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低压配电系统电能质量评估及解决方案

一、 背景概述

2018年3月16日施一电气科技(上海)有限公司应邀对江苏某公司进行了全面的现场电能质量测试。其中包括供电变压器10kv\0.4KV供电的2台变压器。

本次现场电能质量的测试目的是:通过较全面的测试,了解与分析在安全用电方面存在哪些隐患;应如何排除隐患;改善电能质量。从而使系统安全、经济、长期运行。测试结果表明,当前存在的问题是谐波严重超标,电能质量较差。这一问题将会带来以下严重后果:

1、用电设备产生的大量谐波电流、经系统阻抗、形成谐波电压。使公共连接点(PCC点)的谐波严重超标,污染了公用电网。

2、谐波会造成线路三相不平衡,电缆发热,加快线路绝缘老化,甚至引起火灾。

3、谐波使变压器的铜耗、铁耗增大,变压器会过热,减少变压器的实际输出容量。

4、谐波会使电容器后其端电压增大,通过电容器的电流增加得更大,使电容器损耗功率增加,使电容器异常发热,在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。在谐波严重的情况下,还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸,并造成严重的安全事故。

5、增加电机的附加损耗,降低效率,严重时使电机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场,形成与电动机旋转方向相反的转矩,起制动作用,从而减少电机的出力、转子过热。

6、谐波会使开关设备发热,造成开关设备误跳,也可能造成继保的误跳,给生产线的稳定运行造成诸多不便。

7、由于谐波电流的存在,造成母线电压上也有一定的电压纹波。电压质量的劣化,造成供电质量变差,使得某些计量设备输出或者显示不准确,影响设备安全、稳定运行。

8、食品、饮料行业生产自动化高,谐波对其影响也表现在生产设备的误动作,特别是高精度设备更敏感。

针对上述问题,我们将根据现场测量结果,进行分析、评估,并提出解决方案。

二、 现场电能质量测试结果(简明数据,详情请见附件)

1、1#2500KVA变

变压器参数

S11-2500kVA;  10/0.4kV;    DYn11;

功率参数

P/KW

S/KVA

Q/KVAr

COSФ

备注

1.13

1.13

69

0.97

 

谐波参数

I1

I5

I7

I11

I13

THDI

THDU

1827

213

55.8

22.8

---

11.9%

3.7%

2、2#变电所

变压器参数

S11-500kVA;  10/0.4kV;   DYn11;

功率参数

P/KW

S/KVA

Q/KVAr

COSФ

备注

63.8

66

16.8

0.97

 

谐波参数

I1

I5

I7

I11

I13

THDI

THDU

100

——————————————

18.7

1.6%

测试结果分析与建议:

1、 评估与建议

序号

分布区域

变压器编号

谐波是否超标

功率因数

是否达标

建    议

1

配电室

2500KVA

严重超标

达标

需要治理

2

配电室

500KVA

达标

达标

不需要治理

2、 评估依据

评估依据:GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》,国标GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》规定公用电网谐波电压(相电压)限值见表1:

1

电网标称电压

KV

电压总谐波畸变率

%

各次谐波电压含有率,%

奇次

偶次

0.38

5.0

4.0

2.0

6

4.0

3.2

1.6

10

35

3.0

2.4

1.2

66

110

2.0

1.6

0.8


同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。分配的计算方法见附录C(补充件)。

3、 评估说明

3.1、此次测试0.4kV用电系统2只变压器,均为无功补偿设备退出状态下的测试数据, 2只变压器中,主要的负荷特性:因生产自动较高,变频器的使用,功率因数很高,但谐波含量严重超标,其中2500KVA变压器,5次谐波电流高达213A,7次谐波电流高达60A左右,且谐波电流畸变率高达11.7%,存在严重的背景谐波。因此,必需加以治理。加上背景谐波的影响,对电网质量的影响更为厉害。建议对系统做谐波治理,增加滤波补偿设备。     

三、谐波治理方案

根据现场测试结果及其分析,所测试的1个变压器的用电系统均存在严重的电能质量问题,其特点为功率因数高、谐波大,加上背景谐波的影响,对电网质量的影响更为厉害,建议使用电能质量综合治理装置。

1、目标要求:

1.1 装置效果满足《YD_T2323-2011有源电力滤波器》要求;

1.2 投入后不会引起谐波放大和系统谐振;

1.3 投入后降低三相不平衡度,电压波动满足GB12326-2000《电能质量电压波动和闪变》要求;

1.4 PCC测试点谐波参数满足GB14549—93《电能质量_公用电网谐波》要求,电压畸变率THDU<5%;

1.5 降低谐波对配电系统的危害,提高电能质量。

2、一次接线方案:

 


3、主要技术参数:

 3.1、谐波补偿量

序号

变压器编号

补偿容量

柜体数

备注

1

2500KVA

300A

1柜

75A模组*4

3.2、主要技术指标

■额定工作电压:AC380±15%;

■额定工作频率:50HZ±5%;

■滤波范围:2〜50次;

■滤波能力:≥85%;

■开关频率:21.6KHZ(平均);

■全响应时间:≤40mS;

■过载能力:120%;

■具备完善的保护功能:过载、过流、过电压、故障自珍。

4、技术特点

4.1 采用三电平技术,具有以下优点:

 ■ 三电平变流器的开关损耗远低于二电平变流器。

 ■ 具有良好的导通和开关特性。

 ■ 输出波形质量好、纹波电流小、效率高。

 ■ 在三电平逆变电路中,直流电压U 由二个开关器件分担,每个桥臂上开关元件,所承受                的电压为直流侧输入电压的一半。

4.2 扩容能力强:

 300A滤波柜四只75A模块组成,每柜可容纳六只模块。

 ■ 如果其中1 只模块出现故障,不影响其它模块的正常工作。

 ■ 现场增容,故障维护两方便。

5、谐波补偿容量的确定

变压器容量为2500KVA,变压器负荷率为51.4%,总电流为1856A,电流畸变率为11.9%。用电系统中谐波电流严重超标,其中以5、7次为主,考虑到变压器负荷率问题,建议在配电房变压器配置有源滤波器进行谐波治理,改善用电环境,提高用电系统的安全、可靠性。

建议配置:300A有源滤波器一套。


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