电厂6kV系统接带高次谐波负荷可行性分析范钦勇

电厂6kV系统接带高次谐波负荷可行性分析范钦勇

范钦勇贾燕

（河南能源鹤煤集团有限公司热电厂河南鹤壁458000）

摘要：本文阐述了高次谐波对发电厂用电系统的危害和造成的不良后果，通过对热电厂6kV系统接带高次谐波负荷进行可行性分析，保证了电力系统的可靠平稳运行。

关键词：谐波；6kV系统；实验数据；运行方式

一、概述

电厂6kV系统接带发电厂厂用电系统，一旦出现异常直接造成重要辅机设备停电而造成机组停运，甚至导致设备损坏或人员伤亡事故，给电厂生产经营带来重大损失，因此通常采用安全系数较高的不接地系统或大电流接地系统，而接入高次谐波负荷、三相不平衡负荷存在极大的安全风险，因此需要精心设计、实验分析可行性，在现有设备基础上确定是否可通过设备改造实现接带运行。

二、谐波造成的危害

理想电力系统所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压阀值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网和其它系统是一种污染，大致有以下几个方面：

（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

（2）谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。对旋转电机产生附加功率损耗、产生脉动转矩和噪声。对可调速电动机则应分析其机械频振速度以避免由于脉动转矩放大而造成损坏。

（3）谐波电流使变压器的铜耗增加，特别是3次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器，当绕组中性点按地，而该侧电网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。

（4）谐波会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，就使（1）和（2）中的危害大大增加，甚至引起严重事故。并且谐波电流在导线上的发热比均方根电流造成的预期发热为高。

（5）谐波会导致继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动。我国电力系统，曾发生过电气化铁道负荷造成的负荷电流畸变和不对称，使某电厂一台20万KW机组的保护跳闸和某系统中的220KV线路保护跳闸，造成大面积停电的严重事故。110KV供电线路因电铁谐波和负序影响跳闸和误指示的情况则更频繁发生。

（6）谐波会使电器仪表测量不准确。现代指示均方根值的电压表和电流表相对地不受波形畸变的影响。受谐波影响较大的计量电能的感应型电能表，其误差与由于频率特性和非线性度造成的误差有关。除电表本身产生误差外，谐波负荷从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率。这样，受谐波影响的用户既从系统吸收基波功率又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果是谐波源负荷用户少付电费而受害的用户反要多付电费。

（7）谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪音，降低通讯质量；重者导致信息丢失，使通讯系统无法正常工作。

三、谐波负荷实验数据

根据谐波负荷实验报告：

#1中频机电压总畸变率6.8%，#5机组电压畸变率3.4%，中频机畸变率超过国家规定5%标准1.8%，电流总畸变率无法测试无数据。

#5机组多为两项负荷，I1相电流637A、I2相电流519A、I3相电流309A，三相电流不平衡率达到48.5%，我厂规程要求三相电流不平衡率小于10%。

四、电能质量国家标准及相关规定

1994年我国颁布了《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）的国家标准，对各级公用电网的谐波电压和用户注入电网的谐波电流允许值均作出了明确的规定。原电力工业部于1998年颁布了《电网电能质量技术监督管理的规定》，其中第五条指出：“因电网或用户用电原因引起的电能质量不符合国家标准时，按‘谁干扰，谁污染，谁治理’的原则及时处理，并贯穿于电网及用电设施设计、建设和生产的全过程。”《供电营业规则》第五十五条为“电网公共连接点电压正弦波畸变率和用户注入电网的谐波电流不得超过国家标准GB/T14549

－93的规定。用户的非线性阻抗性的用电设备接入电网运行的注入的谐波电流和引起公共连接点电压正弦波畸变率超过标准时，用户必须采取措施予以消除。否则，供电企业可中止对其供电。”《电网运行准则》5.2.6“谐波含量”条款中明确要求“在计划停电和故障停电条件下（除非发生异常工况）输电系统谐波应满足GB/T14549《电能质量公用电网谐波》和《电力系统谐波管理暂行规定》要求。”根据国标《电能质量：公用电网谐波》（GB/T14549-93）的要求，公用电网各电压等级母线谐波电压（相电压）限值也做出明确规定。国标规定将各相实测值的95%概率大值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据。

总结：

1、中频机电压畸变率较大，超出标准规定。

2、三相电流不平衡率较大，超出标准规定。

五、改造方案

1、在中频机负荷侧加装高压消谐装置，并实现在线检测、报警功能。

2、在380V低压侧增加开关柜间隔，按照负荷使用情况分相接带高频负荷，已达到平衡三相电流的目的。

六、谐波负荷接入投运步骤

谐波负荷采用两台1000KVA干式变压器，负荷侧单母线分段，母线间设有联络开关的运行方式接带负荷，电源侧分两路分别接入电厂6kV系统，其一路电源定于接入热电厂6KVI段备用间隔，二路电源定于接入热电厂6KVI段，备用间隔，消谐装置始终投入运行。

1、准备工作

1）线路电缆试验全部合格，高压开关试验合格，保护装置校验完毕，定值符合规定。

2）制定受电方案，制定操作规程，操作人员持证上岗，熟悉操作步骤。

3）6KVA、6KVⅡA段备用开关调试完毕，保护装置完好，定值按照要求设定。

4）填写外能源系统接入申请单，对外能源系统投运申请单并审批完毕。

2、受电操作步骤

1）确定对外能源系统投运申请单送达电厂值长处。

2）电厂值长安排检查开关在隔离位置，安排运行人员测量电缆绝缘合格，高压开关绝缘合格，就地分合高压开关正常，DCS分合高压开关正常。安排继电保护工作人员检查保护装置完好，定值正确，保护动作正常。

3）确认一、二路电源进线开关均在隔离位，一路电源开关上悬挂禁止操作标识牌。

4）以上工作结束，值长汇报系统已经具备投运条件。

5）总工程师下令受电工作开始后，值长安排继电保护人员将保护装置保护所有时间定值修改为0秒。

6）值长联系谐波负荷单位准备对电缆进行充电。

7）谐波负荷单位确认具备送电条件后，值长下令合上6KVIA段备用柜一路电源开关。

8）第一次送电成功后，通知链环公司检查电缆及进线开关，无异常后对线路充电运行5分钟。

9）如果送电不成功，停止送电工作，全面进行检查。

10）第一次送电成功后，值长通知继保人员，保护定值恢复正常。

11）保护定值恢复正常后对线路进行第二次充电操作，保持十分钟。

12）第二次送电完成后，如果没有异常，停运开关进行检查，抄录电度表底数。汇报总工程师，试送电成功。

13）第三次送电操作完成后，线路不再停电。

14）通知谐波负荷厂可以开始其站内设备试运。

15）谐波负荷厂根据方案对站内设备分部试运，每次投运新设备前均与值长进行联系。

16）6KVIIA段备用柜一路电源开关送电步骤同上。

17）全部试运工作结束，汇报总工程师，送电成功。

3、注意事项

1）每次操作均应进行联系，并做好记录。

2）试运期间发生任何意外均必须停止全部工作，系统完全隔离，查明原因后方可进行下一步操作。

3）所有相关人员坚守现场，随时应对意外。

七、总结

通过增加对谐波系统改造、增加安装消谐装置、负荷分相接带等方法，目前电厂6kV系统接带谐波负荷运行近2年，运行安全可靠，未发生因接带谐波负荷对运行机组造成安全影响，事实证明通过改造电厂6kV系统完全满足接带谐波负荷能力。

参考文献：

[1].供电系统高次谐波的危害和防治[J].郑新阳.科技风.2010（10）