摘 要:冶金行業(yè)中電力電子設(shè)備及其他非線性負(fù)荷設(shè)備在電網(wǎng)中的大量應(yīng)用,造成對電網(wǎng)諧波污染及停產(chǎn)事故或降低產(chǎn)品成材率。通過分析諧波污染的特點及危害,采用電能質(zhì)量監(jiān)控裝置提供實時參數(shù)和諧波污染源運行狀態(tài),積極完善與規(guī)范諧波監(jiān)督體系推進(jìn)專業(yè)治理。
關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量、電壓偏差、電壓波動、諧波、在線監(jiān)測、治理
中圖分類號:TM932 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-1723(2012)08-0180-04
隨著冶金行業(yè)的發(fā)展,企業(yè)所需電力負(fù)荷急劇加大,特別是沖擊性和非線性負(fù)荷容量的不斷增長,導(dǎo)致電流波形畸變和三相不平衡日益嚴(yán)重,成為影響電能質(zhì)量乃至產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。
在冶金行業(yè)中,由于生產(chǎn)工藝的要求,電力負(fù)荷特殊,導(dǎo)致諧波源負(fù)荷多。在電子開關(guān)型(各種交直流交換裝置、變頻裝置),鐵磁飽和型(各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等、其鐵磁飽和和特性呈現(xiàn)非線性),電弧型(各種煉鋼電弧爐、交流電弧焊機)設(shè)備投入電網(wǎng)運行后,會使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動,引起電網(wǎng)發(fā)生波形畸變和三相不平衡等電能質(zhì)量問題。嚴(yán)重地干擾了電網(wǎng)中設(shè)備的正常運轉(zhuǎn),使設(shè)備過熱、燒毀(中性線、電機、變頻器、變壓器),功率因數(shù)下降,降低電能利用效率。隨著計算機,微處理器控制的精密電子和電力電子裝置在電力系統(tǒng)中大量使用,對電能質(zhì)量的要求也更高。一旦出現(xiàn)電能質(zhì)量問題,易引起計算機復(fù)位、保護(hù)裝置誤動或設(shè)備工作異常,從而造成整個供電系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的損壞,其帶來的損失是難以估量的。
因此,冶金企業(yè)迫切需要對電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測和分析,為治理電能質(zhì)量、制定改造措施提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。
一、影響電能質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)
(一)電壓偏差
電壓偏差又稱電壓偏移,是指給定瞬間設(shè)備的端電壓與設(shè)備額定電壓之差。
電壓偏差對設(shè)備運行的影響很大。感應(yīng)電動機端電壓比其額定電壓偏高或偏低時,會縮短電機壽命,直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,增加廢、次品。
(二)電壓波動
電壓波動是指電壓的快速變化沖擊性功率的負(fù)荷,引起連續(xù)的電壓變動或電壓幅值的周期性變動。電壓波動可能影響電機正常起動,還可能引起同步電機轉(zhuǎn)子振動,使電子設(shè)備和計算機無法正常工作,使照明燈閃爍,影響工作和生活。
(三)諧波
諧波是指對周期性正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量。
諧波能使旋轉(zhuǎn)電機、變壓器等電氣設(shè)備由于諧波電流而產(chǎn)生附加損耗,引起過熱導(dǎo)致絕緣破壞,諧波會使電容器過負(fù)荷甚至燒毀,諧波電流能影響感應(yīng)式電度表計量的準(zhǔn)確度,諧波還可能引發(fā)電壓諧振,引起過電壓,擊穿線路設(shè)備絕緣,并干擾通信和弱電回路,甚至造成故障。
鑒于電能質(zhì)量問題的危害,我們采用專業(yè)的設(shè)備,以直觀的方式認(rèn)識并分析其特性,制定更完善的措施提高電能質(zhì)量。
二、電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能
