江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與改進(jìn)對(duì)策

1、江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與改進(jìn)對(duì)策蒯狄正1,鄒云2(1.江蘇省電力科學(xué)研究院,江蘇南京210036;2.南京理工大學(xué),江蘇南京210014關(guān)鍵詞:江蘇電網(wǎng);電能質(zhì)量;改進(jìn)對(duì)策摘要:介紹了近年來江蘇電網(wǎng)的電能質(zhì)量,包括頻率、電壓、諧波的現(xiàn)狀,并對(duì)各電能質(zhì)量存在問題的原因進(jìn)行分析,提出當(dāng)前提高江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要對(duì)策是:一次調(diào)頻、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行及諧波在線監(jiān)測(cè)與治理。中圖分類號(hào):T M732文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1001-9529(200212-0021-031江蘇電網(wǎng)電能質(zhì)量現(xiàn)狀1.1頻率1.2電壓2001年江蘇220kV主網(wǎng)電壓監(jiān)控點(diǎn)2:00和9:00平均電壓分別為230kV和228kV,比20

2、00年2:00和9:00平均電壓分別下降了0.8 kV和上升了0.6kV。2001年全省220kV電壓監(jiān)控點(diǎn)電壓合格率為99.49%,比2000年上升0.09個(gè)百分點(diǎn)。1.3諧波為了向三峽第一回直流輸電工程設(shè)計(jì)提供華東500kV系統(tǒng)諧波背景,對(duì)斗山和江都兩個(gè)變電所進(jìn)行了諧波測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表1所示(95%概率值。測(cè)試結(jié)果表明:斗山站3次諧波偏高,最高接近1.4%,而江都站5次諧波電壓呈現(xiàn)出更高的數(shù)值,最高達(dá)1.6%。諧波電壓畸變率(THD與基波運(yùn)行電壓幅值高低有關(guān),基波運(yùn)行電壓越高,諧波電壓畸變率越大。2000年5月,于山西陽城電廠1號(hào)機(jī)組首次并入華東電網(wǎng)前后,在三堡開關(guān)站進(jìn)行了諧波測(cè)試,測(cè)試

3、結(jié)果見表2(95%概率值。由測(cè)試結(jié)果可以看出,不同運(yùn)行方式下諧波電壓畸變變化較大。表1斗山、江都變電所500kV諧波測(cè)試情況%變電所相別3次5次TH D斗山江都A0.833 1.616 1.861B 1.595 1.603 2.383C 1.297 1.282 1.910表22000年陽城1號(hào)機(jī)組首次并網(wǎng)后東明、三堡諧波電壓狀況%變電所相別3次5次TH D東明1三堡3三堡4注1:東三線空載;注2:東三線、陽東二線空載;注3:東三線空載;注4:東三線、陽東二線空載;注5:負(fù)荷為60M W;注6:負(fù)荷為100M W。220kV電網(wǎng)的諧波問題主要集中在向大型煉鋼企業(yè)供電的變電所,以及500kV變電所

4、的220kV母線,其他220kV電壓總諧波畸變率基212002年第12期華東電力本都小于1%。2電能質(zhì)量現(xiàn)狀原因分析2.1頻率超出(500.2Hz的不合格時(shí)間增加的主要原因(1葛滬直流跳閘造成華東電網(wǎng)低頻,江蘇分?jǐn)?4.08s;(2夏季高峰負(fù)荷時(shí),江泰揚(yáng)穩(wěn)定控制裝置動(dòng)作切揚(yáng)二廠600M W機(jī)組,造成華東電網(wǎng)低頻,江蘇分?jǐn)?5.76s;(3天荒坪抽水蓄能機(jī)組低谷不能按時(shí)抽水,或抽水時(shí)突然跳閘,造成華東電網(wǎng)高頻,江蘇分?jǐn)?61.97s;(4節(jié)假日低谷負(fù)荷較輕時(shí),鋼廠沖擊負(fù)荷突降,來不及調(diào)整,造成華東電網(wǎng)高頻,江蘇分?jǐn)?5.32s。以上4種原因共分?jǐn)?87.13s。2.2頻率超出(500.1Hz的不

