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(diǎn)及危害,采用電能質(zhì)量監(jiān)控裝置提供實(shí)時參數(shù)和諧波污染源運(yùn)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(jī)）設(shè)備投入電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn),使設(shè)備過熱、燒毀（中性線、電機(jī)、變頻器、變壓器）,功率因數(shù)下降,降低電能利用效率。隨著計(jì)算機(jī),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(jì)算機(jī)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(yùn)行的影響很大。感應(yīng)電動機(jī)端電壓比其額定電壓偏高或偏低時,會縮短電機(jī)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(jī)正常起動,還可能引起同步電機(jī)轉(zhuǎn)子振動,使電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)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(jī)、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(jì)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(diǎn)的電壓電流信號,并將電能質(zhì)量分析和計(jì)算結(jié)果通過通信接口實(shí)時將監(jiān)測點(diǎn)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(jì)算機(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)頻率的在線監(jiān)視,同時可設(shè)置越限報(bào)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(diǎn),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(jī)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(jì)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(yùn)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(diǎn)或16點(diǎn)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(jì)量功能

1．實(shí)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(jì)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(jì)算?？捎?jì)算實(shí)時需量和峰值需量。

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(shí)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(bào)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(bào)警條件及報(bào)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(dú)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(jī)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(jī)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?dú)供電。

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(bǔ)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(yùn)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(shí)時上傳、及時存儲、準(zhǔn)確分析與顯示等環(huán)節(jié)實(shí)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(shí)施電能質(zhì)量綜合治理的前提和基礎(chǔ),有助于加強(qiáng)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(yàn)和電力污染原始資料,能夠促進(jìn)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的提高,增加冶金行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力。