“变电站电能质量治理”改造项目说明.doc

“变电站电能质量监控系统”及“电能质量治理系统”项目说明
项目现状及必要性：
随着国家经济的整体进展而发展迅猛，其用电量和用电情况也发生了很大的变化，同时也带来一些问题。用电设备早已不再是电动机、电热器、白炽灯等传统负荷，而更多的是电源设备、电力电子变频、计算机电源、调压设备、变压器、节能灯等大量感性、非线性以及大容量频繁启动的负荷。这些设备的运转会大量产生瞬流、浪涌，使整个电气系统电源的谐波量增加，电能质量下降，浪费电能。同时也降低用电的功率因数。谐波、瞬流活动量的扩散如果不加以治理的话，会导致愈演愈烈的能源损失和电源质量的下降。其设备的典型影响包括：
电子设备：瞬变电压会使电子设备运行异常，设备可能会死机或者产生错误的结果，这种类型的破坏难于诊断，而且会降低电子设备的运行效率。通常，在电子供电系统中的高频故障是最常见的故障现象，可能造成集成电路逐渐失效。大多数时候，这种失效被归于“设备的老化”，现在的电子设备，如果改善了电能质量，则它们的使用寿命应该大大延长。
电机：当瞬变电压出现时，电机会在更高的温度下运行，瞬变现象的破坏可能会使电机产生振动、噪音以及过多的热量，从而会加速电机线圈绝缘部分的老化，并最终失效。
照明设备：瞬变活动会导致所有类型的照明设备过早失效。荧光灯系统常常有镇流器过早失效、运行效率降低以及灯泡的过早失效等问题。最常见显示瞬变现象的一种状况是在灯管两端过早地出现“黑圈”。足够大的瞬变现象会导致阳极喷射——当这些喷射沉积在灯管的内部，其结果就是通常可见的黑色“末端”。有效的瞬变抑制则会消除那些“黑圈”，并使得灯管的使用寿命延长8~10倍的时间。
电力分配系统：设备的电力分配系统同样受到瞬变活动的影响。剧烈的瞬变活动可能加速热断路器动作，并使断路器出现误动作跳闸现象。电力变压器则会由于瞬变现象产生的磁滞损失而降低运行效率，并且其运行温度会比正常温度高。谐波的存在影响整个电网运行环境，对电力设备及绝缘造成不利影响。比如谐波会使电力设备绝缘老化，从而缩短其使用寿命。
改善电能质量即进行谐波治理装置有如下好处效率设备源VA dian
净化电源：通过抑制瞬变电流和谐波对供应环境的污染，减少由此而产生的供电事故，有效保护投资，减少由此产生的供电事故，有效保护投资，减少损失，并可减少由于电源不洁而造成的大量设备维修费用，大幅度减缓设备折旧，延长使用寿命。
保护设备：保护设备避免雷电、瞬流冲击，以及瞬流污染带来的损坏，降低设备运行温度，延长其使用寿命。
节约电能：降低谐波和瞬变带来的畸变功耗以及由于瞬变使电感性负载电流损失和温度升高造成的大量铜损、铁损，同时通过抑制瞬流可以有效的防止接触电阻的增大而带来的能量损耗。
因此无论从供电安全还是节能的角度在低压供电系统中安装谐波治理设备，来抑制谐波、净化电源，既可以提高科研生产等用电的安全可靠性，又达到节能降耗的目的。
目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改善供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。
谐波及其起因
所谓谐波是指对周期性交流量进行傅里叶级数分解所得到的频率为基波频率大于整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。
谐波的产生主要是由于电力系统中存在各种非线性元件设备。当正弦基波电压施加于这些非线性元件时，电力设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，负荷与电网相连，所以谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。属于谐波源的非线性元件很多，例如，变频装置，开关电源，气体放电灯、电焊机、感应电动机、变压器等。最为严重的是变频设备和计算机电源等设备，它们产生的谐波电流和电压最为突出，是造成谐波的主要因素。
谐波的危害
谐波对供电系统的危害是相当严重的，具体表现为：
（1）谐波使供电线路产生的损耗增加。由于集肤效应和邻近效应，使电路电阻随着频率增加而提高，造成电能浪费，中性线正常时流过的电流很小，故导线较细，当大量的3次谐波流过中性线时，会使导线过热，导致电缆绝缘损坏，引起短路故障甚至火灾。
（2）谐波对电容器的影响尤为显著。由于电容器对高次谐波的阻抗很小，含有高次谐波的电压加在电容器两端时，就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器过负荷甚至烧毁。
（3）谐波电流严重影响各类电气设备的正常运行。谐波还使电动机铁损增加，导致电动机出现震动现象。
（4）谐波能使继电保护装置和自动装置发生误动或拒动，导致计算机失控，仪器仪表发生紊乱。它还会对附近的通信线路和设备形成干扰，轻者出现电话杂音，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作。
（5）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使前几个方面的危害大大增加，甚至引起严重事故。
谐波治理装置项目的可行性
在低压配电系统安装电源谐波治理装置充分可行，原因如下：
1、 该装置适用场所广泛
1） 适用所有负载；
2） 适用于变压器出线柜侧及负载末端。
2、 该装置并联接入电网，对原供电系统无任何影响。
安装此装置后，电源质量发生以下改善：
1） 电能质量明显改善，电压畸变率降低到1%以下；
2） 电流波形明显改善，运行更加平稳，电流畸变率降低到5%以下；
鉴于上述原因，我们进行供电电能质量治理，为用户提供良好的可靠的供电电能质量势在必行。

