110kV鳳泉變電壓越限及波動研究

河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院 趙 欣

國網(wǎng)新鄉(xiāng)供電公司 王戰(zhàn)勝

河南科技大學(xué)電氣工程學(xué)院 王永勝

110kV鳳泉變電壓越限及波動研究

河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院 趙 欣

國網(wǎng)新鄉(xiāng)供電公司 王戰(zhàn)勝

河南科技大學(xué)電氣工程學(xué)院 王永勝

隨著電網(wǎng)中各種非線性設(shè)備的增多，此類設(shè)備所產(chǎn)生的高次諧波對電能質(zhì)量的影響也越來越大，尤其是接入10kV配電網(wǎng)中的軋鋼廠等大功率沖擊性負(fù)荷和電弧爐等產(chǎn)生大量諧波負(fù)荷，這些設(shè)備會對所接入電力系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，通過研究本地區(qū)110kV鳳泉變電壓越限和波動規(guī)律，研究和分析諧波產(chǎn)生的原因，并提出了抑制諧波的措施。

高次諧波；電能質(zhì)量；電弧爐；電壓越限

1 引言

軋鋼廠和電弧爐等用戶會產(chǎn)生大的負(fù)荷沖擊和諧波，而這些用戶的接入會使得電網(wǎng)負(fù)荷產(chǎn)生大幅波動并將大量諧波注入電網(wǎng)，會降低局部電網(wǎng)功率因數(shù)并使電能質(zhì)量下降，對電網(wǎng)用戶產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1-5]。

本地區(qū)110千伏鳳泉變10kV電壓出現(xiàn)越限及頻繁波動的情況，對工業(yè)及居民用戶正常用電產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。本文結(jié)合110千伏鳳泉變所接帶用戶情況，通過深入研究，軋鋼廠和電弧爐等用戶接入電網(wǎng)正是出現(xiàn)上述情況的根源。

2 鳳泉變10kV母線電壓分析

通過對鳳泉變10kV母線電壓一周曲線的分析可以發(fā)現(xiàn)，鳳泉變10kV母線電壓在一周中（12.17—12.23）出現(xiàn)了四次電壓越下限（10kV），越限點的分布主要在0點至7點之間。鳳泉變及典型10kV母線典型日（12.20）電壓曲線如圖1所示。

圖1 鳳泉變及典型10kV母線典型日（12.20）電壓曲線

圖1左側(cè)曲線可見，在0點至7點之間，電壓波動非常劇烈，幅度很大，周期在30分鐘左右，最大波動幅度為0.4kV。與新鄉(xiāng)地區(qū)多數(shù)變電站10kV母線電壓波動曲線差異非常大。圖1右側(cè)為典型10kV母線典型日（12.20）電壓曲線，可以看出，0點至7點之間電壓波動幅度較小為0.07kV，且波型較為平緩、連續(xù)，沒有劇烈變化。

3 鳳泉變10kV負(fù)荷及電壓波動原因分析

電壓的大小及其波動與負(fù)荷情況和無功補償密切相關(guān)。鳳泉變無功補償裝置（電容器）共兩組，其中一組損壞，一組不能遙控投退。因此，在此不考慮無功因素，主要考慮負(fù)荷波動引起的電壓波動。

鳳泉變共有十條10kV出線，分別為，鳳大線、II、III、IV鳳大線、鳳輝線、II鳳輝線、鳳礦線、鳳陳線、II鳳陳線和鳳高線，鳳輝線備用。

鳳泉變主變低壓側(cè)所帶負(fù)荷波動非常頻繁，尤其在夜間（0點到7點），白天則波動較為平緩，見圖2左上曲線。

圖2 鳳泉變主變、鳳大、鳳高及鳳陳線典型日（12.20）負(fù)荷對比曲線

圖2右上曲線為鳳大線曲線，白天負(fù)荷較重，夜間負(fù)荷輕，且變化較平緩。鳳大線主要以居民用戶和小企業(yè)為主，用戶負(fù)荷變化平緩，企業(yè)不產(chǎn)生沖擊性負(fù)荷（如軍龍電源、金星棉紡等），與負(fù)荷曲線吻合。

圖2左下曲線為風(fēng)高線曲線（鳳礦線曲線相似），在夜間波動非常劇烈，波動幅度很大。風(fēng)高線（鳳礦線）為鑄鋼廠專線，主要負(fù)荷為電弧爐，一般在夜間進(jìn)行生產(chǎn)，且生產(chǎn)時負(fù)荷波動很大，與風(fēng)高線負(fù)荷曲線相符[1、4、5]。

