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1、-从控制谐波污染入手 发展绿色节能环保电网 控制谐波污染 发展绿色节能环保电网 作者姓名：刘训新 工作单位：龙矿集团供电部 联系电话：0535-8650021 15653859275 通讯地址：山东省龙口市振兴南路369号 邮编：265700 作者简介：刘训新（1981-），男，机电一体化专业，专科，2005年10月至今一直从事龙矿电网改造、电网谐波污染治理技术和管理工作，拥有9年工作经验。 摘要：随着山东能源龙矿集团的不断发展壮大，尤其是自2003年集团公司改制以来，龙矿电网供电规模日益增大，电网结构发生了天翻地覆的变化，每年的供电量正以10%的速度快速增长，日用电负荷创造了有史以来的新高，
2、达到了73MW，但还有继续上升的趋势。虽然供电量增长了，但是龙矿电网的供电压力增大了，安全系数降低了，供电质量如何保证，怎样保障矿区安全稳定供电，提高电网运行质量，发展绿色节能环保电网是近年来摆在矿区电网运行管理的首要课题。而控制谐波污染又是提高电能质量、节能环保增效的关键。目前，龙矿电网的谐波污染状况呈上升趋势，已经对电网设备的正常运行带来了相当大的影响，有的则对电网的安全运行构成了潜在的威胁。本文根据龙矿集团矿区电网谐波污染状况，及谐波污染给矿区电网供用电设备和供电电能质量带来的影响和危害。介绍了从控制谐波污染入手，为提高电能质量，发展绿色节能环保电网所做的工作及取得的成果。论述了重视发展
3、绿色节能环保电网，控制电网谐波污染的重要性。 Abstract: with the continuous development of energy in Shandong Longkou Mining Group has grown, especially since the 2003 group company restructuring, power grid scale of Longkou mining increases day by day, has had the earth shaking change structure of power grid, power suppl
4、y of the year is fast growing at a rate of 10%, the daily electrical load creates a record, up to 73MW, but also continue to rise. Although the electric power demand, but the supply pressure of Longkou mining power increases, the safety coefficient reduces, how to ensure the quality of power supply,
5、 how to guarantee the stable power supply safety of mining area, improve the network operation quality, the development of green energy-saving environment-friendly power grid in recent years is the primary subject placed in mine power network operation management. And it is the key to improve the qu
6、ality of electric energy, energy saving and environmental protection and control of harmonic pollution. At present, the situation of Longkou Mining grid harmonic pollution is on the rise, have considerable influence on power grid equipment in normal operation, some of it to the safe operation of pow
7、er grid poses a potential threat to. On the basis of Longkou Mining Group mine harmonic pollution, and harmonic pollution to electric network power equipment and power supply into the effect and harm. The author control harmonic pollution, to improve the quality of electric energy, the development o