電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集供電系統(tǒng)中監(jiān)測點的電壓電流信號,并將電能質(zhì)量分析和計算結(jié)果通過通信接口實時將監(jiān)測點電能質(zhì)量情況和錄波波形上傳到管理中心。監(jiān)測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用了B-S結(jié)構(gòu),即允許網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何具有Internet Explorer瀏覽器的計算機訪問數(shù)據(jù)庫軟件。
(一) 監(jiān)測數(shù)據(jù)
1.電壓偏差監(jiān)測。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置可同時以一秒的刷新率記錄電壓的最大最小值,并同步記錄其它電量的數(shù)值,如電流、功率、功率因素,便于分析電壓與運行工況的相關(guān)性。
2.頻率偏差監(jiān)測。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置的頻率測量精度為±0.01Hz,精度范圍從20Hz到70Hz,可實現(xiàn)電力系統(tǒng)頻率的在線監(jiān)視,同時可設(shè)置越限報警和記錄。
3.諧波監(jiān)測。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置每周波采樣512點,可測量和顯示基波到63次的各次諧波分量、總諧波畸變率、偶次諧波畸變率、奇次諧波畸變率,所測得的電壓、電流和諧波棒圖、K因子、峰值因子。既可直接在本身所帶的大屏幕液晶顯示器上顯示,也可在上位機顯示。
4.電壓不平衡和序分量測量。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置測量電壓、電流的正序、負(fù)序和零序幅值及相位,計算和分析電壓不平衡度。
5.故障錄波。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置通過捕捉故障電壓、故障電流,分析短路容量,故障相別、事故原因,快速查找和排除事故隱患。
電能質(zhì)量監(jiān)控裝置可設(shè)定多個不同的故障錄波觸發(fā)條件,保護(hù)動作、電壓電流越限、諧波分量超標(biāo)、畸變率超標(biāo)、電壓有效值超標(biāo)、沖擊負(fù)荷投切、開關(guān)合分等均可設(shè)定為觸發(fā)條件,啟動故障錄波功能,捕捉電壓電流波形細(xì)微的變化,把事故預(yù)警、事故發(fā)生、事故演變和發(fā)展的全部動態(tài)過程置于嚴(yán)密的監(jiān)視中,完整記錄,幫助用戶準(zhǔn)確查找和分析事故原因,有效防止事故的發(fā)生和發(fā)展,提高系統(tǒng)的運行可靠性。
除了可設(shè)定多種故障觸發(fā)條件外,電能質(zhì)量監(jiān)控裝置還可設(shè)定多種故障錄波記錄方式,可以每周波128點或16點的速度連續(xù)記錄故障前2個周波和故障后12個周波的數(shù)據(jù),故障持續(xù)的情況下,可連續(xù)多次啟動,然后進(jìn)入高速定時記錄,每周記錄一次電壓、電流有效值或包絡(luò)線。用戶也可自定義其它故障錄波方式。
(二)測量與計量功能
1.實時測量。三相電量監(jiān)測功能,裝置測量的電量包括所有三相交流電量,包括各相電壓、相電流、各相功率因數(shù)、各相有功功率、無功功率、視在功率、線電壓、總有功功率、無功功率、視在功率。
2.電能計量。測量有功電能、無功電能及視在電能的輸入、輸出、總和和凈值。
3.需量計算??捎嬎銓崟r需量和峰值需量。
4.事件和電量記錄。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置具有大容量非易失性存儲器空間供存儲記錄被監(jiān)視對象的動態(tài)過程,可以實現(xiàn)定時數(shù)據(jù)記錄、波形記錄、事件記錄等功能。
