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Sinexcel 全控型智能电能质量矫正装置三相不平衡及无功改善案例
2017-05-10 11:14:27  作者:赵龙腾  来源:中国设计师网  
  •   目前,全国各地农网与城网系统都存在较严重的三相不平衡现象,其中陕西、上海、河北、甘肃、四川等地都已逐步实行三相不平衡、无功补偿、低电压改造工程,各地供电公司均有使用SPC(SVG)进行配网改造的案例,本次案例选取典型台区--蓟县局盘山景区砖瓦窑村农家乐作为参考。蓟县盘山景区农家乐所造成的三相不平衡现象极为严重,同时由于使用水泵等抽水设备,还存在功率因数偏低的问题,我们选取(JX3021406)金碧216砖瓦窑村三队东变160kVA台变为例进行说明,其电压波动范围-20%~+20%,最大不平衡度为84%,使用环境温度为-25℃~50℃。于2015年7月底安装Sinexcel 050 SPC(即SVG,下同)全控性智能电能质量矫正装置(户外式静止无功发生器,下同)进行电能质量改善。

    本文相关专题:台区低电压问题探讨

  深圳市盛弘电气股份有限公司 产品总监 赵龙腾

  1 概况

  目前,全国各地农网与城网系统都存在较严重的三相不平衡现象,其中陕西、上海、河北、甘肃、四川等地都已逐步实行三相不平衡、无功补偿、低电压改造工程,各地供电公司均有使用SPC(SVG)进行配网改造的案例,本次案例选取典型台区--蓟县局盘山景区砖瓦窑村农家乐作为参考。蓟县盘山景区农家乐所造成的三相不平衡现象极为严重,同时由于使用水泵等抽水设备,还存在功率因数偏低的问题,我们选取(JX3021406)金碧216砖瓦窑村三队东变160kVA台变为例进行说明,其电压波动范围-20%~+20%,最大不平衡度为84%,使用环境温度为-25℃~50℃。于2015年7月底安装Sinexcel 050 SPC(即SVG,下同)全控性智能电能质量矫正装置(户外式静止无功发生器,下同)进行电能质量改善。

  2 形成原因

  我国城乡居民和商业配电网中主干线供电方式为三相四线,分支线供电方式为单相供电的模式。配电变压器均采用三相变压器,低压配电网中三相负荷与单相负荷共存,但居民家庭用电是以单相负荷为主,由于用电具有不同时性,昼夜变化大,负荷特性复杂多变,农用配变数量越来越多,三相负荷投入不均衡导致了严重的三相不平衡。

  而传统无功补偿为电容逐级投切,当无功含量较小时,并不能起到补偿作用,且由于部分地区受谐波影响,导致电容易损坏,功率因数偏低现象时有发生。

  3 治理思路和方案

  3.1 治理依据:

  GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度

  DLT 1216-2013配电网静止同步补偿装置技术规范

  3.2治理方案

  采用电力电子变流方案,将三相有功通过整流逆变的方式进行转移,从而达到三相平衡的状态,同时可将直流储能逆变并进行相位调节,从而达到无功功率补偿的作用。

  (1)接入电力系统方案图

  智能电能质量矫正装置SPC安装于配电台区二次侧,一般位于变压器下方,离地约2米~2.5米高处,针对用户负荷进行三相不平衡调节和无功功率补偿。

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  (2)改造设备参数描述及计算依据

  根据电网能源管理系统5月-7月数据,可知(JX3021406)金碧216砖瓦窑村三队东变三相不平衡调整值最大为单相45.2A,最大无功功率为16kvar,额定补偿台区变压器容量160kVA。

  通过计算可知需补偿容量约为31.5kvar,考虑一定余量,配置50kvar SPC进行电网改造,消除三相不平衡的同时,并进行无功功率补偿。

  4 原理和适用范围

  4.1 原理

  (1)三相不平衡补偿原理

  SPC运行时,会通过外接电流互感器(CT)实时检测负载电流,然后将CT采集到的电流信息发送给内部控制器DSP进行运算分析,经过控制器分析后,即可分析出系统的不平衡状态,并同时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值,然后系统通过控制IGBT通断,将电能存储于直流母线电容内,最后再把电流从较大的相转移到电流较小的相,即实现了有功电流的转移,从而达到三相平衡。

  CT检测出三相负载电流值Ia’、Ib’、Ic’,然后,由DSP计算得出平均电流值为(Ia’+Ib’+Ic’)/3,并与Ia’、Ib’、Ic’进行比较,即可分析得出各相需要转移的电流值,然后将电流在相间进行转移,从而在电网系统侧得到平衡的电流Ia≈Ib≈Ic。

