如何对大功率非线性负载供电系统 进行电能质量测试和数据处理
安徽大学 潘彩敏 李令冬 王文明 查志民
摘要改善大功率非线性负载供电系统电能质量的前提是正确测试干扰负载供电系统的电能质量
本文介绍对大功率非线性负载供电系统进行电能质量测试的一般方法
并给出对
某矿井提升机供电系统进行电能质量测试和数据处理的例子1 电能质量测试的一般方法 1.1明确测试目的
评估干扰负载对公共供电点电能质量的影响为改善电能质量提供准确的谐波和无功等测量数据
1.2 确定测试点
测试点一般选在接入干扰负载的公共供电点上1.3 确定测试项目
一般测试项目包括下列各项1.3.1 背景电能质量测试
当干扰负载停止运行时供电系统电能质量测试称之为背景电能质量测试背景测试主要内容如下
A
典型的电压
50次谐波电压含有率2有功功率
无功功率
50次谐波电流
等参数
电流波形和频谱
B电压电流有效值电压总谐波畸变率2三相电压不平衡度
电压闪变
电压偏差
功率
视在功率
的变化趋势及统计报表
1.3.2 干扰负载工作周期内电能质量测量
A
至少测试3
5个工作周期数据
电流的波形和频谱
50次谐波电流
等参数
B.典型工况下各种工作状态时电压
C电压电流有效值电压总谐波畸变率2三相电压不平衡度
电压闪变
电压偏差
功率
50次谐波电压含有率2有功功率
无功功率
视在功率
的变化趋势及统计报表 1.4 选择测试仪器
1
所使用的测试仪器一般要满足下列条件
测试仪器要通过技术监督局的计量认证
仪器能完成 仪器的电压 能长时间
即CMC认证
1.3中测试项目
电流输入端口与数据采集系统必须隔离准确地测量记录数据
具有自动测试功能
1.5测试流程
接 线 输入电压互感器和电流互感器变比 输入测试地点时间和工况 试测试 判断接线是否N 调整接线 正确 Y 根据试测试结果最后确定测试项目及记录数据的速度和方式 自动测试 现场分析数据 调整测试方案 测试记录是否N 完整Y 结束 图1 测试流程
2
2.数据分析和处理
数据分析和处理包含下列内容
1234567
供电系统图
公共供电点系统阻抗和短路容量计算 电能质量参数一览表
背景和典型工况下电压和电流的波形及频谱图 背景和典型工况下电能质量等电力参数变化趋势图 数据分析结果 改善电能质量方案
3. 某矿提升机供电系统电能质量测试
电能质量测试中最困难的是写出一个好的测试分析报告如下
下面将该项测试分析报告摘录
3.1测试背景 某矿井提升机为交
交变频器
同步电动机调速系统
2台3000kW同步电机
6kV
供电提升机工作时产生12Mvar的无功冲击并有谐波电流注入电网使电网电压下降谐波电压升高
严重地影响了矿井的安全生产
为了改善提升机供电系统的电能质量
该矿井
决定在6kV进线端并联一套SVC装置设计SVC装置需要提供系统的谐波和无功数据2001年12月我们与该矿技术人员共同对该矿井提升机供电系统的电能质量进行了测试3.2 供电系统接线及系统参数计算
某矿山提升机供电系统参数如图2所示测试点
A
0.18=0.468
A点系统阻抗
6262XS=+57516
2
∆PKUN87×103×36×106RS===0.0122212
SN16×10
3
ZS=RS+jXS=0.012+j0.468 ZSA点短路容量
•
0.468
62
SKA==77MVA
0.468
110kV SK=575MVA
16MVA UK=18% PK=87kW 6kV A M~ 2×3000kW 图2 提升机供电系统接线图
3.3 测试结果
提升机工作状态分起动析计算结果如下
加速
等速
减速
爬行和停机六个工作状态
测试数据及分
3.3.1 提升机工作周期电力参数
谐波电压和谐波电流及其变化趋势
如表1
表2和表3所示
4
表1. 提升机工作周期电力参数表
A162530. Pqd 起动
A162545. pqd 加速
A162555. Pqd 等速
A162625. pqd 减速
A162650. pqd 爬行
A162730. pqd 停机
数据文件 20011230 工作状态 持续时间 提升高度s 基波
相电有效值 压kV 真有效值 5 25 25 15 30 40总140
180 300 120 12 0总612
2.80
∠−9.8
0
3.02∠−53.8
0
3.02 3.36
0
3.19
0
3.46
0
∠60.1 ∠76.6 ∠52.6
∠110.60
2.878 3.063 3.051 3.364 3.247 3.460 176 630 26 1023 基波 00
1386 832 ∠−94.0∠−124.4电流有效值 ∠12.60 ∠23.90 ∠35.50 ∠45.20
A
1391 835 1026 177 634 26 真有效值 THDU(%) THDI(%) 基波有功功率
P1(MW) 基波无功功率Q1(MVar) 基波视在功率S1(MVA) 总视在功率S(MW) 向量功率因数 真功率因数
