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摘要：钢铁企业一直是能耗用电大户，且因公司整体规划，多数10KV用电负荷均采用电缆线路，而随着10kV配出电缆线路不断增多，电力负荷的不断增大，特别是接入钢铁企业内部电网的半导体换流器及冲击性和非线性负荷的不断增多，严重干扰或降低了钢铁企业供电系统中的电能质量，对电力系统安全运行构成严重危害，急需对电能质量进行全过程监测及综合治理。本文就电能质量的现状调查、实时监测、综合治理及提高供电可靠性的对策措施等进行阐述。
关键词：电能质量；电容电流；要因分析；实时监测；对策制定
一、立项背景
钢铁企业一直是能耗用电大户，且多是发电、变电、用电及各种变频、软启、半导体换流器件等诸多发输变和供配电设备集中应用，钢铁企业内部电力网规模逐渐扩大，电网结构越来越复杂，冲击性、非线性用电负荷又过于集中，又因公司整体发展规划要求和厂区整体美观，10KV、35KV用电负荷均采用电缆线路供电，这就使得10kV配出电缆线路增多过快，导致10KV、35KV系统中的电容电流严重超标，而随着电力负荷的不断增大，特别是接入钢铁企业内部电网的半导体换流器及冲击性和非线性负荷的不断增多，使得系统中的无功损耗大大增加，谐波分量逐渐加大，电能质量频频下降，严重干扰或降低了钢铁企业供电系统中的电能质量，对电力系统安全运行构成严重危害，曾一度造成电气事故频发，给公司各主生产线的安全运行带来了严重威胁，所以对电能质量进行全过程监测及综合治理势在必行。
二、现状调查
1、公司两座110kV总降变电站因新增10kV配出电缆线路太多、且路径较长，使得两座110kV总降变电站10kV系统各段母线对地电容电流都严重超标，经实测铁前变电站10KVIII段、IV段接地电容电流高达156A，I、II段电容电流为142A，炼钢变电站10KVIII、IV段接地电容电流是135A，这些实测数据是国网公司规定的小电流接地系统对地电容电流稳定运行最高限值（30A）的5倍，而公司两座110kV总降变电站最初设计的消弧线圈接地自动补偿装置的最大补偿电流是50.7A，远远不能满足我国电力行业标准规定的电网安全运行条件，大大降低了公司电力系统的安全可靠性。2011年曾连续四次发生因单相接地引起弧光过电压事故、三相短路事故，每次事故损失都在500万元以上。
2、因公司新区建设、新钢轧项目及二冷轧项目等在建设时几乎都是以项目为单位各自为战，每个项目都只考虑了有哪些用电设备，需要多大的供电负荷容量，供电线路路径等，却都没有考虑到对整个电力系统会有哪些影响，且突增的三四十路10KV长距离单芯电缆在设计时均未考虑合理的接地方式，以至于这些线路较长、负荷较大的单芯电缆线路外护套的感应电压超标，经实测发现最高的感应电压已达154V，感应电流最高到12.4A，严重超出电力系统运行及设计规定，不仅造成大量的电能损耗，还导致电缆发热。又因项目工期紧，这些单芯电缆线路在敷设时存在划伤、部分绝缘受损、重叠等不规范敷设而造成的安全隐患，以至于频频发生运行电缆因单相接地而引起的单相、三相短路事故，严重影响了西区各生产线的正常生产。
3、因接入钢铁企业内部电网的半导体换流器件及冲击性和非线性负荷的不断增多，使得公司的电网的谐波含量增高，公司在两个总降变电站设有电能质量监测装置，对系统的谐波进行实时全过程监测，以随时了解掌握整个电力系统的电能质量全面指标，对系统运行分析及检修预试提供科学依据。但各个10KV配电系统也需要加装一次消谐装置，以消除铁磁谐振对系统造成的危害。
三、提高供电可靠性的要因分析、设定目标及制定相应对策
我们对提高电能质量和供电可靠性的各种因素进行细致分析：并通过对鱼刺关联图上所列因素进行逐条分析确认，并制定出提高电能质量和供电可靠性的相应对策。
四、对策实施
1、针对10KV系统电容电流严重超标情况，对两个变电站的消弧线圈进行科学合理地扩容，既要满足系统不同运行方式下的要求，又有效解决因系统接地电容电流大，一旦发生单相接地故障时弧光过电压对系统造成的危害，使三级以上系统事故降为0起；
2、对长距离单芯电缆接地方式进行创新改进，对不同系统分别采用金属护层交叉互联接地和中间直接接地、两端保护接地等技术措施，较好地解决金属护层的接地及感应电压等问题，防止电缆事故对系统的影响，将电缆事故对系统的影响降低80%以上；
3、开发应用变电站电能质量监测屏的谐波监测功能，增加对炼钢和轧钢类冲击性、非线性负荷及半导体换流器件多的配出分路的监测，以随时了解掌握电能质量的全面指标，对系统运行分析及电能质量控制提供科学依据；
4、对10KV各二级配电室加装一次消谐装置，以消除铁磁谐振对系统造成的危害，；
5、完善变电站故障录波装置，以完成对系统稳态、暂态数据的采集、分析功能，做到每次事故的100%录波；
6、对控制系统增加不间断电源，以减少系统突然失电或系统低电压等问题对主生产线的影响，将控制系统的事故降低80%以上。
五、实施后效果
对西区电力系统实施电能质量综合治理后，主要对两个变电站的消弧线圈进行了科学合理地扩容，使整个电力系统三级以上系统事故由原来的年4起左右降为0起，直接经济效益在1000万元以上；对长距离单芯电缆接地方式进行了创新改进，使电缆事故对系统的影响降低了80%以上；对变电站的电能质量监测屏和故障录波装置全面恢复及功能开发后，电能质量的全面监测及故障录波做到了100%，对控制系统电源进行完善改进后，因控制系统而影响系统的事故再未发生，切实提高了西区整个电力系统的运行安全可靠性，保证了电力大动脉的稳定运行，提高了供电可靠性。