试验站冲击负荷对电网的电能质量影响分析

试验站冲击负荷对电网的电能质量影响分析　电工电气（２０１７　Ｎｏ．１）　检验与测试《　。　／＃　毒三　乒　毒　试验站冲击负荷对电网的电能质量影响分析　陶冶，夏屹，肖凌　（江苏科能电力工程咨询有限公司，江苏南京２１　００３６）　摘要：介绍了某试验变电站拟进行的各种试验方式，对试验站在公共连接点产生的电压波动和闪　变、有功冲击进行了仿真计算，得出该试验站需满足国标关于电能质量限值要求的试验容量为１９６ＭＶＡ，　大于此容量则需要采用冲击发电机进行试验。建议试验单位应与电网相关部门相互合作，采取相应措施，　使试验站冲击负荷对电网的影响满足国标限值要求。　关键词：试验站；电压波动；闪变；有功功率冲击；电能质量　中图分类号：ＴＭ７１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—３１７５（２０１７）０１—００５５—０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｍｐａｃｔ　Ｌｏａｄ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｇｒｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ＴＡＯＹｅ，ＸＩＡＹｉ，ＸＩＡＯＬｉｎｇ　（ＪｉａｎｇｓｕＫｅｎｅｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．．Ｌｌｄ　ｌＮａｎｊｉｎｇ　２１００３６．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｐｌａｎｎｅｄ　ｆｏｒ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ，ｆｌｉｃｋｅｒ　ａｎｄ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｈｅ　ｐｏｉｔｎｔ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃｏｕｐｌｎｇ　ｏｆ　ｉｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓａｔｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｈａｔ　ｈｅ　ｔｔｅｓｔ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｗａｓ　１９６　ＭＶＡ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｓａｔｉｓｉｅｄ　ｆｆｏｒ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔｎｄ￣ｄ　ａａｂｏｕｔ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｙ　ｔｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ．Ｉｆｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｙ　ｗａｓ　ｔｌａｒｇｅｒ　ｈａｎ　ｔｔｈｅ　ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｈｅ　ｔｔｅｓｔｉｎｇ　ａｇｅｎｃｙ　ｓｈｏｕｌｄ　ｃｏｏｐｅｒａｔｅ　ｗｉｈ　ｔｈｅ　ｔｒｅｌｅｖａｎｔ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ　ｏｆｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ａｎｄ　