電能質(zhì)量差在低壓進(jìn)柜中的改進(jìn)方案

劉松林

(北京易合菲科技有限公司，北京 102600)

0 引言

嚴(yán)格意義上，衡量電能質(zhì)量(Power Quality)的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。而在普遍意義上，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量?？偟膩?lái)說(shuō)，電能質(zhì)量問(wèn)題主要包括：電壓波動(dòng)和閃變;諧波;電壓三相不平衡;電壓降低和供電中斷這4個(gè)方面。

一旦電能質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定的要求，對(duì)低壓配電設(shè)備的運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此，本文將從筆者參與的某境外項(xiàng)目入手，分析電能質(zhì)量差在低壓進(jìn)柜中的改進(jìn)方案。

1 工程概述

應(yīng)總包方邀請(qǐng)，筆者于2014年前往境外某機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配電箱柜的安裝調(diào)試、指導(dǎo)培訓(xùn)，調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量對(duì)配電設(shè)備的運(yùn)行有很大影響，隨后通過(guò)與筆者所在單位的其他工程師進(jìn)行探討，確定了最終解決方案并使問(wèn)題圓滿解決。

該航站樓投入運(yùn)營(yíng)至今能滿足年旅客吞吐量150萬(wàn)人次的航空流量需求，現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)卦O(shè)施最完備、現(xiàn)代化程度最高的機(jī)場(chǎng)之一。開(kāi)航運(yùn)營(yíng)至今，機(jī)場(chǎng)各類設(shè)施及專業(yè)設(shè)備工作情況良好。2017年9月該機(jī)場(chǎng)先后經(jīng)歷了三次颶風(fēng)的考驗(yàn)，所有設(shè)施完好無(wú)損。

本工程從當(dāng)?shù)厥姓?1kV電網(wǎng)上引來(lái)一路11kV高壓電源，采用兩種供電電壓模式，分別為208V/120V、60Hz和480V/277V、60Hz。在室外安裝4臺(tái)變壓器, 變壓器容量為：2 000kVA(11kV/0.48kV)、1 000kVA(11kV/0.208kV)、2×750kVA(0.48kV/0.208kV), 其中兩臺(tái)750kVA變壓器輸入0.48kV/0.277kV，輸出0.208kV/0.12kV，柴油發(fā)電機(jī)0.48kV，經(jīng)變壓器輸出208V/120V為照明部分提供備用電源。1臺(tái)市電動(dòng)力變壓器11kV/0.48kV和1臺(tái)市電照明變壓器11kV/0.208kV/0.12kV提供市電電源，2臺(tái)發(fā)電機(jī)照明變壓器0.48kV/0.208kV一用一備，3臺(tái)480V發(fā)電機(jī)兩用一備，給480V動(dòng)力和208V/120V照明提供備用電源。

柴油發(fā)電機(jī)房共設(shè)置3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)容量為3×1 200kW，兩用一備，同時(shí)工作輸出容量為2 400kW。高低壓供電關(guān)系圖可參見(jiàn)圖1。

圖1 高低壓供電關(guān)系圖

2 設(shè)備調(diào)試

2.1 調(diào)試現(xiàn)象

配電柜安裝完畢，調(diào)試過(guò)程中分別出現(xiàn)了：(1)日光燈的燈管不定時(shí)燒壞；(2)配電箱的雙電源有時(shí)投切異常；(3)發(fā)電機(jī)上油泵、充電器以及工控機(jī)；安檢機(jī)的線路板；UPS的線路板；電梯的線路板；冷水機(jī)組的編程模塊、循環(huán)泵、變頻器、新風(fēng)機(jī)組控制箱；光模塊、交換機(jī)有時(shí)工作異常等現(xiàn)象。用示波器對(duì)市電進(jìn)行檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厥须婋妷?、頻率波動(dòng)很大，鋸齒波多、不圓滑。

2.2 產(chǎn)生原因

(1)電壓偏差

一般來(lái)說(shuō)，造成電網(wǎng)電壓偏差的主要原因是無(wú)功功率。另外，電容器投切母線的電壓偏差影響也很大。對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，電壓偏差會(huì)引起無(wú)功電流的增大；對(duì)于照明設(shè)備而言，電壓對(duì)光通量的輸出和壽命影響很大。

(2)電壓波動(dòng)和閃變

電壓波動(dòng)和閃變主要是由沖擊性功率負(fù)荷引起的。這些非線性、不平衡沖擊性負(fù)荷產(chǎn)生的有功和無(wú)功功率會(huì)隨機(jī)或者周期性的變化。