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  (2)无功功率补偿原理

  如图3,SPC通过电流互感器(CT)实时检测负载电流,电流信号通过检测回路传递至内部控制芯片DSP并进行FFT运算,DSP运算分析出负载电流的有功和无功大小,并通过PWM信号驱动IGBT,然后由IGBT逆变,发出一个与负载无功电流大小相等,方向相反的电流至系统,减小系统无功含量,提高功率因数。

  4.2适用范围

  智能型电能质量矫正装置可自动调节、平衡三相负荷,双向调节无功功率,改善台区出口电压。适用于三相负荷不平衡度大于15%以上,且三相负荷人工调节困难的低压配电台区。同时也适用于无法使用电容投切进行无功补偿或电容经常损坏的配电台区。通过精准的对三相不平衡电流及无功进行补偿,实现消除三相电压不平衡、某相电压过低(高)、零地电压、电压波动等电压问题。

  5 治理效果

  测试时间为全年负载波动最大的蓟县盘山农家乐旅游旺季7月~10月,为期3个月。

  5.1影像资料

  现场电气安装位置为变压器二次侧,采用抱杆安装方式,位于变压器侧面。

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  5.2治理效果

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  由表格可见,该配电台区在SPC安装之前,三相电流最大不平衡度达到了84%,安装前供电局配电台区7月12日00:00至7月13日00:00数据见图5,安装后供电局数据系统10月21日00:00至10月22日00:00数据见图6。

  由供电局数据采集系统记录可看出,改善前24小时内三相电流相差较大,而改善后24小时内三相电流值基本一致。为了更清楚更为直观地了解改善前后的电流数据,我们采样了9月15日00:22至9月15日23:22负载侧电流(改善前)和电网侧电流(改善后)数据,并计算出改善前后的三相不平衡度和功率因数进行对比,详见图7、8、9、10。

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  由图和数据表格可见,配电台区在安装SPC之后三相不平衡问题得到了有效改善,24小时内,其不平衡度由84%下降至3.5%以内。三相不平衡治理效果明显,同时,无功功率最大值也由16kvar下降至1.4kvar,功率因数从最低0.67上升至最低0.97电压偏差最大峰值由4.2%下降至2.3%。根据治理前后数据可以看出,SPC对配电台区三相不平衡和无功功率都有明显改善作用,同时也具有一定电压稳定功能。

  6 治理效益分析

  6.1运维要点

  由于SPC为电力电子产品,相比电容而言,其容量无衰减,且不受谐波干扰,日常维护只需通过移动终端与SPC内置wifi进行连接即可查看设备温度和实时数据信息,以便于获取设备运行状况和告警信息,根据实际情况进行维护。

  \图11 SPC wifi显示界面

  6.2 效益分析

  (1)间接效益

  a.补偿无功功率,减小流过配电线路的电流有效值,提高功率因数,从而减小线路损耗,提高线路带载能力;

  b.减少不平衡电流,降低电网的线路损耗,提高负荷率和线路利用率;

  c.平衡变压器出力,避免因不平衡导致的变压器过负荷问题,减少零序电流,降低变压器损耗,提升变压器的带载能力;

  d.不平衡率下降,由于不平衡产生的正序和负序分量下降,提高了计量设备的检测精度。

  (2)经济效益分析

  a.配变延长使用寿命效益分析

  三相不平衡时重负荷相电流过大,超载过多,造成绕组和变压器油的过热。绕组过热,绝缘老化加快;变压器油过热,引起油质劣化,迅速降低变压器的绝缘性能,减少变压器寿命(温度每升高8℃,使用年限将减少一半),甚至烧毁绕组。 按变压器单价3万元使用寿命15年,使用本装置后增加寿命2年。可获经济效益0.353万元。

  b.配变维护效益分析

  配变是根据三相负载平衡运行工况设计的,其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行,其三相电流基本相等,配变内部每相压降也基本相同,则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行,其各相输出电流就不相等,其配变内部三相压降就不相等,这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时,配变在三相负载不平衡时运行,三相输出电流不一样,而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降,从而导致中性点漂移,致使各相相电压发生变化,影响用电安全。

  所以当系统长期运行在三相不平衡情况时需要大量维护工作,按每次维护3人1车2天每天1000元,每月进行一次来算,每月需要维护费用为2000元。每年可省下维护费用2.4万元。

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