23.8 17.0 14.3 5.0 19.0 1.5 8.3 7.7 7.4 9.6 11.7 13.8 1.164 2.488 6.302 1.313 0.241 0.133 11.584 7.086 6.858 1.206 6.023 0.246 11.642 7.538 9.268 1.774 6.029 0.270 12.050 7.673 9.391 1.786 6.176 0.272 0.10 0.33 0.68 0.74 0.04 0.42 0.10 0.32 0.67 0.74 0.04 0.42 111323
25次特征谐波n0.44次的间波330Hz分数谐波
11132325次特征谐波46810次偶次谐波310Hz及3040Hz分数谐波
4.2Mvar
谐小3波
波电流较主要是21113次谐
571113谐波电流很
小忽略不计 232535
374749特征谐波
1113232535374749次特征
主导谐波电流 谐波
无功变化 三相电压基波
kV
012Mvar 67Mvar 3.81.5~1.8Mvar 4~6Mvar 0.25Mvar 2.79 3.03 3.05 3.39 3.18 3.48 2.85 3.10 3.11 3.46 3.25 3.56 2.81 3.07 3.06 3.43 3.21 3.52 5
表2 提升及工作周期内谐波电压和谐波电流
数据文件 20011230 工作状态 持续时间
A162530. pqd
起动
A162545. pqd
加速
A162555. pqd
等速
A162625. pqd
减速
A162650. pqd
制动
A162730. pqd
停止
5 25 25 15 30 40 n HRUn
In n HRUn
In n HRUn
In n HRUn
In n HRUn
In n HRUn
In
11 16.5 89 10.5625 1.56 9 1.875 0.75 19 1.875 0.12 4 5 0.4 6 11 0.3 2 13 14.0 64 11 7.59 43 4.125 1.62 25 4.125 0.27 4 11 8.0 48 13 0.3 2 23 4.3 12 11.4375 0.95 6 6.0625 2.33 25 10.125 0.69 5 13 6.7 34 23 0.4 1 25 3.3 9 13.5625 1.88 9 7.875 1.52 11 11 1.45 8 23 7.4 23 25 0.3 1 35 2.7 5 13 6.2 30 10.125 3.91 24 11.875 0.76 4 25 6.7 19 35 0.4 1 主导谐波电压含
有率HRUn(%)
及
主导谐波电流In
A
37 2.8 5 13.4375 1.14 6 11 4.76 26 13 0.77 4 35 6.2 13 37 0.4 1 47 3.5 5 16.5625 2.18 8 11.1875 1.35 8 37 6.1 12 47 0.5 1 49 4.7 6 17.4375 1.3 5 12 4.16 22 47 6.1 9 49 0.6 1 18.5625 2.2 7 13 3.97 19 49 6.0 8 19.4375 1.49 5 13.9375 1.28 14 22.5625 3.2 9 15.1875 2.42 10 23 3.47 10 16.3125 0.92 9 23.4375 2.16 7 17.1875 2.06 7 24.5625 2.94 8 25 3.02 9 25.4375 2.12 6 6
表3 提升机工作周期内电力参数变化趋势
基波电压
时间S I况
基波视在 基波有功 基波无功 向量 THDu
功率功率功率
功率因数 (%)
A B C A B C MVA (MW) (Mvar)
kV
基波电流
A
0.11 24.07 0.11 16.44 0.13 15.45 0.30 18.44 0.50 16.51 0.66 14.93 0.69 11.00 0.69 10.57 0.68 10.79 0.69 11.27 0.69 11.76 0.60
4.71 0~5 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 45~50 50~55 55~60 60~65 65~70 70~75 75~80 80~85 85~90 90~95 95~100 100~140
启动 2.79 2.85 2.81 1406 1330 1352 11.429 1.274 11.50 3.14 3.21 3.18 643 610 622 5.96 3.12 3.19 3.15 703 671 686 6.49
0.651 5.924 0.83
6.436 加 速
3.03 3.10 3.07 919 869 886 8.20 3.00 3.07 3.03 1051 958 1003 9.21 3.05 3.11 3.06 1058 1007 1018 9.47 3.23 3.30 3.27 626 594 608 5.97 3.28 3.36 3.32 546 514 523 5.25
