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电能质量监测与治理解决方案 

一、电能质量存在的问题

    电能质量是指电力系统提供给用电设备的电能的品质。好的电能质量可以保障系统平稳运行,设备运行安全可靠并能延长使用寿命,同时还能减少电能的消耗;坏的电能质量则会导致系统不稳定,设备经常不能正常运行,发生故障甚至危险,系统的能耗水平也会高于正常值。可见电能质量对于电力用户是非常重要的。上个世纪,我国的大部分电力用户,无论是企事业单位,还是家庭用户,对电力的关注主要着眼于是否可靠,或者是否经常停电,而对电能的质量几乎无人关心。近年来,越来越多的人认识到电能本身也有质量问题,无论从用电的安全性、可靠性还是经济性等方面考虑,都对电能的质量提出了越来越高的要求。

在我国,理想的交流电源应该是50Hz的正弦波,电压和电流的幅值、相位稳定,频率稳定,各相之间平衡。对于电能质量,可以从一些具体的技术指标进行衡量。目前,国内外普遍关注的电能质量指标包括:

u  电压偏差

u  频率偏差

u  三相不平衡(电压、电流不平衡度)

u  谐波(幅值和含有率)

u  电压波动和闪变

u  短期电压变动(电压暂降、电压暂升、短时电压中断)

电能质量常见问题示意图

 

电能质量下降的危害

据统计,美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。2005年由国际铜业协会(中国)主持的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中,调查了32个行业,共92个企业中有49个企业,因电能质量问题,在经济上损失2.5~3.5亿元(人民币),每个企业年经济损失约10万~100万(人民币)(其中有四家年损失1000万元以上)。实际上,电能质量导致的损失呈逐年上升的趋势,越来越多的企业深受其害。

二、电能质量监测方案

电能质量监测系统的构成

为了监测电能质量,中诚四方开发了专用的电能质量在线监测系统,包括监测仪表和监测管理软件,组成了在线数据采集和监测系统,结构如下图所示。

 

 

电能质量监测系统的结构

    

监测管理层:该层由监控管理计算机和其内部运行的监控管理软件组成。监控管理计算机接收各现场监控节点发送来的电能质量数据,由监控软件进行数据的监视、分析、统计,并将结果显示出来,管理人员可以随时观察到各节点的运行状态。当出现电压波动、突变、超出范围的谐波等电能质量下降的情况时,监控软件会及时发现异常并进行报警,提醒操作人员进行适当的处理。监控软件还可以存储历史数据,操作人员需要时可以随时打印数据报表、波形图等,以便分析系统的电能质量的情况,分析和排除可能的故障点,进行必要的治理,提高电能质量。

现场监测层:通过在输配电系统各环节、各用电设备节点现场安装电能质量监测仪表,系统可以监测到各节点的电能质量数据。监测仪表具备通讯传输功能,通过通讯线路和监控计算机交换数据。

E80电能质量分析仪

传输层:传输层包括通讯管理机、网络交换机、现场总线、以太网等,是现场监控层和监控管理层的中间环节,监控管理计算机和监控仪表通过传输层交换数据,实现对各节点的监控。

三、电能质量治理方案

电能质量治理的基本方法

    电能质量治理的基本方法是通过一些电力电子设备,对系统中影响电能质量的因素进行削弱和补偿,使电量质量始终保持在较高的水平。例如,针对系统中的无功分量,可以通过动态无功补偿装置,进行实时的无功补偿,将系统的无功分量控制在最小的范围内;针对系统中的谐波,可以在产生谐波的设备附近加装滤波装置,滤除谐波分量;针对电压暂降、中断可以为敏感设备安装动态电压调节装置,实时调节供电电压,保证设备正常运行。

    企业内部的电能质量问题往往比较复杂,导致电能质量下降的原因很多,因此通过一种设备往往不能解决问题,需要通过多种设备共同起作用,共同进行电能质量的治理。

    针对具体的企业,需要首先进行专业的电能质量问题诊断,确定引起电能质量问题的原因,明确发生电能质量的源头,分析出需要重点保护的敏感设备,然后对症下药,制定出综合的电能质量质量方案,最后进行工程实施。

电能质量治理的主要产品

    在电能质量质量方面潜心研究多年,与国内数十家企业合作,研究出整套的电能质量治理方案,并成功开发出多种类型的电能质量治理产品,包括静止无功补偿装置SVC、低压晶闸管投切滤波器TSF、高压滤波器FC、动态电压恢复器DVR、固态切换开关SSTS、有源滤波器APF等产品,这些产品经过在多家企业的运行,已经取得了非常好的效果,有效提高了客户的电能质量,保障了他们的生产经营不受电能质量的困扰。

 

电能质量治理综合方案

 

    企业内部的用电设备通常种类繁多,在不同的方面影响电能质量,因此企业的电能质量问题往往不是单一的,而是多种问题复合在一起的。中诚四方为客户解决电能质量问题时,采用的是综合的治理方案。

通过对企业的电力系统进行分析诊断后,中诚四方将制定一套严密的方案,用最小的成本解决用户最主要的电能质量问题。在治理电能质量时,通常有就地解决和集中解决两种方式,成本差别较大,需要科学计算、选择。例如,针对谐波和无功,我们通常建议客户采用SVC+FC+TSF+APF的组合方式,在高压侧采用SVC集中补偿无功,并用FC治理谐波,在低压母线上用TSF集中治理谐波,在重要的设备、生产线附近就地采用APF治理谐波。这样,既保障了治理效果,也为客户节省了治理费用。

每家企业的情况不同,治理时的侧重点也不同。我们将根据客户的实际情况,具体问题具体分析,选择最优的治理方案。例如,针对谐波治理,TSF和APF都能起到作用,但是针对具体的谐波源,有最适合它的解决方案。我们将在实际测算后,选择性价比最高的产品和方案。

 

四、电能质量监测与治理综合服务

 

 

电能质量监测与治理综合服务流程

 

 

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