有源滤波器电能质量综合治理效果评估报告.docx
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有源滤波器电能质量综合治理效果评估报告
电能质量综合治理项目
治理效果评估报告
2013年4月
一、背景描述
为了促进电网稳定运行和保障安全生产,对配电室等共7个站采用8台有源滤波器进行了谐波治理,消除安全隐患。
二、治理效果总汇
7个站谐波治理情况如下:
序号
站名
治理前
治理后
功率
因数
电压畸变率%
5次谐波电流
A
7次谐波电流
A
功率
因数
电压畸变率%
5次谐波电流
A
7次谐波电流
A
1
0.77
4.81
65.90
38.02
0.95
3.28
23.58
18.44
2
0.81
5.37
61.76
32.29
0.99
2.99
2.00
5.03
3
0.84
2.61
43.35
26.97
0.97
3.00
2.14
4.27
4
0.74
5.24
67.26
42.65
0.91
4.86
20.24
20.36
5
0.76
3.18
53.14
34.98
0.96
3.30
6.74
11.15
6
7
8
三、数据对比
1、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
101.23
104.11
105.72
103.85
106.23
108.15
-
基波电压(V)
219.28
220.46
219.47
219.37
220.51
219.53
-
有功功率(kW)
67.63
69.78
-
无功功率(kvar)
13.10
5.83
-
总功率因数PF
0.77
0.95
-
电压总谐波畸变率(%)
4.88
4.81
4.99
3.35
3.28
3.42
5.0
电流总谐波畸变率(%)
75.48
74.86
71.79
32.71
31.95
30.85
-
5次谐波电流值(A)
64.43
65.90
62.84
23.62
23.58
22.15
12.7
7次谐波电流值(A)
37.63
38.02
38.83
19.27
18.44
19.69
11.7
治理前电流波形、谐波含量图
治理后电流波形、谐波含量图
2、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
99.36
102.83
105.71
102.17
108.14
105.15
-
基波电压(V)
224.52
224.06
225.15
226.27
225.79
227.10
-
有功功率(kW)
68.73
70.99
-
无功功率(kvar)
7.93
1.92
-
总功率因数PF
0.81
0.99
-
电压总谐波畸变率(%)
5.24
5.37
5.29
2.97
2.99
3.04
5.0
电流总谐波畸变率(%)
68.46
68.84
64.88
9.11
9.12
8.81
-
5次谐波电流值(A)
59.36
61.76
59.04
3.33
2.00
2.98
22.3
7次谐波电流值(A)
31.58
32.29
32.81
4.72
5.03
4.20
17.8
治理前电流波形、谐波含量图
治理后电流波形、谐波含量图
3、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
87.72
94.65
81.47
92.54
97.06
89.80
-
基波电压(V)
229.67
229.78
222.26
229.32
229.63
222.17
-
有功功率(kW)
57.62
63.13
-
无功功率(kvar)
10.53
11.52
-
总功率因数PF
0.84
0.97
-
电压总谐波畸变率(%)
2.38
2.50
2.61
2.65
2.85
3.00
5.0
电流总谐波畸变率(%)
58.57
57.16
64.99
10.72
10.53
11.63
-
5次谐波电流值(A)
42.29
44.58
43.35
1.73
2.26
2.14
25.0
7次谐波电流值(A)
25.78
28.00
26.97
19.03
21.25
17.22
21.1
治理前电流波形、谐波含量图
治理后电流波形、谐波含量图
4、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
95.33
100.91
94.98
115.50
119.19
111.85
-
基波电压(V)
237.82
239.01
245.53
236.86
238.41
245.84
-
有功功率(kW)
69.10
81.49
-
无功功率(kvar)