项目方案：
（一）电能质量治理即有源电力滤波器系统
电源谐波治理装置（APF）具有高度可控制和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等突出优点，因而已成为谐波抑制和无功补偿的重要手段。
电源谐波治理装置采用并联的方式，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变换技术，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入供配电系统中，实现滤除谐波、动态无功补偿的功能。其原理结构如图所示。

基本的电源谐波治理装置系统
从图中可看出，电源谐波治理装置系统主要由两大部分组成：指令电流运算电路、补偿电流发生器(由跟踪控制控制电路、驱动电路和主电路组成)。指令电流运算部分是根据电源谐波治理装置的补偿目的得出需要进行补偿的电流指令信号，它的核心是实时精确检测出补偿对象中的谐波和无功电流分量或有功电流分量。电流跟踪控制部分作用是根据指令电流信号和实际补偿电流之间的相互关系，得到控制主电路开关器件的PWM信号，控制的结果是保证电源谐波治理装置输出电流跟踪指令信号的变化，主电路作用是直接输出实际的补偿电流。
综上所述，电源谐波治理装置通过数字信号处理器DSP控制，采用“主动”方式滤除电网高次谐波，是目前一种通用性强，安装方便，治理谐波效果过最好的装置。
该技术最早出现在欧美和日本，在日本、美国以及德国等工业发达国家已得到了日益广泛的应用。世界上的主要生产厂家有法国施耐德公司，ABB公司，诺基亚公司，日本三菱电机公司，美国西屋电气公司，德国西门子公司等。国内产品与国外产品相比具有自己的优势和特点：
1） 电源谐波治理装置产品具有完全、独立的自主知识产权，实现了重大的技术突破，处于行业领先位置。
2） 根据工况需要电源谐波治理装置工作在单独谐波补偿方式、单独无功补偿方式或两者同时补偿三个方式。
3） 电源谐波治理装置和供电系统并联运行，通过两级硬件和一级软件三级冗余保证本装置在故障情况下，可靠的从供电系统快速切除，不影响其它设备的正常运行。
4） 能够对供电系统进行实时动态容性或感性无功补偿。
5） 降低线路损耗、提高变压器输出功率、提高供电系统功率因数、稳定供电电压。
6） 改善供电系统电网效率和电力品质。
7） 在装置容量范围内治理后电网功率因数接近1，谐波滤除率达到95%以上，完全响应时间10～20ms。
8） 实时跟随、动态补偿 ，自动跟踪补偿变化的谐波，具有高度可控性和快速响应性，补偿性能不受电网频率波动影响，滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。
9） DSP智能监控，DSP高速检测和运算，确保谐波检测和补偿控制精准有效；兼具智能监控功能，装置操控灵活，运行参数、工作状态一目了然，故障自动诊断；可扩展通讯接口，通过PC机监控。
10） 标准化模块化设计，功率电路和控制电路采用模块或组（插）件结构，相同模块可以互换，提高了使用中的可靠性和可维修性。
（二）电能质量治理即有源电力滤波器监控系统
每台有源电力滤波器都安装了触摸屏自动监测系统及配套设施。在需要监测数据的回路安装传感器及变送器等模块，将集中采集的数据传至触摸屏显控装置。电能质量自动监测系统有如下功能：
1) 实时采集各种运行数据（3U、3I、3P、3Q、3COSφ、3相负载谐波电流，电能质量改善后及改善前数据等）的采集；
2) 各种数据的现场统计和记录（电压合格率、供电可靠率、配变负载率、三相不平衡率等）；
3) 电能质量问题事故记录和报警（电压电流越限，电流畸变率等）；显示当前告警及历史告警。事故追忆：可存储事故的相关电压、电流、谐波电流、无功量及开关状态。能按时序查询显示事件顺序记录。
（三)电能质量治理的具体实施周期及经费概算：
考虑到电能质量治理的实施比较复杂，工作量大等，同时需要兼顾实施的可能性和系统的可靠性。基于以上原因，动力事业部于今年将老区变电站作为变电站电能质量自动监测系统及电能质量治理系统试点工程施工完毕，完成对站点的数据采集，并预留后期工程接口。根据试点站系统运行情况，对剩余站点进行改造，具体分期如下：

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