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低壓配電臺區電能質量問題及相關治理措施

已被閱讀 536 次 時間:2020-07-15

末端臺區現狀

末端臺區的電能質量問題以低電壓、無功、三相不平衡等為主。“低電壓”現象的根本原因在于電網供電能力不足,其治理的方向可以從兩個方面入手:

(1)進行電網改造和擴容,采取增建或擴建變電站、增大配變容量、拆分配變臺區、縮短供電半徑、改造低壓線路、增大低壓線徑等手段,以直接提升電網的供電能力;

(2)采取技術措施,提升電網的無功功率就地平衡能力、線路的局部電壓調節能力和三相電流的平衡度,以間接提升電網的供電能力。

因而基于就地平衡配變負荷側無功功率和調節配變負荷側三相不平衡電流的方法來提升配變的帶負荷能力,提高380/220v低壓供電線路電壓的合格率,解決用戶側的“低電壓”問題,同時具有降低網耗、實現電網經濟運行的良好效果。

 

三相不平衡的危害

目前,在國家電網公司中、低壓配電網系統中,三相負荷系統是隨機變化的,這些負荷會使配電系統產生三相不平衡,三相負荷不平衡會導致供電系統三相電壓、電流的不平衡,引起電網負序電壓和負序電流,影響供電質量,進而增加線路損耗,降低供電可靠性。三相不平衡系統向量如圖。

不平衡系統的影響具體表現在:

1) 三相負荷不平衡將增加變壓器和線路損耗,通過理論計算可以證明最大不平衡時的變壓器損耗是平衡時的3倍,線路損耗是平衡時的6倍;

2) 三相負荷不平衡時重負荷相電流過大,容易造成繞組和變壓器油的過熱。導致繞組絕緣老化加快和油質劣化,迅速降低變壓器壽命(溫度每升高8℃,使用年限將減少一半),甚至燒毀繞組;

3) 三相負荷不平衡時重負荷相電流過大,可能造成該相導線、開關等部件溫度直線上升,以致燒斷、燒壞。且由于中性線導線截面一般小于相線截面,考慮到電網中零序諧波電流的存在,中性線燒斷的幾率更高;

4) 三相負荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱,致使變壓器局部金屬件溫度異常升高,嚴重時將導致變壓器運行事故;

5) 低壓電網三相負荷不平衡會引起高壓側對應相電流過大,導致高壓線跳閘停電,引發大面積停電事故,同時變電站的開關設備頻繁跳閘將降低使用壽命;

6) 三相不平衡時漏電電流就不會為零。當量值接近或大于漏電保護器的額定動作電流I△n時,將引起總保護頻繁動作,甚至根本送不上電,嚴重影響漏電總保護的運行率;

7) 三相負載不平衡時運行,其各相輸出電流就不相等,為避免單相過電流,變壓器必須容量降額使用,同時由于其配變內部三相壓降不相等,這必將導致配變輸出電壓三相不平衡。負載重的一相電壓降低,而負載輕的一相電壓升高,容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設備燒壞,而電壓低的一相接帶的用戶用電設備則可能無法使用。

8) 大量的變頻設備、整流設備運行中產生的大量諧波負荷,在嚴重導致電網失衡的同時,嚴重影響其他電網設備的正常運行甚至導致電網供電和用電設備損壞。

傳統的解決方案

目前市場上的三相電流平衡設備,主要有兩大類:改變負荷接入相位法和加裝補償裝置法。

其中改變負荷接入相位需要通過人工改線或換相開關進行,負荷接入相位的改變避免的要產生短時停電,因此這種方法的推廣一般主要用于對供電可靠性要求不高的農村地區。

加裝補償裝置,特別是大功率三相有功平衡設備仍然以無源無功補償裝置(分補)為主,且主要應用于低壓范圍。由于無源無功補償裝置本身有很大缺陷,不能達到最優化的不平衡要求。利用增設無功補償裝置或者消弧線圈來處理低壓配電網的三相不平衡問題的效果并不理想:增設無功補償裝置進行電壓調整時經常會導致諸如諧波放大等其他問題的產生,使補償效果不夠理想。而加設消弧線圈,雖然可以使容性電流得以減小,但是該方法可能加大三相不平衡度。

有源新型方案

動態有源三相平衡裝置是隨著現代電力電子技術發展起來的高科技裝備。與無功補償裝置相比,動態有源三相平衡裝置具有有功轉移、動態無功補償、與系統不諧振等優勢。隨著電力電子技術的進步和生產規模的擴大,動態有源三相平衡裝置的成本逐漸下降,其巨大的技術優勢、強大功能、更高的適應性、更簡單的安裝方式,必將最終取代無功補償裝置占據市場主流。

有源型方案的主要工作原理為相間電流轉移。如圖3,在某一時刻,電流較大的一相(C相)通過IGBT動作,將能量存儲于直流側的電容中,在另一時刻,電流較小的相線(B相)通過導通IGBT,將能量釋放。此過程在20kHz的IGBT模塊的動作下,以上過程均在較短時間內完成。此過程可理解為基于基波正序電流檢測的補償法。該補償手段是利用四相功率調節器拓撲結構進行補償,通過采用坐標變換的運算方式,實現無功和有功的解耦控制,分別控制無功和有功的不平衡補償。

以上過程亦可以理解為,任何系統的工作電流可以看成是由正序、負序、零序的疊加,正序分量是系統是保持三相系統平衡的支撐,而負序、零序分量是造成不平衡的因素,因此有源型三相不平衡電能質量裝置是對負序和零序進行濾除達到保留正序分量實現三相平衡的目的。

 

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