15.24
13.29
-
总功率因数PF
0.74
0.91
-
电压总谐波畸变率(%)
4.79
5.24
4.97
4.37
4.86
4.45
5.0
电流总谐波畸变率(%)
82.32
81.97
82.14
33.26
31.97
33.20
-
5次谐波电流值(A)
62.95
67.26
62.88
19.33
20.24
18.39
18.0
7次谐波电流值(A)
41.32
42.65
41.41
20.64
20.36
20.03
16.1
治理前电流波形、谐波含量图
治理后电流波形、谐波含量图
5、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
81.69
84.61
81.70
83.81
87.32
83.67
-
基波电压(V)
237.41
238.68
238.20
238.25
239.21
238.90
-
有功功率(kW)
57.45
60.54
-
无功功率(kvar)
59.01
7.71
-
总功率因数PF
0.76
0.96
-
电压总谐波畸变率(%)
3.18
3.10
3.18
3.30
3.28
3.39
5.0
电流总谐波畸变率(%)
79.44
78.17
78.25
22.41
22.75
22.47
-
5次谐波电流值(A)
53.14
54.80
52.27
6.74
7.54
7.20
21.1
7次谐波电流值(A)
34.98
34.85
34.53
11.15
11.39
10.57
18.3
治理前电流波形、谐波含量图:
治理前电流波形、谐波含量图:
6、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
-
基波电压(V)
-
有功功率(kW)
-
无功功率(kvar)
-
总功率因数PF
-
电压总谐波畸变率(%)
5.0
电流总谐波畸变率(%)
-
5次谐波电流值(A)
7次谐波电流值(A)
治理前电流波形、谐波含量图:
治理后电流波形、谐波含量图
7、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
-
基波电压(V)
-
有功功率(kW)
-
无功功率(kvar)
-
总功率因数PF
-
电压总谐波畸变率(%)
5.0
电流总谐波畸变率(%)
-
5次谐波电流值(A)
7次谐波电流值(A)
治理前电流波形、谐波含量图:
治理后电流波形、谐波含量图:
8、
治理前后数据对比
治理前数据
治理后数据
标准
名称
A相
B相
C相
A相
B相
C相
基波电流(A)
-
基波电压(V)
-
有功功率(kW)
-
无功功率(kvar)
-
总功率因数PF
-
电压总谐波畸变率(%)
5.0
电流总谐波畸变率(%)
-
5次谐波电流值(A)
7次谐波电流值(A)
治理前电流波形、谐波含量图:
治理后电流波形、谐波含量图:
四、安全评估及效益分析
4.1安全评估
4.1.1从配电网、设备运行、生产安全和人身安全的角度分析,电能质量问题会对石油行业安全造成严重的安全隐患,主要体现在:
⏹可能导致设备损坏,引发火灾,危及生产和人身安全。
⏹可能导致保护装置误动或拒动,造成区域性停电事故。
⏹影响设备工作效率和正常运行,产生震动和噪音,缩短设备寿命。
⏹导致加大线路损失,使电缆过热,绝缘老化,降低电源效率。
⏹对通讯、电子类设备产生干扰,引起控制系统故障或失灵。
电能质量装置能够有效改善低压配电网电能质量,降低设备运行、生产安全和人身安全风险,消除安全隐患,确保低压电网运行安全。
4.1.2电能质量装置本身有极高的安全性,在生产使用过程中不会对电网造成危害。
4.2经济效益评估
4.2.1经济效益分析
开展本项目进行有源滤波器后,其直接经济效益可分为如下几部分:
4.2.1.1谐波直接能量损耗降低带来的节能(经济效益A)
因为谐波耗能但不做有用功,电网中存在的谐波电流会带来直接的大量电能损耗,用有源滤波器将谐波滤除后,谐波直接能量损耗大大的降低。
ΔP=
UΔIcosφ=
U(
-I1)cosφ
其中,IH为谐波电流值,I1为基波电流值;ΔP为有源滤波器后节电率;THD1为电流总畸变率,为实测数据;
考虑配电变压器具体情况,配电变压器全年工作时间取7000h。
投入YH-8010有源滤波器后,冀东油田上述各站按照平均值0.95参与计算。
则单台配变全年可节省的电能为:
ΔE=ΔP×7000=
U(
-I1)cosφ×7000
=
×0.4×7000×(
-I1)cosφ
=4849.6×(
-I1)cosφ
参照工业用电电费(0.51元/度)计价,则全年可节省电费为:
ΔM=4849.6×(
-I1)cosφ×0.51
=2473.296×(