8、f green energy saving and environmental protection grid work and achievements. Discusses the importance of the development of green energy saving and environmental protection network, the importance of controlling the harmonic pollution. 关键词：电能质量；谐波；治理；绿色节能环保电网 Keywords: power quality; harmonic; gov
9、ernance; green energy-saving environmental protection grid. 1 一、前言 随着龙矿电网规模的不断扩大，各种大容量、重污染的用电设备接入电网，电网的谐波污染状况呈逐渐上升趋势，有的已经对电网设备的正常运行带来了相当大的影响，有的则对电网的安全运行构成了潜在的威胁。因此，电网的谐波污染情况已经引起集团公司的高度重视，加强谐波技术监督监测，进一步开展相关的谐波新技术研究、谐波污染治理等方面的工作。因为控制谐波污染是提高电能质量、节能环保增效的关键。现根据龙矿集团矿区电网的谐波污染状况和开展的谐波治理工作及取得的成果做如下介绍。 二、谐波产生
10、的原因 产生谐波的原因主要有以下三方面： 1、在交流发电机里，定子、转子间气隙中磁感应强度的分布，总会由于齿、槽的影响以及气隙不可能绝对均匀而导致各相电势波形虽然对称，却是非正弦波形，三相电势中含有奇次谐波。 2、即使电源电势是正弦波，但是电力线路上的许多用电设备(如非线性设备)，也能产生谐波电流，谐波电流通过电力线路回流到电力电源中。 3、作用在同一线路中的数个正弦电势，如果它们的频率各不相同，那么电路中的电流将是各个不同频率电流分量的迭加，同样会产生谐波电流。 三、龙矿电网谐波源与污染情况 1、提升机、压风机、井下综采设备等产生的谐波对电网的影响。 龙矿电网主要负担着供电辖区内的梁家煤矿、
11、北皂煤矿、洼里煤矿、洼东煤矿、桑园煤矿五对矿井的通风、排水、提升等第一类用电负荷，有着其自身的特殊性。提升机、压风机、井下综采设备等是必不可少的用电设备，属于非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，是矿区电网最大的谐波和负序污染源，使供电质量变坏，是造成电网供电电能质量不合格的重要原因。目前，龙矿电网供电辖区共有五对矿井，其谐波污染程度不容忽视，矿区电网的谐波污染情况如下： (1)35kV梁家主井变电站是矿区电网的枢纽站，其6kV主要供电负荷是：梁家煤矿主井提升机、压风机、输煤系统、井下综采设备等。本次测试点位置
12、为1#主绞支路。所测母线所带负荷情况：提升机；测试时负荷的工作情况：正常工作；6kV母线上装有一组并补电容，补偿容量约为800kvar。本次测试时段内全部切除。测试仪器：LEcoM PQP2000B型电能质量分析仪。 测量结论：5、7、11、13、17、19、23、25次谐波电流超标，谐波电流值与国标值比较如 功率因数：平均功率因数约为0.60，最大无功冲击：2.02Mvar。 2 结论：经过测试，梁家主井变电站1#主绞支路谐波电压总畸变率、3、5次谐波电压含有率超标，5、7、11、13、17、19、23、25次谐波电流超标，电压长时闪变超标，其他各项电能质量均符合国家标准。 （2）35KV东
13、风井变电站担负着北皂煤矿海下采煤系统的用电，包括压风机、井下综采设备、地面用电设备等。本次测试点位置为2#主变低压侧。所测母线所带负荷情况：主要负荷为井下空压机；测试时负荷的工作情况：正常工作；两段6KV母线各装有4组并补电容，安装容量分别为150kvar*3台*2组、119kvar*3台、318kvar*3台。正常情况下视母线功率因数适量投切。 功率因数：平均功率因数约为0.94，最大无功冲击：4.55Mvar。 结论：经过测试，35kV东风井变电站6kV母线在并补电容正常投运时，5、13次谐波电流超标，电压短时闪变与长时闪变超标，其他各项电能质量均符合国家标准。 2、冶金铸造、电弧炉等产生
