110kV凤泉变电压越限及波动研究

河南科技学院信息工程学院 赵 欣

国网新乡供电公司 王战胜

河南科技大学电气工程学院 王永胜

110kV凤泉变电压越限及波动研究

河南科技学院信息工程学院 赵 欣

国网新乡供电公司 王战胜

河南科技大学电气工程学院 王永胜

随着电网中各种非线性设备的增多，此类设备所产生的高次谐波对电能质量的影响也越来越大，尤其是接入10kV配电网中的轧钢厂等大功率冲击性负荷和电弧炉等产生大量谐波负荷，这些设备会对所接入电力系统正常运行产生严重影响。因此，通过研究本地区110kV凤泉变电压越限和波动规律，研究和分析谐波产生的原因，并提出了抑制谐波的措施。

高次谐波；电能质量；电弧炉；电压越限

1 引言

轧钢厂和电弧炉等用户会产生大的负荷冲击和谐波，而这些用户的接入会使得电网负荷产生大幅波动并将大量谐波注入电网，会降低局部电网功率因数并使电能质量下降，对电网用户产生严重影响[1-5]。

本地区110千伏凤泉变10kV电压出现越限及频繁波动的情况，对工业及居民用户正常用电产生了严重影响。本文结合110千伏凤泉变所接带用户情况，通过深入研究，轧钢厂和电弧炉等用户接入电网正是出现上述情况的根源。

2 凤泉变10kV母线电压分析

通过对凤泉变10kV母线电压一周曲线的分析可以发现，凤泉变10kV母线电压在一周中（12.17—12.23）出现了四次电压越下限（10kV），越限点的分布主要在0点至7点之间。凤泉变及典型10kV母线典型日（12.20）电压曲线如图1所示。

图1 凤泉变及典型10kV母线典型日（12.20）电压曲线

图1左侧曲线可见，在0点至7点之间，电压波动非常剧烈，幅度很大，周期在30分钟左右，最大波动幅度为0.4kV。与新乡地区多数变电站10kV母线电压波动曲线差异非常大。图1右侧为典型10kV母线典型日（12.20）电压曲线，可以看出，0点至7点之间电压波动幅度较小为0.07kV，且波型较为平缓、连续，没有剧烈变化。

3 凤泉变10kV负荷及电压波动原因分析

电压的大小及其波动与负荷情况和无功补偿密切相关。凤泉变无功补偿装置（电容器）共两组，其中一组损坏，一组不能遥控投退。因此，在此不考虑无功因素，主要考虑负荷波动引起的电压波动。

凤泉变共有十条10kV出线，分别为，凤大线、II、III、IV凤大线、凤辉线、II凤辉线、凤矿线、凤陈线、II凤陈线和凤高线，凤辉线备用。

凤泉变主变低压侧所带负荷波动非常频繁，尤其在夜间（0点到7点），白天则波动较为平缓，见图2左上曲线。

图2 凤泉变主变、凤大、凤高及凤陈线典型日（12.20）负荷对比曲线

图2右上曲线为凤大线曲线，白天负荷较重，夜间负荷轻，且变化较平缓。凤大线主要以居民用户和小企业为主，用户负荷变化平缓，企业不产生冲击性负荷（如军龙电源、金星棉纺等），与负荷曲线吻合。

图2左下曲线为风高线曲线（凤矿线曲线相似），在夜间波动非常剧烈，波动幅度很大。风高线（凤矿线）为铸钢厂专线，主要负荷为电弧炉，一般在夜间进行生产，且生产时负荷波动很大，与风高线负荷曲线相符[1、4、5]。

图2右下曲线为凤陈线曲线（II凤陈线曲线相似），在夜间波动很大，波动幅度较大，白天负荷较凤矿线大。凤陈线（II凤陈线）所带用户为少量居民、污水厂、纸厂和轧钢厂等，企业多在晚上生产，且负荷波动较大，用户情况与负荷曲线相符。

通过实际测量凤泉变10kV母线电压并与10kV总负荷变化对比发现，二者变化趋势相反；而总负荷值与凤高线的负荷变化趋势相同，因此，10kV母线电压与凤高线的负荷变化趋势相反。凤高线的负荷大则10kV母线电压低，反之，母线电压高。

通过以上分析，可以看出凤泉变10kV负荷在夜间会产生很剧烈的波动，当不同出线的负荷波动出现叠加时，短时间内负荷很大，母线电压低于电压下限（10kV）。由于负荷波动较大，且这种叠加只是暂时的，整体负荷会出在一个较大且剧烈波动的状态，导致凤泉变10kV电压在夜间整体较低，且波动剧烈。

白天凤泉变10kV负荷较重，且波动较小，因为产生冲击负荷的企业大多在夜间生产，而居民用电和不产生冲击性负荷的企业多在白天。

4 限制电压波动和越限的措施建议

电压的波动是由冲击负荷产生的谐波而引起，对于所产生的谐波，在用户侧采取措施就地消除谐波，避免谐波注入电网，对系统造成大面积影响，所产生的效果好于在变电站侧进行集中治理的效果。

针对凤泉变出现10kV电压波动和越限，可以采取以下措施予以限制：

1）增加凤泉变可用及可调节无功补偿容量，这样可以提高夜间凤泉变10kV电压水平，避免凤泉变10kV电压越限，降低对用户的影响。

2）对于产生大量谐波的用户，在用户变的低压侧加装滤波装置。根据装置的原理不同，可分为无源电力滤波器（ppf）和有源电力滤波器（apf）。无源电力滤波器利用电容、电感谐振的原理“吸收”相应次谐波，从而保证电压畸变率处在较低水平。而有源电力滤波器实质上是一个大功率的谐波发生器，它通过谐波采样装置将谐波源发出的谐波采集后，再完整地复制出大小相等、方向相反的谐波，并接入电网，将谐波抵消，其产生的谐波随谐波源的变化而变化，是一种能够动态抑制谐波的有效手段。目前采用较多的有静态型无源LC滤波装置、低压TSC就地动态补偿装置和中压TSF、TCR+FC动态补偿装置等，能够满足无功补偿及谐波治理的要求[1-5]。

5 结论

通过对凤泉变10kV母线电压波形、总负荷曲线及10kV出线负荷曲线分析和研究，确定了引起电压越限和波动的原因是轧钢厂及电弧炉等冲击性负荷、产生大量谐波负荷，为限制电压波动和越限提供了依据。提出了限制电压波动和越限的有效手段，并明确了对于所产生的谐波应该在用户侧进行就地治理，所产生的效果要好于在变电站进行集中治理。

[1]程浩忠,艾芊,张志刚,朱子述．电能质量[M]．北京:清华大学出版社,2006,9．

[2]罗安．电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M]．北京:中国电力出版社,2006．

[3]罗安,吴传平,彭双剑．谐波治理技术现状及其发展[J]．大功率变流技术,2011(6):1-5．

[4]沈龙大,秦玲,王筱东．钢铁企业的无功冲击与高次谐波对策[J]．全国电能质量研讨会,2004．

[5]张莉,翁利民,靳建峰．钢铁企业配电网无功补偿与谐波治理方法评析[J]．电力电容器,2006(4):1-4．