2.469 7.820 4.613 7.971 6.254 7.111 4.02
4.167 3.619 3.803 3.546 3.817 3.690 3.928 3.690 3.991 1.115 1.489 等 速
3.28 3.36 3.32 536 509 524 5.21 3.26 3.34 3.30 564 530 540 5.39 3.24 3.31 3.28 579 547 562 5.53 3.39 3.46 3.43 185 175 181 1.86
减 速
3.39 3.46 3.43 188 178 182 1.88 0.843 1.681 0.45 4.71 3.40 3.47 3.44 188 179 186 1.90 0.562 1.815 0.30 4.43 3.29 3.36 3.33 413 395 405 4.03 3.20 3.26 3.23 605 577 594 5.74
0.540 3.994 0.709 5.696 0.695 5.919 0.229 5.535 0.252 5.614 0.269 5.606 0.13 10.36 0.12 15.16 0.12 18.85 0.04 18.62 0.05 18.81 0.05 17.80 制 动
3.18 3.25 3.21 643 602 618 5.96 3.22 3.28 3.25 584 552 569 5.54 3.20 3.27 3.24 595 563 580 5.62 3.21 3.28 3.24 591 561 578 5.61
停止 3.48 3.56 3.52 25 26 27 0.28 0.099 0.251 0.37 1.35
7
3.3.2 提升机起动时典型的电力参数表
表4 提升机起动时典型的电力参数表
THDU(%)28.38n
THDI(%)8.7111
相电压基波有效值 kV
电流基波 有效值(A)1464
HRUn In
19.01
13
2.77
25
基波有功功率P1(MW)
16.10
23
1.095
基波无功基波视在
向量功率 功率 功率 因数
Q1(Mvar)S1(MVA)
7.48
35
12.120
37
6.8220
6.2313
6.0611
102 71 23
12.166
47 7.05 11
0.09
49 7.83 10
3.3.3 提升机工作周期主要电力参数变化趋势如图3所示
图3.提升机工作周期主要电力参数变化趋势
8
3.3.4 提升机典型工作状态时负载电压电流波形及频谱如图4所示
图4 提升机典型工作状态时负载电压电流波形及频谱a~d
图4 提升机典型工作状态时负载电压电流波形及频谱
a~d
9
图4 提升机典型工作状态时负载电压电流波形及频谱
3.4 主要结论
3.4.1母线谐波电压和注入系统的谐波电流超过国标限值 1
提升机工作时
产生的谐波电流如下表所示
e~f
谐波次数n 4 6 8 10 10.56 11 11.44 12 12.56 13 25 25 11 24 9 102 6 22 9 71 谐 波 测量值 电 流
In(A) 国标 16 11 8 7 12 5 10 限值
谐波次数n 13.44 22.56 23 23.47 24.56 25 25.47 35 37 47 49 谐
11 11 10 波 测量值 6 9 25 7 8 20 6 13 电
国标 流 5 5 In(A) 限值
10
2谐波电流注入电网产生的电压总畸变率高达28.38由上表可以看出
远超过国标限值3.2
提升机产生的谐波电流大大超过国标限值
功率因数极低
3.4.2 无功冲击引起的电压偏差超过国标限值
提升机起动时
基波有功功率为1MW左右
最大电压偏差为-20
基波无功功率为12Mvar左右电压偏差远超过国标限值
7
功率因数仅0.1左右
3.4.3 电能质量恶化将严重地影响提升机的安全经济运行6kV母线谐波电压传 递到110K母线
影响全矿安全供电
提升机工作周期内交交变频器产生的谐波电流和提升机的无功冲击使母线的谐波电压偏差和电压偏差远远超过国标值
供电功率因数极低
经济运行
0.1
0.7
这
将严重影响提升机和电网上其它供用电设备的安全绝缘寿命降低
自控装置失灵
例如电机发热
同时6kV
供用电设备及线路损耗增大等问题
母线谐波电压传递到110kV母线将影响全矿安全供电因此必须采取一定技术措施使6kV供电系统的电能质量符合国家标准确保设备安全和生产的正常进行 3.4.4 改善系统电能质量的措施
在提升机供电端口设置SVC装置滤波器FC加可控电抗器TCR
滤除谐波
电流并对系统无功进行动态补偿使注入电网的谐波电流6kV母线的谐波电压和电压偏差均在国标限值以内
并将平均功率因数提高到0.9以上
11
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