(3)電壓降低和供電中斷

電壓暫降后有一定的殘壓，這是電能質(zhì)量的首要問(wèn)題。供電中斷是由于系統(tǒng)故障或跳閘后用戶電壓完全喪失造成的。

(4)電壓三相不平衡

造成三相不平衡的原因主要有大容量非對(duì)稱負(fù)荷的接入以及電網(wǎng)諧波。

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電壓暫降、暫升和短時(shí)中斷，諧波產(chǎn)生的電壓波形畸變已成為最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)造成此次問(wèn)題的原因主要是：該國(guó)家市電電網(wǎng)不穩(wěn)定，電壓波動(dòng)產(chǎn)生的偏差超過(guò)用電設(shè)備運(yùn)行的允許值，且當(dāng)?shù)毓╇姴块T對(duì)市電電壓偏差沒(méi)有有效的測(cè)控。

3 改進(jìn)方案

3.1 方案確定

針對(duì)市電電能質(zhì)量差的現(xiàn)象，筆者在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)具體情況與國(guó)內(nèi)技術(shù)工程師進(jìn)行溝通，最終商討出的解決方案是：在電源進(jìn)線柜加裝具備過(guò)欠壓、過(guò)欠頻功能的某公司PM5350儀表；加裝相序保護(hù)器。過(guò)欠壓、過(guò)欠頻的定值設(shè)在發(fā)電機(jī)、安檢機(jī)、UPS、電梯、冷水機(jī)組設(shè)備工作允許范圍內(nèi)。當(dāng)市電質(zhì)量差時(shí)，PM5350儀表工作，連鎖進(jìn)線總斷路器跳閘，發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電。市電恢復(fù)正常穩(wěn)定25 min后，發(fā)電機(jī)再停止運(yùn)行，由市電供電。

3.2 改進(jìn)效果

確定方案后，筆者所在單位在國(guó)內(nèi)采購(gòu)了儀表和相序保護(hù)器，并于2015年6月空運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，7月改造完畢并進(jìn)行調(diào)試。為達(dá)到預(yù)期保護(hù)目的，調(diào)試過(guò)程中，筆者對(duì)AC 208V/120V照明市電儀表PM5350、AC480V/277V動(dòng)力市電儀表PM5350各設(shè)了定值(詳見(jiàn)表1～2)，當(dāng)市電電壓和頻率超出設(shè)定值或者市電逆相序時(shí)，儀表會(huì)發(fā)出信號(hào)，配電柜市電總斷路器跳閘，從而起到保護(hù)作用。

AC 208V/120V照明市電儀表PM5350定值 表1

AC 480V/277V動(dòng)力市電儀表PM5350定值 表2

在對(duì)配電室的儀表參數(shù)調(diào)出最值后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)仉娔苜|(zhì)量確實(shí)不好，待現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完畢、檢驗(yàn)測(cè)試合格后，2015年7月20號(hào)配電設(shè)備正式投入運(yùn)行，至今性能穩(wěn)定。

在緊急狀態(tài)和極端緊急狀態(tài)下，部分或某些母線電壓或系統(tǒng)頻率會(huì)超越或嚴(yán)重超越允許范圍，部分負(fù)荷會(huì)停止供電(允許損失部分負(fù)荷，如低周低頻減載，高頻切機(jī)，系統(tǒng)解列)，甚至有可能進(jìn)一步惡化而失去穩(wěn)定或難以保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)，在常見(jiàn)的單一故障下仍然要求少損失負(fù)荷和保持穩(wěn)定是可能實(shí)現(xiàn)的。

但在極端嚴(yán)重故障下是做不到的，其要求改變?yōu)椴恢劣谠斐纱竺娣e停電(即大量損失負(fù)荷，而讓部分電源系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái))。面對(duì)以上運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電能質(zhì)量的要求只可能是區(qū)域化處理和對(duì)待；或者也要考慮質(zhì)量的部分損失；或者電能質(zhì)量控制措施(如UPS，固態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電壓調(diào)節(jié)器，UPQC等)在此時(shí)發(fā)揮作用，以保證對(duì)高等級(jí)質(zhì)量要求的負(fù)荷繼續(xù)供電。由此，電能質(zhì)量是要分級(jí)保證的。

4 結(jié)束語(yǔ)