14、的谐波对电网的影响 龙矿电网35kV海迪变电站主供冶金铸造负荷，用户产生的谐波污染严重，随着用户生产规模的扩大，近几年对系统的影响也越来越严重。2010年7月，该站10kV电容器组投运后损坏严重，保护频繁动作，同时多个电容器发生爆炸，虽未造成人员伤亡，但造成了电容器组不能正常投入运行，给供电设备、用户的供电质量造成了很大的损失。2011年3月，该站35kV主变匝间短路，两条35KV进线开关跳闸，造成全站停电。经现场检查装置报文和事故分析，其造成主变匝间短路的主要原因是：主变是三圈变，6kV侧处于开路状态，由于近段电容器组发生相间短路，短路电流达到了几千安培，对主变低压侧线圈的冲击相当大，绝缘强
15、度降低，变压器常年超负荷运行，最终导致主变匝间短路。如下图所示： 经过这次事故，我们对该站的电能质量进行了测试，测试点位置为2#主变10kV绕组出线侧，所 3 测母线所带负荷情况：主要为三家铸造厂的中频炉供电；测试时负荷工作情况：正常工作；测试母线上没用补偿装置。测试仪器：LEcoM PQP2000B型电能质量分析仪。 功率因数：平均功率因数约为0.85，最大无功冲击：4.47Mvar（实际值为8.94Mvar）。 结论：经过测试，海迪变电站10kV母线5、7次谐波电流超标，功率因数未达到国家标准，其他各项电能指标均符合国家标准。 3、其它谐波源产生的谐波对电网的影响 造成电网供电电能质量不合
16、格的原因，还有大量使用的计算机、各种电子设备、新型家用电器等，也产生大量的谐波污染。 四、谐波产生的危害 矿区电网中日益严重的谐波污染常常对设备的工作产生严重的影响，其危害一般表现为： 1、谐波电流使输电电缆损耗增大，输电能力降低，绝缘加速老化，泄漏电流增大，严重的甚至引起放电击穿。 由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。 2、使电动机损耗增大，发热增加，过载能力、寿命和效率降低，甚至造成设备损坏。 谐波对电动机的危害主要是产生附加的损耗和转矩，降低电动机效率，严重时使电
17、动机过热而烧毁。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率的增高而使在运转的电动机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。另外，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，减少电动机的出力。由于在供电系统中，用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此，谐波使电力用户电动机总的附加损耗增加的影响最为显著。 3、容易使电网与用作补偿电网无功功率的并联电容器发生谐振，造成过电压或过电流，使电容器绝缘老化甚至烧坏。 当电网存在谐波时，投入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。从而容易发
18、生故障和缩短电容器的寿命。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。另一方面，电容器的电容与电网的感抗组成的谐振回路的谐振频率等于或接近于某次谐波分量的频率时，就会产生谐波电流放大，而使其熔丝经常熔断而无法运行，严重时使电容器产生噪音、振动，电容器因过热、过电压等而损坏。 4、谐波电流流过变压器绕组，增大附加损耗，使绕组发热，加速绝缘老化，并发出噪声。 谐波使变压器的铜耗、铁耗增大，使变压器的实际使用容量大大减少。特别是3次及其倍数次谐波，对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器， 4 当绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或者装有中性点接地的并
19、联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。严重时，会导致变压器噪声增大，温度升高，加速绝缘老化，缩短使用寿命，直至损坏。 5、影响电子设备的正常工作。如：使某些电气测量仪表受谐波的影响而造成误差，导致继电保护和自动装置误动作，对邻近的通信系统产生干扰，非整数和超低频谐波会使一些视听设备受到影响，使计算机自动控制设备受到干扰而造成程序运行不正常等。 6、谐波对人体的影响 从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。 五、近几年龙矿电网谐波开展的主要工作 在
20、龙矿集团公司的大力支持下，龙矿供电部积极深入的开展了谐波治理及研究工作，使谐波监督工作不只停留在测量阶段，而是把工作重点放在了从根本上提高电网供电质量，发展绿色节能环保电网上来。通过近几年的摸索工作，使矿区电网内一些大的谐波源用户得到了治理。 1、谐波治理方面 加大科技投入，引进、利用新型节能设备，降低综合损耗，提高电网经济运行质量。2008年35kV儒林庄变电站谐波治理工程，2010年35kV海迪变电站、35kV东风井变电站谐波治理工程，2011年35kV梁家主井变电站谐波治理工程的的顺利完工。其中，儒林庄站采用的是FC消谐滤波装置，海迪站、梁家主井站采用辽宁荣信公司研制的SVC静止型动态无
