。

　　【Abstract】 With the the the rapid development of of the economy, the the proportion of of the nonlinear load user in the the power grid continuously improve the, the power quality of arising therefrom the power supply a serious decline in, the performance of too more and more prominent.

　　Key words：analysis; monitoring; quality; voltage; electricity; grid.

　　中图分类号：TJ765.4 文献标识码：A   文章编号：2095-2104（2012）

　　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。

　　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：

　　在10kV TV、110kV TV的一次侧中性点加装非线性电阻；

　　在10kV母线加装消谐装置；

　　在2号主变110kV侧中性点加装消谐装置；

　　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。

　　［参考文献］：

　　［1］蔡述涛,张尧,荆朝霞. 地区电网黑启动方案的制定［J］.电力系统自动化,2005,29(12).［2］谌军,曾勇刚,杨晋柏,等. 南方电网黑启动方案［J］.电力系统自动化,2006,30(9).