电能质量监测在冶金行业中的应用

774 编辑：中冶有色技术网来源：彭莉

2024-03-12 13:35:39

摘要：冶金行业中电力电子设备及其他非线性负荷设备在电网中的大量应用,造成对电网谐波污染及停产事故或降低产品成材率。通过分析谐波污染的特点及危害,采用电能质量监控装置提供实时参数和谐波污染源运行状态,积极完善与规范谐波监督体系推进专业治理。

关键词：电能质量、电压偏差、电压波动、谐波、在线监测、治理

中图分类号：TM932 文献标识码：A 文章编号：1674-1723（2012）08-0180-04

随着冶金行业的发展,企业所需电力负荷急剧加大,特别是冲击性和非线性负荷容量的不断增长,导致电流波形畸变和三相不平衡日益严重,成为影响电能质量乃至产品质量的重要因素。

在冶金行业中,由于生产工艺的要求,电力负荷特殊,导致谐波源负荷多。在电子开关型（各种交直流交换装置、变频装置）,铁磁饱和型（各种铁芯设备,如变压器、电抗器等、其铁磁饱和和特性呈现非线性）,电弧型（各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机）设备投入电网运行后,会使电网电压发生波动,引起电网发生波形畸变和三相不平衡等电能质量问题。严重地干扰了电网中设备的正常运转,使设备过热、烧毁（中性线、电机、变频器、变压器）,功率因数下降,降低电能利用效率。随着计算机,微处理器控制的精密电子和电力电子装置在电力系统中大量使用,对电能质量的要求也更高。一旦出现电能质量问题,易引起计算机复位、保护装置误动或设备工作异常,从而造成整个供电系统和生产系统的损坏,其带来的损失是难以估量的。

因此,冶金企业迫切需要对电能质量进行监测和分析,为治理电能质量、制定改造措施提供数据和依据。

一、影响电能质量的主要技术指标

（一）电压偏差

电压偏差又称电压偏移,是指给定瞬间设备的端电压与设备额定电压之差。

电压偏差对设备运行的影响很大。感应电动机端电压比其额定电压偏高或偏低时,会缩短电机寿命,直接影响产品质量,增加废、次品。

（二）电压波动

电压波动是指电压的快速变化冲击性功率的负荷,引起连续的电压变动或电压幅值的周期性变动。电压波动可能影响电机正常起动,还可能引起同步电机转子振动,使电子设备和计算机无法正常工作,使照明灯闪烁,影响工作和生活。

（三）谐波

谐波是指对周期性正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量。

谐波能使旋转电机、变压器等电气设备由于谐波电流而产生附加损耗,引起过热导致绝缘破坏,谐波会使电容器过负荷甚至烧毁,谐波电流能影响感应式电度表计量的准确度,谐波还可能引发电压谐振,引起过电压,击穿线路设备绝缘,并干扰通信和弱电回路,甚至造成故障。

鉴于电能质量问题的危害,我们采用专业的设备,以直观的方式认识并分析其特性,制定更完善的措施提高电能质量。

二、电能质量在线监测系统的功能

电能质量在线监测系统能够实时采集供电系统中监测点的电压电流信号,并将电能质量分析和计算结果通过通信接口实时将监测点电能质量情况和录波波形上传到管理中心。监测系统软件结构采用了B-S结构,即允许网络内的任何具有Internet Explorer浏览器的计算机访问数据库软件。

（一）监测数据

1．电压偏差监测。电能质量监控装置可同时以一秒的刷新率记录电压的最大最小值,并同步记录其它电量的数值,如电流、功率、功率因素,便于分析电压与运行工况的相关性。

2．频率偏差监测。电能质量监控装置的频率测量精度为±0.01Hz,精度范围从20Hz到70Hz,可实现电力系统频率的在线监视,同时可设置越限报警和记录。

3．谐波监测。电能质量监控装置每周波采样512点,可测量和显示基波到63次的各次谐波分量、总谐波畸变率、偶次谐波畸变率、奇次谐波畸变率,所测得的电压、电流和谐波棒图、K因子、峰值因子。既可直接在本身所带的大屏幕液晶显示器上显示,也可在上位机显示。