ａｄｏｐｔ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｍｅａｓｌｅｓ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｈｅ　ｔｉｍｐａｃｔ　ｌｏａｄ　ｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｈａｖｅ　ｌｉｔｔｌｅ　ｉｎ－　ｌｆｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｗｈｉｃｈ　ｍｅｅｔｓ　ｈｅ　ｔｎａｔｉｏｎａｌ　ｌｉｍｉｔｎｇ　ｉｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｔａｔｉｏｎ；ｖｏｌａｇｅ　ｆｔｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ｆｌｉｃｋｅｒｉｎｇ；ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｍｐａｃｔ；ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｙ　ｔ０引言　近年来，江苏省内相继投运了几家２２０　ｋＶ试　验变电站。试验站主要进行高、低压电器产品短路　试验，试验需要频繁地对电器产品进行开断／关合，　其性质是短时间、大电流短路的接通和分断，对电　力系统具有一定的冲击影响，主要表现在对公共　连接点（ＰＣＣ）　的电压波动和闪变、邻近发电机组　的有功冲击影响。为减小对电力系统的影响，对于　大容量的试验，目前国内外强电流试验室均采用了　并提出减小影响的措施及建议。　１工程概况　该电气设备检测中心为满足电器产品试验用电　需求，新建ｌ座２２０　ｋＶ变电站（以下简称“试验站”），　以１回２２０　ｋＶ线路接入电力系统的２２０ｋＶ变电站。　试验站所在２２０ｋＶ电网目前主要电源来自该区域　内的１座５００　ｋＶ变电站（３×１　０００　ＭＶＡ主变）和１　座火力发电厂（装机容量为２×６００Ｍｗ）。　冲击发电机进行试验　，而对于容量较小的试验，　试验站的主要试验方式有断路器短路容量试　验、负荷开关额定电流开断试验、带冲击发电机的　则直接利用电网短路容量对电器产品进行开断／关　合。为评估试验站的冲击负荷对电网的影响程度，　本文对即将投运的常州某电气设备检测中心试验站　冲击影响进行了仿真计算，对计算结果进行了分析　大容量短路试验。各试验方式简介如下：　（１）断路器短路容量试验　断路器短路容量试验分１０ｋＶ和３５　ｋＶ两个电　压等级，试验每小时做一个循环，每个循环内通断　作者简介：陶冶（１９７４一），男，高级工程师，硕士，从事电力系统规划设计工作。　一５５—　电工电．Ｉ【（２０１７　Ｎｏ．１）　电流４次，如图１所示。　试验站冲击负荷对电嘲的电能质量影响分析　断路器短路容量试验规模见表１。　表１　断路器短路容量试验规模　薹　篓　时间／ｓ　电压等级／ｋＶ　１０　３５　３９３　６６３　３１２　５２６　试验容量／ＭｖＡ　２５０　４２０　１９６　３３７　２８１　２２ｌ　（２）负荷开关额定电流开断试验　负荷开关额定电流开断试验也分１０　ｋＶ和３５　ｋＶ　两个电压等级，试验每小时做一个循环，每个循环　内通断电流２０次，如图２所示。　图１断路器短路容量试验曲线图　＼　皤　０。１＇１８０　时间／ｓ　图２负荷开关额定电流开断试验曲线图　负荷开关额定电流开断试验规模见表２。　表２负荷开关额定电流开断试验规模　单台冲击发电机励磁变压器短路工作设计最大容量为　８６．４　ＭＶＡ，发电机仅在进行短路试验时才会施加强励。　２冲击影响计算及分析　（３）带冲击发电机的短路试验　如上文所述，无论是断路器短路容量试验、负　荷开关额定电流开断试验，还是采用冲击发电机试　验，在试验的一个循环周期内，都需要进行频繁的　开关接通和分断，由于接通／分断的电流较大，因　此每接通／分断一次，都将对电网造成冲击影响。　