电能质量差在低压进柜中的改进方案

刘松林

(北京易合菲科技有限公司，北京 102600)

0 引言

严格意义上，衡量电能质量(Power Quality)的主要指标有电压、频率和波形。而在普遍意义上，衡量电能质量的指标包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。总的来说，电能质量问题主要包括：电压波动和闪变;谐波;电压三相不平衡;电压降低和供电中断这4个方面。

一旦电能质量达不到规定的要求，对低压配电设备的运行将会产生很大的影响。因此，本文将从笔者参与的某境外项目入手，分析电能质量差在低压进柜中的改进方案。

1 工程概述

应总包方邀请，笔者于2014年前往境外某机场项目现场进行配电箱柜的安装调试、指导培训，调试过程中发现电能质量对配电设备的运行有很大影响，随后通过与笔者所在单位的其他工程师进行探讨，确定了最终解决方案并使问题圆满解决。

该航站楼投入运营至今能满足年旅客吞吐量150万人次的航空流量需求，现已成为当地设施最完备、现代化程度最高的机场之一。开航运营至今，机场各类设施及专业设备工作情况良好。2017年9月该机场先后经历了三次飓风的考验，所有设施完好无损。

本工程从当地市政11kV电网上引来一路11kV高压电源，采用两种供电电压模式，分别为208V/120V、60Hz和480V/277V、60Hz。在室外安装4台变压器, 变压器容量为：2 000kVA(11kV/0.48kV)、1 000kVA(11kV/0.208kV)、2×750kVA(0.48kV/0.208kV), 其中两台750kVA变压器输入0.48kV/0.277kV，输出0.208kV/0.12kV，柴油发电机0.48kV，经变压器输出208V/120V为照明部分提供备用电源。1台市电动力变压器11kV/0.48kV和1台市电照明变压器11kV/0.208kV/0.12kV提供市电电源，2台发电机照明变压器0.48kV/0.208kV一用一备，3台480V发电机两用一备，给480V动力和208V/120V照明提供备用电源。

柴油发电机房共设置3台柴油发电机，柴油发电机容量为3×1 200kW，两用一备，同时工作输出容量为2 400kW。高低压供电关系图可参见图1。

图1 高低压供电关系图

2 设备调试

2.1 调试现象

配电柜安装完毕，调试过程中分别出现了：(1)日光灯的灯管不定时烧坏；(2)配电箱的双电源有时投切异常；(3)发电机上油泵、充电器以及工控机；安检机的线路板；UPS的线路板；电梯的线路板；冷水机组的编程模块、循环泵、变频器、新风机组控制箱；光模块、交换机有时工作异常等现象。用示波器对市电进行检测后，发现当地市电电压、频率波动很大，锯齿波多、不圆滑。

2.2 产生原因

(1)电压偏差

一般来说，造成电网电压偏差的主要原因是无功功率。另外，电容器投切母线的电压偏差影响也很大。对于发电机而言，电压偏差会引起无功电流的增大；对于照明设备而言，电压对光通量的输出和寿命影响很大。

(2)电压波动和闪变

电压波动和闪变主要是由冲击性功率负荷引起的。这些非线性、不平衡冲击性负荷产生的有功和无功功率会随机或者周期性的变化。

(3)电压降低和供电中断

电压暂降后有一定的残压，这是电能质量的首要问题。供电中断是由于系统故障或跳闸后用户电压完全丧失造成的。

(4)电压三相不平衡

造成三相不平衡的原因主要有大容量非对称负荷的接入以及电网谐波。

在现代电力系统中，电压暂降、暂升和短时中断，谐波产生的电压波形畸变已成为最重要的电能质量问题。经过现场检测发现造成此次问题的原因主要是：该国家市电电网不稳定，电压波动产生的偏差超过用电设备运行的允许值，且当地供电部门对市电电压偏差没有有效的测控。

3 改进方案

3.1 方案确定

针对市电电能质量差的现象，笔者在现场根据具体情况与国内技术工程师进行沟通，最终商讨出的解决方案是：在电源进线柜加装具备过欠压、过欠频功能的某公司PM5350仪表；加装相序保护器。过欠压、过欠频的定值设在发电机、安检机、UPS、电梯、冷水机组设备工作允许范围内。当市电质量差时，PM5350仪表工作，连锁进线总断路器跳闸，发电机开始发电。市电恢复正常稳定25 min后，发电机再停止运行，由市电供电。

3.2 改进效果

确定方案后，笔者所在单位在国内采购了仪表和相序保护器，并于2015年6月空运至现场，7月改造完毕并进行调试。为达到预期保护目的，调试过程中，笔者对AC 208V/120V照明市电仪表PM5350、AC480V/277V动力市电仪表PM5350各设了定值(详见表1～2)，当市电电压和频率超出设定值或者市电逆相序时，仪表会发出信号，配电柜市电总断路器跳闸，从而起到保护作用。

AC 208V/120V照明市电仪表PM5350定值 表1

AC 480V/277V动力市电仪表PM5350定值 表2

在对配电室的仪表参数调出最值后，发现当地电能质量确实不好，待现场调试完毕、检验测试合格后，2015年7月20号配电设备正式投入运行，至今性能稳定。

在紧急状态和极端紧急状态下，部分或某些母线电压或系统频率会超越或严重超越允许范围，部分负荷会停止供电(允许损失部分负荷，如低周低频减载，高频切机，系统解列)，甚至有可能进一步恶化而失去稳定或难以保持系统稳定运行。此时，在常见的单一故障下仍然要求少损失负荷和保持稳定是可能实现的。

但在极端严重故障下是做不到的，其要求改变为不至于造成大面积停电(即大量损失负荷，而让部分电源系统稳定下来)。面对以上运行状态，对电能质量的要求只可能是区域化处理和对待；或者也要考虑质量的部分损失；或者电能质量控制措施(如UPS，固态转换开关、电压调节器，UPQC等)在此时发挥作用，以保证对高等级质量要求的负荷继续供电。由此，电能质量是要分级保证的。

4 结束语