4．电压不平衡和序分量测量。电能质量监控装置测量电压、电流的正序、负序和零序幅值及相位,计算和分析电压不平衡度。

5．故障录波。电能质量监控装置通过捕捉故障电压、故障电流,分析短路容量,故障相别、事故原因,快速查找和排除事故隐患。

电能质量监控装置可设定多个不同的故障录波触发条件,保护动作、电压电流越限、谐波分量超标、畸变率超标、电压有效值超标、冲击负荷投切、开关合分等均可设定为触发条件,启动故障录波功能,捕捉电压电流波形细微的变化,把事故预警、事故发生、事故演变和发展的全部动态过程置于严密的监视中,完整记录,帮助用户准确查找和分析事故原因,有效防止事故的发生和发展,提高系统的运行可靠性。

除了可设定多种故障触发条件外,电能质量监控装置还可设定多种故障录波记录方式,可以每周波128点或16点的速度连续记录故障前2个周波和故障后12个周波的数据,故障持续的情况下,可连续多次启动,然后进入高速定时记录,每周记录一次电压、电流有效值或包络线。用户也可自定义其它故障录波方式。

（二）测量与计量功能

1．实时测量。三相电量监测功能,装置测量的电量包括所有三相交流电量,包括各相电压、相电流、各相功率因数、各相有功功率、无功功率、视在功率、线电压、总有功功率、无功功率、视在功率。

2．电能计量。测量有功电能、无功电能及视在电能的输入、输出、总和和净值。

3．需量计算。可计算实时需量和峰值需量。

4．事件和电量记录。电能质量监控装置具有大容量非易失性存储器空间供存储记录被监视对象的动态过程,可以实现定时数据记录、波形记录、事件记录等功能。

5．自诊断事件。电能质量监控装置的定值越限功能可供用户设置判断条件,当条件满足时输出信号进行控制,可广泛用于故障判定、启动报警、启动记录等场合。定值越限功能可设定多个越限监视条件,并记录越限事件,分辨率为1ms,事件记录具有优先级,并且装置具有事件记录的优先级设置功能,可供用户设定报警条件及报警级别。优先级高的事件即使在事件记录容量已满的状态下,仍可保留记录。

6．电量连续记录。电能质量监控装置具有多组独立的数据记录,每组可选多个参数,每个数组可选不同的启动、停止条件、记录间隔、可记录容量。

7．电量的最大值和最小值记录。电能质量监控装置的最大值和最小值记录功能主要应用于电能质量关联性事故记录与分析。

（三）通讯功能

通过通信口,上位机软件能够读取并显示所有被测量参数和状态信息、数据记录等,同时可对装置进行整定,并可接收上位机遥控指令。

四、冶金行业提高电能质量的措施

（一）减少电压偏差的措施

1．正确选择变压器电压分接头。通过改变用电设备端电压,使之接近于设备额定电压,从而减小电压偏差范围。

2．合理减小系统阻抗。由于供电系统电压损耗与电力变压器和线路及阻抗成正比,因此减小系统变压级数、增大导线电缆截面或用电缆取代架空线等来减少系统阻抗,降低电压损耗,缩小电压偏差,达到电压调整的目的。

3．均衡系统三相负荷。若三相负荷分布不均,会产生零序电压,使一相电压降低,另一相电压升高,就增大电压偏差,所以应均衡系统三相负荷。

（二）抑制电压波动的措施

1．对负荷变动剧烈的大型设备,可采用专业线或专用变压器单独供电。

2．增大供电容量,减小系统阻抗,从而减小负荷变动时引起的电压波动

3．对大功率电弧炉的变压宜由短路容量较大的电网供电。一般采用更高电压等级的电网供电。对大型冲击负荷,也可装设能吸收冲击无功功率的静态性无功补偿装置。

（三）抑制电网谐波的措施

1．将整流变压器采用y,d或d,y接线,消除电网中谐波电流3次及3的整数倍次的谐波电流

2．增加整流变二次侧的相数和增加整流器的整流脉冲数。

3．使各台整流变二次侧互有相角。

4．装设分流滤波器。

在大容量静止谐波源与电网连接处,装设分流滤波器,使之发生串联写真。由于串联谐振时阻抗极小。使这些谐波电流被它分流吸收而不至于注入电网。

电网电能质量的监测是保证供电质量和电网经济安全运行的首要任务,电能质量在线监测系统经过全面采集、实时上传、及时存储、准确分析与显示等环节实现了电能质量信息的快速获取和综合分析。全面的电能质量监测是实施电能质量综合治理的前提和基础,有助于加强电网的安全性和可靠性,自动监测、自动分析和数据共享有助于提高工作效率。建立和应用电能质量在线监测系统积累电能质量管理经验和电力污染原始资料,能够促进电网安全经济运行水平的提高,增加冶金行业的经济效益和竞争力。

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