5、合格時(shí)間增加的主要原因(1下半年由于新安江來水較少,新安江電廠發(fā)電受限,特別是低谷時(shí)段失去調(diào)頻能力;(22001年天荒坪抽水蓄能機(jī)組參加華東電網(wǎng)峰谷差調(diào)節(jié)的臺(tái)次較去年有大幅增加,非正常開停機(jī)的次數(shù)達(dá)78次,華東電網(wǎng)頻率超出500.1Hz的不合格時(shí)間有很大的增加,江蘇分?jǐn)偟臅r(shí)間也相應(yīng)增加;(3原A1、A2考核標(biāo)準(zhǔn)本身有缺陷,使得各省市為了追求ACE過零,在控制ACE時(shí)有過調(diào)行為,造成系統(tǒng)頻率大幅波動(dòng)。按照華東電網(wǎng)省(市聯(lián)絡(luò)線電力、電量管理和考核辦法,2001年10月1日起試行CPS考核標(biāo)準(zhǔn),實(shí)施初期由于AGC調(diào)節(jié)策略受系統(tǒng)軟件限制,無法適應(yīng)新的考核標(biāo)準(zhǔn),全網(wǎng)頻率質(zhì)量有所下降。2.3電壓偏差原因分

6、析(1全省220kV電網(wǎng)電壓監(jiān)控點(diǎn)合格率雖然達(dá)到了一流調(diào)度機(jī)構(gòu)考核指標(biāo)要求的99%,但各監(jiān)控點(diǎn)母線電壓未能達(dá)到逆電壓要求;(2蘇州地區(qū)負(fù)荷增長較快,特別是蘇州南部負(fù)荷較重,部分線路潮流較大,導(dǎo)致用電高峰時(shí)莊田、獅山、金山等變電所電壓偏低;(3近年來蘇北地區(qū)電網(wǎng)新機(jī)組較多,但負(fù)荷發(fā)展較慢,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)水平。2001年夏季高峰期間蘇北8市最大負(fù)荷僅占全省36%左右,而該地區(qū)裝機(jī)容量約占全省50%左右,其中徐州、連云港地區(qū)直接接入220kV電網(wǎng)的發(fā)電廠容量就達(dá)2470M W左右,而220kV網(wǎng)供最大負(fù)荷僅為1500M W左右。南通地區(qū)裝機(jī)容量達(dá)1950M W,220kV網(wǎng)供最大負(fù)荷約為1200

7、 M W左右。另外,徐州地區(qū)接入110kV系統(tǒng)的小機(jī)組較多,部分220kV變電所存在無功倒送的情況,無功過剩矛盾突出;(4根據(jù)無功平衡情況,2001年江蘇電網(wǎng)500kV無功補(bǔ)償度(不含陽城東明三堡為0.928,按新頒電力系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)則1.0的要求計(jì)算,江蘇境內(nèi)500kV部分(不含陽城東明三堡缺160Mv ar的感性無功補(bǔ)償。陽城東明三堡段無功補(bǔ)償度為0.863,仍缺190M var的感性無功補(bǔ)償。節(jié)假日輕負(fù)荷、且陽城電廠雙機(jī)運(yùn)行時(shí),相應(yīng)的500kV線路又必須投運(yùn),無功過剩的矛盾更加突出。目前,蘇北500kV變電所的低壓電抗器全年都處于投運(yùn)狀態(tài),仍不足以吸收500 kV電網(wǎng)無功,連檢修都難以安排。

8、2.4諧波畸變?cè)蚍治龀鞘信渚W(wǎng)中部分地區(qū),如寫字樓、大型商場(chǎng)集中的商業(yè)區(qū)、金融區(qū)以及居民小區(qū),由于大量的電力電子設(shè)備(調(diào)速電機(jī)、開關(guān)電源、計(jì)算機(jī)、微波爐、彩電、打印機(jī)、電子式和鐵磁式鎮(zhèn)流器、空調(diào)、節(jié)能燈、UPS系統(tǒng)等的使用,用戶負(fù)載電流中的諧波含量可占有很大的比重。由于多用戶諧波注入電流的疊加,造成電壓總諧波畸變率偏高;而且這類負(fù)荷產(chǎn)生大量3次諧波電流,由于3次諧波的零序性,將在變壓器中性線中疊加,造成變壓器中性線過流;而目前低壓系統(tǒng)采用的無功補(bǔ)償裝置通常沒有考慮諧波的影響,常由于電容器對(duì)諧波的放大造成電容器的損壞。此外,以前配電網(wǎng)中采用的Yy0接線的變壓器也是造成y0側(cè)(低壓側(cè)諧波電壓畸變率