为了满足高压电器标准　规定的开断试验后　除上述试验外，试验站拟装设２台冲击发电机　以减小大容量试验对电力系统的冲击影响。冲击发　电机的工作原理为：由４　０００　ｋＷ电动机从系统受电，　转子旋转拖动冲击发电机至额定转速，加励磁使发　电机输出电压达到试验要求电压，然后进行试验，　试验所需短路容量全部由冲击发电机提供。２台冲击　发电机的容量均为６　５００　ＭＶＡ，试验曲线如图３所示。　工频恢复电压不发生畸变，试验变压器是运行在非　饱和状态的，谐波含量很小。因此本文以下主要针　对冲击负荷对电网公共连接点（ＰＣＣ）的电压波动和　闪变，以及对邻近的发电厂机组的冲击影响进行仿　真计算。计算中取发电厂ｌ台６００ＭＷ机组检修为　正常运行方式，２台６００　ＭＷ机组全停为系统最小运　行方式。仿真计算软件采用《电力系统综合分析程　萋　篓　ｏ．１５　ｏ．　ｏ．１５　ｏ．１５　ｏ．１５　ｏ．１５　ｏ．１５　ｏ．１５　序》７．０版。　２．１对ＰＣＣ电压波动和闪变的影响　２．１＿１电压波动　个工作循环　时间／ｓ　一个工作循环　图３冲击发电机试验工作曲线图　冲击发电机对系统的冲击影响主要来自于发电　机空载、强励时的励磁电流和电压。实际做实验时，　５６一　根据ＧＢ　１２３２６－－２００８《电能质量电压波动和　闪变》Ｉｌｌ，“任何一个波动负荷用户在电力系统公　一试验站冲击负荷对电网的电能质量影响分析　电工电气　（２０１７　Ｎｏ．１）　共连接点产生的电压变动，其限值和电压变动频度、　即电压变动次数为８次／ｈ，对照表３，ＰＣＣ电压波　电压等级有关”。波动负荷在ＰＣＣ产生的电压波动　限值（１１０　ｋＶ及以上）如表３所示。　表３电压波动限值　，／次　ｒ≤１　１＜ｒ≤１Ｏ　ｌＯ＜ｒ≤１００　动限值取２．５％；负荷开关额定电流开断试验通断　电流次数为２Ｏ次／ｈ，即电压变动次数为４０次／ｈ，　对照表３，ＰＣＣ电压波动限值取ｌ＿５％。　对于带冲击发电机的试验，单台发电机强励的　最大试验容量为８６　ＭＶＡ，对照表３，电压波动限值　取１．５％；２台冲击发电机同时做试验时，并机强励　的最大容量不超过１７０　ＭＶＡ，且该工况仅用于特高　压试验，每次只做一个循环，一年仅做２～３次，　对照表３，电压波动限值取２．５％，根据其每年的试　验次数，按国标规定根据实际情况可适当放宽，本　ｄ／％　３．Ｏ　２．５　１．５　１．０　１ＯＯ＜ｒ≤１　０００　表中，ｒ为每小时电压波动次数，ｄ为电压波　动限值。国标还规定，“很少的变动频度ｒ（每日少　于１次），电压变动限值ｄ还可放宽”。试验站的　各种试验方式均为单独试验，不存在几种试验同时　文可按３％考虑。另外在用冲击发电机做大容量试　验时，不进行其他试验。　在系统最小运行方式下的电压波动仿真计算结　果如表４所示。　进行的情况。根据图１～３所示各试验方式曲线图，　对照国标，各试验方式对应的电压波动限值如下：　断路器短路容量试验的通断电流次数为４次／ｈ，　表４　ＰＣＣ电压波动计算结果　从计算结果来看，负荷开关额定电流开断试验　和带冲击发电机的试验由于试验容量（或励磁冲击　容量）相对较小，在ＰＣＣ产生的电压波动都能满足　相应的国标限值要求；断路器短路容量试验仅有容　量为１９６　ＭＶＡ试验的电压波动小于限值２．５％。　２．１．２闪变　统的闪变限值取０．８。　对于单个用户闪变限值需根据其供电容量、协　议容量及上、下级系统之间的闪变传递系数进行计　算。根据试验站的相关参数可算得分配给本工程的　闪变限值为０．５。　根据国标中介绍的“查表法”可算得试验站冲　击负荷在ＰＣＣ产生的闪变如表５所示。对于电压波　ＧＢ　１２３２６－－２００８《电能质量电压波动和闪变》　第５．１节规定了对ＰＣＣ电压闪变的限值要求，即：　１１０　ｋＶ及以下系统的闪变限值取１；１１０　ｋＶ以上系　动满足国标要求的试验方式，其在ＰＣＣ产生的电压　闪变也满足要求。　表５　ＰＣＣ闪变计算结果　２．２有功冲击影响　（１）冲击瞬间由于冲击负荷母线电压相位突变　造成系统中所有机组对冲击点的功角有一个角增　量，各机组按其功角特性曲线初时运行点的斜率　（整步功率）的大小来分担冲击功率。　