21、功补偿装置，东风井站采用的是泰开集团研制的无功补偿装置。安装投运后，极大地改善了电网电能质量，增强了电网稳定性，减少了由于谐波造成的电力事故，优化了无功潮流，通过消谐滤波优化无功补偿后，系统二次电压基本稳定并将电压提高到最佳值。 2、安全效益 龙矿电网主要负担着供电辖区内的梁家煤矿、北皂煤矿、洼里煤矿、洼东煤矿、桑园煤矿五对矿井的通风、排水、提升等第一类用电负荷，有着其自身的特殊性。电网的安全稳定运行是保证煤矿安全生产的前提条件，在谐波没有消除以前，矿区电网出现过多次开关误动事故，造成主变停电，严重威胁煤矿供电安全，在消谐滤波装置投入运行后，设备误动现象消除，减少了电力事故的发生，从而保障了煤
22、矿供电，取得了较好的安全效益。 3、经济效益 消谐滤波装置投入运行后，取得了巨大的经济效益，下面主要从提高了设备出力和降低损耗两个方面进行分析。 （1）提高了设备出力 35kV海迪变电站1#主变的额定容量为10000KVA，一次额定电流为165A 。安装SVC静止型动态无功补偿装置前功率因数为0.79，治理后为0.98。治理前1#主变由于功率因数低，无法满足周围企业用户的正常用电负荷需要，经常需要压负荷，影响了供电量，减少了供电收入。 治理前1#主变的实际有功出力为： P?3*U*I*COS?=1.732*35*165*0.79=7900KW 治理后1#主变的实际利用容量为： P?3*U*I*
23、COS?=1.732*35*165*0.98=9800KW 可见，1#主变的有功出力较安装前增加1900KW，比原来提高了24%，每年可以多供电量1900*24*360*60%=985万度（60%为负荷率）。按照每度电供电效益0.15元计算，每年经济效益 5 为：985*0.15=147.75万元。 （2）降低损耗 1)35kV儒林庄站2#主变的损耗降低 35kV儒林庄变电站2#主变的额定容量为10000KVA，一次额定电流为165A ,变比35/10/6.3kV。安装FC消谐滤波装置前功率因数为0.79，治理后为0.98。在功率因数不同的情况下，流经相同的电流，所产生的有功功率是不相同的。同
24、样在相同的负荷由于功率因数不同，主变产生的损耗也是不同的。下面就以负荷在8000KW时为例计算一下不同功率因数下主变所产生的损耗差别。主变的负荷8000KW，功率因数0.79，那么流经二次侧的电流为： I?8000=584A 3*U*COS?1.732*10*0.79=P 功率因数0.98时流经二次电流： I?8000=471A 1.732*10*0.983*U*COS?=P 主变的损耗公式为变压器的有功损耗计算公式为： ?PB=?PO?2?Pd，?PO空载损耗，?Pd短路损耗。 功率因数为0.79时的主变损耗： ?584?PB=?PO?Pd=9.9+?50.97=67.16KW ?549?2
25、2 功率因数为0.98时的主变损耗： ?471?PB=?PO?2?Pd=9.9+?50.97=47.6KW 549? 两者相差19.56 KW 提高功率因数后，2#主变每天可以节省19.56*24=468度电量。 2)35kV梁儒线的损耗降低 35kV梁儒线全长12.24公里，线路阻抗为1.59?,电抗为：x1=x0L=0.3812.24 4.65?。加装消谐滤波装置前，梁儒线的功率因数为0.79，加装后功率因数为0.98。 功率因数为0.79时负荷8000KW时的线路损耗为： P=3Ir=3*167*1.59=133KW 功率因数为0.98时负荷8000KW时的线路损耗为： P=3Ir=3*
26、134*1.59=86.5KW 两者相差133-86.5=46.5 KW 提高功率因数后，梁儒线每天可以节省46.5*24=1116度电量。 3)由于矿区电网供电功率因数从不足0.85提高到了0.95以上，大大降低了电网供电无功损耗，为此，受到了烟台电业局的力率奖励40万元/年。 六、结束语 提高电能质量是每个供电企业最根本的任务之一，谐波污染程度是衡量电能这一唯一产品的 6 22222 重要指标。只有为千家万户提供高质量的电能，才能为社会、为企业创造巨大的物质财富，同时也给电网带来更大的经济效益。因此，控制电网谐波污染，提高电能质量是电网运行管理的重要工作，是发展绿色节能环保电网的关键所在。 参考文献 1吕润馀电力系统高次谐波中国电力出版社1999年6月 2龙矿集团无功补偿技术方案荣信电力电子股份有限公司2010年6月 7