9、偏高的原因。農(nóng)村電網(wǎng)由于相對(duì)比較薄弱,小型的非線性用戶如小電爐、小軋鋼、中頻爐等分布廣,且在考慮無功補(bǔ)償時(shí),諧波問題較少考慮,因此可能對(duì)局部電網(wǎng)和其它用戶造成比較嚴(yán)重的影響。3提高電能質(zhì)量的主要對(duì)策3.1一次調(diào)頻僅靠功率調(diào)度實(shí)現(xiàn)二次調(diào)頻,已經(jīng)無法克服電網(wǎng)頻率的波動(dòng),要滿足對(duì)電網(wǎng)快速響應(yīng)的要求,22華東電力2002年第12期只有機(jī)組本身對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能。表3為華東電網(wǎng)一次調(diào)頻功能大聯(lián)調(diào)前后的三省一市電網(wǎng)頻率(500.1Hz的合格率。表3一次調(diào)頻功能大聯(lián)調(diào)前后的華東電網(wǎng)頻率(500.1Hz的合格率%省(市江蘇上海浙江安徽通過一次調(diào)頻聯(lián)調(diào),華東電網(wǎng)頻率合格率大大提高,改善了電能質(zhì)量。3.2發(fā)電

10、機(jī)進(jìn)相運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是一種同步低勵(lì)磁持續(xù)運(yùn)行方式。利用發(fā)電機(jī)吸收無功功率,同時(shí)發(fā)出有功功率,是解決電網(wǎng)低谷運(yùn)行期間無功功率過剩、電網(wǎng)電壓過高的一種技術(shù)上簡便可行、經(jīng)濟(jì)性較高的有效措施,具有以下的優(yōu)點(diǎn):(1手段簡潔有效:當(dāng)電網(wǎng)電壓過高、無功過剩時(shí),只要調(diào)整一下發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流,將發(fā)電機(jī)由原來的發(fā)出無功負(fù)荷改為消耗無功負(fù)荷,讓其無功進(jìn)相運(yùn)行,正負(fù)之差大幅度減少了系統(tǒng)的無功功率,降低系統(tǒng)電壓的效果較為明顯;(2響應(yīng)準(zhǔn)確靈活:在發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器投入的情況下,當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷峰谷變化時(shí),根據(jù)系統(tǒng)電壓的變化趨勢(shì),發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)增減勵(lì)磁電流,從而增減發(fā)電機(jī)的無功輸出甚至進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài),使電

11、網(wǎng)電壓基本保持不變;(3節(jié)約設(shè)備投資:用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的方式來消耗系統(tǒng)的無功,可部分替代電抗器的作用。一臺(tái)600M W機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行可以節(jié)省上千萬元的電抗器及其附屬設(shè)備的一次性投資,每年還可以節(jié)省幾十萬元的電抗器運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用;(4減少有功損耗:發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行后,減少了電抗器的投運(yùn)容量,同時(shí)也降低了電力系統(tǒng)中的電抗器有功損耗。一臺(tái)600MW機(jī)組在低谷時(shí)進(jìn)相運(yùn)行,每年可以減少的電抗器有功損耗高達(dá)8000M Wh左右;(5降低廠用電率:發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行后,隨著勵(lì)磁電流的減少,勵(lì)磁變的負(fù)荷也隨之下降,一臺(tái)600M W機(jī)組在低谷時(shí)進(jìn)相運(yùn)行,每年可以節(jié)約廠用電3000M Wh左右。綜上所述,發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行既

12、解決了電網(wǎng)無功過剩問題,又提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,對(duì)改善電網(wǎng)電能質(zhì)量具有重要作用。表4為揚(yáng)州第二發(fā)電廠600M W發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表4揚(yáng)州第二發(fā)電廠600MW發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)有功功率/M W定子電壓/kV定子電流/kA功率因數(shù)無功功率/M var發(fā)電機(jī)功角/(500kV母線電壓/k V10kV母線電壓江蘇省電力公司組織重點(diǎn)科技項(xiàng)目“電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”的開發(fā)與研究,通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)建立電能質(zhì)量省市兩級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng),針對(duì)諧波問題,在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上,確定電網(wǎng)必要的補(bǔ)償率。治理時(shí)遵循“誰污染誰治理”和“堵新治舊”的原則。對(duì)于新上的、擴(kuò)建的電能質(zhì)量污染源項(xiàng)目,必須進(jìn)行諧波項(xiàng)目評(píng)估,諧波治理必須與工程項(xiàng)目同步實(shí)施;對(duì)于現(xiàn)有的污染嚴(yán)重的諧波源用戶,必須提出限制整改計(jì)劃和措施;推廣非線性大用戶采用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償或(及濾波