（２）当各机组受到负荷的冲击后，由于此时原　冲击负荷的有功功率冲击会引起电网频率的波　动，可能会对邻近发电机组的安全稳定及其寿命产　生危害　引。冲击功率在系统发电机组问的功率分　配大致由下述三个阶段构成：　一５７—　电工电气（２０１７　Ｎｏ．１）　试验站冲击负荷对电网的电能质量影响分析　主要表现在无功冲击对ＰＣＣ电压波动和闪变的影　响，有功冲击对邻近发电机组电磁功率变化的影响。　对于直接利用电网短路容量进行试验的，试　验容量需要控制在一定范围内（如本文中不超过　１９６　ＭＶＡ），对于大于这一容量的试验，建议采用冲　动机出力不变，各机组将做减速运动（减速度各不　相等）。在系统整步功率作用下各机组趋向一个平　均减速度，各自按转子动能大小供出惯性功率。　（３）电网频率降低到越过机组调速系统不灵敏　区后，调速器开始动作，企图把转速恢复至原来数　值。在全网原动机调速器共同作用下最终达到新的　击发电机进行试验，冲击发电机提供试验所需短路　容量，其对电网的冲击仅在强励时发生，冲击容量　相对较小（小于１９６　ＭＶＡ）。　对于试验容量的限制，需要试验单位和供电公　司双方相互合作。一方面试验单位可通过采取限流　措施（如安装限流装置）控制试验电流；另一方面　供电公司应明确界定可以直接利用电网进行试验的　容量上限，超过此上限则需要采用冲击发电机进行　试验；同时加强监控和管理，试验单位进行试验之　前应征得供电公司同意，供电公司根据电网实际运　行方式决定是否可以进行试验。　参考文献　［１］ＧＢ　１２３２６－－２００８电能质量备，２００４，５（７）：７４—７７．　［３］贺以燕．世界各国强电流试验室（二）［Ｊ］．电力设　备，２００４，５（８）：７７—７９．　平衡，各机组承担的功率变量与它们各自的调节速　度成正比。　由于系统中机组在各阶段发出（吸收）的功率　不同，因此在由初时状态依次向三个阶段过渡时，　将在整个动力系统中造成频率和功率振荡。　发电机承受有功冲击的限值至今没有统一的标　准和规定，参考文献［７］列出了国内汽轮发电机组　分析计算时的有功功率冲击限值，其中发电机组电　磁功率允许变化速度约为每秒５％额定功率，汽轮　机允许的负荷改变速度约为每分钟２％～４％。在仿　真计算时，可用发电机组电磁功率变化与其额定功　率的百分比值作为衡量指标。　试验站与发电厂都接于同一个２２０　ｋＶ变电站，　二者电气距离很近，因此有必要计算分析试验站对　发电厂机组的有功冲击影响。　电压波动和闪变［ｓ］．　［２］贺以燕．世界各国强电流试验室（一）［Ｊ］．电力设　根据仿真计算结果，对于表４中电压波动未超　过国标限值的试验方式，冲击负荷对发电厂机组产　生的电磁功率变化与其额定功率的比值在０．０４％～　０．９２％之间。冲击发电机试验时，常规试验产生的　有功冲击为０．４３％，特高压试验时产生的有功冲击　［４］贺以燕．法国高电压强电流试验室（一）［Ｊ］．电力　设备，２００５，６（９）：７７—８１．　［５］贺以燕．法国高电压强电流试验室（二）［Ｊ］．电力　设备，２００５，６（１Ｏ）：８３—８５．　［６］ＧＢ　１９８４－－２０１４高压交流断路器［ｓ］．　为０．８４％。相比参考文献［８］所列有功功率冲击限　值，相对较小。　［７］林海雪．电弧炉的有功功率冲击对发电机组的影响　［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１４，３４（Ｓ１）：２３２—２３８．　［８］岑海风，王西田，刘丽霞，等．大容量冲击负荷　对邻近发电机组影响的评估［Ｊ］．中国电力，２０１０，　４３（１）：　１Ｏ一１４．　３结语　试验站冲击负荷对电网电能质量有一定影响，　收稿日期：２０１６—１１－０３　增页启事　近年来，本刊来稿量大幅增加，为适应广大作者进行学术探讨和技术交流的需要，经报江苏省新闻出　版广电局备案批准，本刊自２０１７年第１期起，版面由原来的６４页增至７６页，定价不变。欢迎投稿，欢　迎订阅。　《电工电气》杂志社　２０１７年１月　一５８—