5.自診斷事件。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置的定值越限功能可供用戶設(shè)置判斷條件,當(dāng)條件滿足時輸出信號進(jìn)行控制,可廣泛用于故障判定、啟動報警、啟動記錄等場合。定值越限功能可設(shè)定多個越限監(jiān)視條件,并記錄越限事件,分辨率為1ms,事件記錄具有優(yōu)先級,并且裝置具有事件記錄的優(yōu)先級設(shè)置功能,可供用戶設(shè)定報警條件及報警級別。優(yōu)先級高的事件即使在事件記錄容量已滿的狀態(tài)下,仍可保留記錄。
6.電量連續(xù)記錄。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置具有多組獨立的數(shù)據(jù)記錄,每組可選多個參數(shù),每個數(shù)組可選不同的啟動、停止條件、記錄間隔、可記錄容量。
7.電量的最大值和最小值記錄。電能質(zhì)量監(jiān)控裝置的最大值和最小值記錄功能主要應(yīng)用于電能質(zhì)量關(guān)聯(lián)性事故記錄與分析。
(三)通訊功能
通過通信口,上位機軟件能夠讀取并顯示所有被測量參數(shù)和狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)記錄等,同時可對裝置進(jìn)行整定,并可接收上位機遙控指令。
四、 冶金行業(yè)提高電能質(zhì)量的措施
(一)減少電壓偏差的措施
1.正確選擇變壓器電壓分接頭。通過改變用電設(shè)備端電壓,使之接近于設(shè)備額定電壓,從而減小電壓偏差范圍。
2.合理減小系統(tǒng)阻抗。由于供電系統(tǒng)電壓損耗與電力變壓器和線路及阻抗成正比,因此減小系統(tǒng)變壓級數(shù)、增大導(dǎo)線電纜截面或用電纜取代架空線等來減少系統(tǒng)阻抗,降低電壓損耗,縮小電壓偏差,達(dá)到電壓調(diào)整的目的。
3.均衡系統(tǒng)三相負(fù)荷。若三相負(fù)荷分布不均,會產(chǎn)生零序電壓,使一相電壓降低,另一相電壓升高,就增大電壓偏差,所以應(yīng)均衡系統(tǒng)三相負(fù)荷。
(二)抑制電壓波動的措施
1.對負(fù)荷變動劇烈的大型設(shè)備,可采用專業(yè)線或?qū)S米儔浩鲉为毠╇姟?br />
2.增大供電容量,減小系統(tǒng)阻抗,從而減小負(fù)荷變動時引起的電壓波動
3.對大功率電弧爐的變壓宜由短路容量較大的電網(wǎng)供電。一般采用更高電壓等級的電網(wǎng)供電。對大型沖擊負(fù)荷,也可裝設(shè)能吸收沖擊無功功率的靜態(tài)性無功補償裝置。
(三)抑制電網(wǎng)諧波的措施
1.將整流變壓器采用y,d或d,y接線,消除電網(wǎng)中諧波電流3次及3的整數(shù)倍次的諧波電流
2.增加整流變二次側(cè)的相數(shù)和增加整流器的整流脈沖數(shù)。
3.使各臺整流變二次側(cè)互有相角。
4.裝設(shè)分流濾波器。
在大容量靜止諧波源與電網(wǎng)連接處,裝設(shè)分流濾波器,使之發(fā)生串聯(lián)寫真。由于串聯(lián)諧振時阻抗極小。使這些諧波電流被它分流吸收而不至于注入電網(wǎng)。
電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測是保證供電質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運行的首要任務(wù),電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過全面采集、實時上傳、及時存儲、準(zhǔn)確分析與顯示等環(huán)節(jié)實現(xiàn)了電能質(zhì)量信息的快速獲取和綜合分析。全面的電能質(zhì)量監(jiān)測是實施電能質(zhì)量綜合治理的前提和基礎(chǔ),有助于加強電網(wǎng)的安全性和可靠性,自動監(jiān)測、自動分析和數(shù)據(jù)共享有助于提高工作效率。建立和應(yīng)用電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)積累電能質(zhì)量管理經(jīng)驗和電力污染原始資料,能夠促進(jìn)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行水平的提高,增加冶金行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力。
聲明:
“電能質(zhì)量監(jiān)測在冶金行業(yè)中的應(yīng)用” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)