張達(dá)洄

（廣東電網(wǎng)公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

隨著能源系統(tǒng)的快速發(fā)展，各種新型負(fù)荷（如半導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路等）不斷涌現(xiàn)。由于其非線(xiàn)性、沖擊性以及不平衡的用電特性，這些負(fù)荷所帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題日趨嚴(yán)重，已經(jīng)影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行；另一方面，許多高新技術(shù)的設(shè)備和裝置（如精密的芯片生產(chǎn)線(xiàn)等）都帶有基于計(jì)算機(jī)的控制器和功率電子器件等，這些新型設(shè)備對(duì)供電質(zhì)量非常敏感，電能質(zhì)量的瞬間微小變化都有可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，為保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用戶(hù)用電的可靠性，電力公司和用戶(hù)更加需要有效的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)管理解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)上述變化所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)輸配電系統(tǒng)的可靠、高效、低耗的運(yùn)行。目前，只有實(shí)行長(zhǎng)時(shí)間電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量狀況和大型用電客戶(hù)的電能質(zhì)量狀況的全面跟蹤和了解。通過(guò)建立完善的電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，可長(zhǎng)期分析電能質(zhì)量情況、排除電能質(zhì)量故障，并可有針對(duì)性的進(jìn)行預(yù)防/預(yù)測(cè)性維護(hù)。

1 供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案確定

該大型冶煉企業(yè)供配電系統(tǒng)由24 個(gè)110kV 以上的變電站、自備熱電廠和大量的6～10kV 配電站構(gòu)成。該系統(tǒng)內(nèi)的電弧爐設(shè)備、高速線(xiàn)材生產(chǎn)線(xiàn)及大量新型高壓大功率變頻設(shè)備的使用，致使供配電系統(tǒng)高次諧波和電壓波動(dòng)問(wèn)題嚴(yán)重，影響了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，且各自電能質(zhì)量問(wèn)題引起的事故頻發(fā)也使整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平不高。為解決上述問(wèn)題，使該冶煉企業(yè)供配電系統(tǒng)安全可靠、優(yōu)質(zhì)高效運(yùn)行，預(yù)計(jì)在該供配電系統(tǒng)新增一套電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的電能質(zhì)量情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況，確保供電連續(xù)性和可靠性；監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)，確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，減少故障風(fēng)險(xiǎn)；發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況提供解決方案；提高管理效率，降低運(yùn)行成本。

結(jié)合該供配電系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息及電能質(zhì)量問(wèn)題現(xiàn)狀，在電能質(zhì)量問(wèn)題最為嚴(yán)重的11#、31#、42#110kV 變電站新增電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)站內(nèi)給電弧爐、軋鋼等車(chē)間供電的多條出線(xiàn)的電能質(zhì)量情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)GPS 時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一對(duì)時(shí)，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上送到主控室的電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該方案的組網(wǎng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)框圖

2 電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案

2.1 系統(tǒng)功能

本方案中的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置選用深圳雙合電氣股份有限公司的SHDFR_PQ 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。該裝置主要完成以下功能：

1）電能質(zhì)量：滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)規(guī)定的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標(biāo)監(jiān)測(cè)、暫態(tài)事件記錄等要求。

2）自動(dòng)報(bào)警：通過(guò)設(shè)定限值來(lái)觸發(fā)電能質(zhì)量事件報(bào)警和標(biāo)記等功能。

3）通信口：支持使用不同的通信口和通信協(xié)議來(lái)采集和傳輸信息。

SHDFR_PQ 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測(cè)功能包括：頻率監(jiān)測(cè)、電壓監(jiān)測(cè)、諧波/間諧波監(jiān)測(cè)、功率監(jiān)測(cè)、三相不平衡監(jiān)測(cè)、電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)、閃變監(jiān)測(cè)、穩(wěn)態(tài)事件記錄、合格率統(tǒng)計(jì)等；暫態(tài)電能質(zhì)量事件監(jiān)測(cè)功能包括：電壓暫升錄波、電壓暫降錄波、電壓短時(shí)中斷錄波、暫態(tài)事件記錄等；綜合分析和統(tǒng)計(jì)功能包括：電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、諧波、間諧波、功率、電壓波動(dòng)、電壓閃變等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合格率統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析與統(tǒng)計(jì)。