圖2右下曲線為鳳陳線曲線（II鳳陳線曲線相似），在夜間波動很大，波動幅度較大，白天負(fù)荷較鳳礦線大。鳳陳線（II鳳陳線）所帶用戶為少量居民、污水廠、紙廠和軋鋼廠等，企業(yè)多在晚上生產(chǎn)，且負(fù)荷波動較大，用戶情況與負(fù)荷曲線相符。

通過實際測量鳳泉變10kV母線電壓并與10kV總負(fù)荷變化對比發(fā)現(xiàn)，二者變化趨勢相反；而總負(fù)荷值與鳳高線的負(fù)荷變化趨勢相同，因此，10kV母線電壓與鳳高線的負(fù)荷變化趨勢相反。鳳高線的負(fù)荷大則10kV母線電壓低，反之，母線電壓高。

通過以上分析，可以看出鳳泉變10kV負(fù)荷在夜間會產(chǎn)生很劇烈的波動，當(dāng)不同出線的負(fù)荷波動出現(xiàn)疊加時，短時間內(nèi)負(fù)荷很大，母線電壓低于電壓下限（10kV）。由于負(fù)荷波動較大，且這種疊加只是暫時的，整體負(fù)荷會出在一個較大且劇烈波動的狀態(tài)，導(dǎo)致鳳泉變10kV電壓在夜間整體較低，且波動劇烈。

白天鳳泉變10kV負(fù)荷較重，且波動較小，因為產(chǎn)生沖擊負(fù)荷的企業(yè)大多在夜間生產(chǎn)，而居民用電和不產(chǎn)生沖擊性負(fù)荷的企業(yè)多在白天。

4 限制電壓波動和越限的措施建議

電壓的波動是由沖擊負(fù)荷產(chǎn)生的諧波而引起，對于所產(chǎn)生的諧波，在用戶側(cè)采取措施就地消除諧波，避免諧波注入電網(wǎng)，對系統(tǒng)造成大面積影響，所產(chǎn)生的效果好于在變電站側(cè)進(jìn)行集中治理的效果。

針對鳳泉變出現(xiàn)10kV電壓波動和越限，可以采取以下措施予以限制：

1）增加鳳泉變可用及可調(diào)節(jié)無功補償容量，這樣可以提高夜間鳳泉變10kV電壓水平，避免鳳泉變10kV電壓越限，降低對用戶的影響。

2）對于產(chǎn)生大量諧波的用戶，在用戶變的低壓側(cè)加裝濾波裝置。根據(jù)裝置的原理不同，可分為無源電力濾波器（ppf）和有源電力濾波器（apf）。無源電力濾波器利用電容、電感諧振的原理“吸收”相應(yīng)次諧波，從而保證電壓畸變率處在較低水平。而有源電力濾波器實質(zhì)上是一個大功率的諧波發(fā)生器，它通過諧波采樣裝置將諧波源發(fā)出的諧波采集后，再完整地復(fù)制出大小相等、方向相反的諧波，并接入電網(wǎng)，將諧波抵消，其產(chǎn)生的諧波隨諧波源的變化而變化，是一種能夠動態(tài)抑制諧波的有效手段。目前采用較多的有靜態(tài)型無源LC濾波裝置、低壓TSC就地動態(tài)補償裝置和中壓TSF、TCR+FC動態(tài)補償裝置等，能夠滿足無功補償及諧波治理的要求[1-5]。

5 結(jié)論

通過對鳳泉變10kV母線電壓波形、總負(fù)荷曲線及10kV出線負(fù)荷曲線分析和研究，確定了引起電壓越限和波動的原因是軋鋼廠及電弧爐等沖擊性負(fù)荷、產(chǎn)生大量諧波負(fù)荷，為限制電壓波動和越限提供了依據(jù)。提出了限制電壓波動和越限的有效手段，并明確了對于所產(chǎn)生的諧波應(yīng)該在用戶側(cè)進(jìn)行就地治理，所產(chǎn)生的效果要好于在變電站進(jìn)行集中治理。

[1]程浩忠,艾芊,張志剛,朱子述．電能質(zhì)量[M]．北京:清華大學(xué)出版社,2006,9．

[2]羅安．電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術(shù)及裝備[M]．北京:中國電力出版社,2006．

[3]羅安,吳傳平,彭雙劍．諧波治理技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]．大功率變流技術(shù),2011(6):1-5．

[4]沈龍大,秦玲,王筱東．鋼鐵企業(yè)的無功沖擊與高次諧波對策[J]．全國電能質(zhì)量研討會,2004．

[5]張莉,翁利民,靳建峰．鋼鐵企業(yè)配電網(wǎng)無功補償與諧波治理方法評析[J]．電力電容器,2006(4):1-4．