-I1)cosφ;
理论上按照上述公式计算,但从实际情况出发,为了简化计算我们:
ΔE=
×0.4×7000×(ⅠQ-ⅠH)cosφ其中,治理前电流:
ⅠQ治理后电流:
ⅠH
则依据上述公式,可以计算出各站的节能数据。
4.2.1.2功率因数提高带来的节能(经济效益B)
根据无功平衡原理,我们已经知道,无功电流可以从负荷一直传送到发电机,也就是说,无功损耗是分布在整个电网之中的,因此要测量精确无功电流造成的损耗是不可能的事情。
为了解决这个难题,就提出了无功经济当量的概念。
所谓无功经济当量(KQ)是指变压器无功消耗每增加或减少1kvar时引起受电网有功功率损耗增加或减少的量。
其计算公式如下:
KQ=△PQ/Q
其中:
△PQ:
有功功率损失;Q:
无功功率
通过无功经济当量,无功电流造成的损耗就可以很容易计算出来,根据国标《GB/T13462-2008电力变压器经济运行》附录B.2规定,当变压器连接系统的阻抗R无法取得时,可按变压器在电网中的受电位置及功率因数查表取得无功经济当量KQ值。
在此,按三次变压,KQ取0.1,因此,
有功功率损耗为:
△PQ=KQ×Q=0.1×Q
节省的电度为:
△E=△PQ×7000
△M=△E×0.51=KQ×Q×7000×0.51
=Q×357
4.2.1.3线路损失降低带来的节能(经济效益C)
按照行业通行的经验,进行有效的谐波治理后,治理位置的相关段母线下辖的电机异常发热、电缆异常发热等问题都得到了有效的解决,可明显的降低治理位置处母线的线损比例。
假设这部分损耗为K=8%,补偿后损耗部分降低了F=50%,取各段母线有功功率为变压器的视在功率,结合有功功率数据,参照工业用电电费(0.51元/度)计价,则可计算出每年减少的损耗费用ΔM,计算公式如下:
ΔM=S×K×F×7000×0.51
4.2.1.4电气设备寿命延长带来的投资节省(经济效益D)
本项目对电能质量进行治理后,所有电气设备运行平稳,可延长使用寿命,节约设备投资,带来巨大的经济效益。
以电容器为例,具体如下:
不同实际工作电压UP下电容器的使用寿命
UP/UA
1.00
1.03
1.05
1.10
1.2
使用年限
20
15
12.8
8.5
3.9
由表中看出,电容器经常处于高于其额定电压值的电压下运行,将会大大的缩短其实际使用寿命,在额定工作电压下工作时,电容组的使用寿命为20年,当在1.1倍的额定工作电压下工作时,其寿命将缩短至8.5年。
按照行业经验,电网谐波污染对设备造成的损害远远大于高于超过额定电压运行,对于电网污染严重的配电站,如果进行了电能质量治理,不仅电容器,所有的用电设备包括输电电路、变压器、电气控制设备、电缆和电机等设备的实际使用寿命都会大大增加。
假如全部按照使用年限20年计算,保守估计至少可以延长5-10年以上的使用寿命;同时电机异常发热导致的配套设备损坏等问题都得到了有效的解决,则因谐波问题而造成的外围配套设备等的检修、更换、备库等以及其他费用相应减少。
这会在设备投资方面带来巨大的经济效益。
下面我们来看一个计算实例:
XX变电站:
容量为2500kVA,2段母线。
站内主要电气设备及电缆等投资估算为1200万元左右;,由于使用了大量的变频器等重污染设备,2段母线的电压、电流波形畸变比较严重,分别为:
5.1%和5.26,节省设备投资的计算如下:
电气设备设计使用年限为20年,但因电能质量问题,导致其使用寿命大幅缩短,根据实测数据保守推算,其实际使用寿命将缩短8年;经过治理后,恢复其应有的设计使用年限,因此每年可以节省设备投资1200/12-1200/20=40万;
电气配件损坏费用年平均30万,按照最低降低30%的配件损坏率计算,大概每年可以节省设备投资30*0.3=9万;
则该站的年平均节省设备投资总计为:
40+9=49万
结合上诉例子,可以预见0.4kV低压配电室在进行电能质量治理后,一定程度上可以延长设备寿命,节省设备投资。
4.2.1.5提高电网安全性带来的经济效益(经济效益E)
按照行业通行的经验,进行谐波治理后,能使电网由“被动式防御”变成“主动式防护”,有效提高电网的安全性,保护电力设备安全稳定运行,从而减少甚至避免设备损坏、火灾、非计划停电等各类危及生产和人身安全事故的发生,带来巨大的经济效益和社会效益。
4.3社会效益分析
随着非线性负载的大量应用,电网的功率因数、谐波电流、电压闪变、三相不平衡等电能质量问题变得日益突出。
国家及行业正在推行相关有源滤波器的强制或推荐标准,广泛的进行有源滤波器应用是未来电网发展的必然趋势。
推广应用有源滤波器,符合国家极力提倡节能减排、使用绿色清洁能源的发展理念,具有非常大的社会效益。
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