本方案中的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選用與監(jiān)測(cè)裝置配套的 SHPQMS 管理系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件對(duì)接入的SHDFR_PQ 電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)軟件的功能示意圖如圖2所示。

圖2 軟件功能示意圖

2.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由通信管理機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及GPS 同步時(shí)鐘組成。根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷情況，應(yīng)用服務(wù)器可以和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器共用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

GPS 同步時(shí)鐘給通信服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供統(tǒng)一時(shí)間源。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)電能質(zhì)量相關(guān)的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)。

電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采集的數(shù)據(jù)的集中管理。裝置實(shí)時(shí)采集各監(jiān)測(cè)線(xiàn)路的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)的電能質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。管理人員可以實(shí)時(shí)觀測(cè)到電網(wǎng)中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電能質(zhì)量，第一時(shí)間獲取電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行故障分析，合理制定電能質(zhì)量治理方案，迅速排除電網(wǎng)故障。同時(shí)，可以瀏覽查看一個(gè)月，甚至半年內(nèi)任一天任一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過(guò)這種方式長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量狀況，并分析電能質(zhì)量變化規(guī)律，為相關(guān)技術(shù)人員制定電能質(zhì)量治理方案提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 通信方式

該冶煉企業(yè)供配電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的110kV 變電所與中心控制室都具備了光纖通信能力，因此電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置與中心控制室實(shí)時(shí)通信服務(wù)器的通信方式與現(xiàn)場(chǎng)原有繼電保護(hù)裝置組網(wǎng)的方式是一致的，在變電所和中心控制室配置協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)不同通信鏈路上的光纖數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

3 電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施成果

以11#變電站的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)為例，分析SHPQMS 電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

圖3是2012年3月12日裝置記錄的一次電能質(zhì)量電壓暫降事件波形。通過(guò)波形波形分析可得出以下結(jié)論：本次電壓暫降事件是由一次三相短路故障引起，暫降時(shí)間持續(xù)3.5 周波左右，由繼電保護(hù)裝置切除故障。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，此次故障是由于雷電導(dǎo)致的過(guò)電壓擊穿的絕緣故障。

圖3 電壓暫降事件波形

圖4是11#變電站某10kV 出線(xiàn)的復(fù)合電流波形，由圖4可以看出，大量諧波電流的存在使電流波形嚴(yán)重畸變，實(shí)際電流波形接近方波，通過(guò)諧波電流頻譜分析（圖6），可以看出，負(fù)荷電流中3 次、5 次、7 次、11、13 次等諧波分量較為嚴(yán)重，諧波分量傳遞到整個(gè)供配電系統(tǒng)的各段母線(xiàn)和線(xiàn)路上，且大量諧波分量的存在已影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行，諧波損耗也影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，根據(jù)10kV 系統(tǒng)諧波阻抗和諧波電流分量設(shè)計(jì)合理的濾波器，濾除主要的諧波電流。同時(shí)，實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)還可以評(píng)估新增濾波裝置的成效并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)治理方案及時(shí)調(diào)整。

圖4 諧波畸變的負(fù)荷電流波形

圖5 諧波電流頻譜分析圖

4 結(jié)論

通過(guò)SHPQMS 電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在該大型冶煉企業(yè)供配電系統(tǒng)的選點(diǎn)建設(shè)及順利實(shí)施，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況，同時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)供配電網(wǎng)近期電能質(zhì)量進(jìn)行全面分析，確保供電連續(xù)性和可靠性；監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)，確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，減少故障風(fēng)險(xiǎn)；發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況提供解決方案；提高管理效率，降低運(yùn)行成本。

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