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某大功率施耐德UPS电源系统谐波污染状况的检测与分析!

来源:apcups电源       2020-05-20 09:55:04       点击:
某大功率施耐德UPS电源系统谐波污染状况的检测与分析! 
   
      利用Unilyzer902电能质量分析仪,对某大功率apc ups系统的谐波污染情况进行检测,并结合国家相关标准对检测结果进行了全方位的详细分析,从而彻底摸清了该系统的谐波污染程度,得出系统已经严重受到谐波污染的结论,最后考虑到系统的实际情况给出一个建议性解决方案。
  
  1 引言
  
  北京某大型国有企业的数据中心机房配备有两台容量均为100kVA的UPS电源,由于大功率UPS的整流器工作时会从电网中吸收大量的谐波电流,于是会在以变压器为电源侧的配电系统中产生大量的谐波分量,大量的谐波分量会给供配电系统的安全运行带来很大的安全隐患。该企业数据中心机房就曾出现过保护设备误动作,主要原因考虑就是谐波污染引起。
  
  为了彻底弄清该机房供电系统的谐波污染程度,以便进行必要的谐波治理,避免带来更大机房供电系统运行事故。笔者应用瑞典联合电力公司制造的Unilyzer902电能质量分析仪对该系统进行了一次详细、全面的谐波检测,检测位置在机房总进线电源母线上(见图1)。
  
  2 谐波检测
  
  2.1检测说明
  
  谐波检测时系统的运行工况对检测结果起着至关重要的作用,谐波的检测工作必须在符合要求的工况下进行,只有这样才能使检测结果更加准确、更符合实际状况、更有代表性。
  
                              图1 供电系统简图及监测点位置
  
  笔者在对该企业机房进行谐波检测时,也尽量选择了施耐德ups电源负荷率较大时进行检测工作,但由于该机房内两台UPS最大负荷率均不超过50%,因此使得检测结果的电流畸变率指标较大,而实际的谐波电流有效值却不大。另外,为了更加准确、全面弄清UPS电源引起的谐波大小,连续检测时间不少于24小时,数据的测量统计间隔为5分钟。
  
  2.2 检测结果分析
  
  笔者下面从各个方面对此次检测结果进行分析,分析从各种不同的数据表达形式入手,包括柱形图、曲线图、数据统计表等。
  
  2.2.1检测结果总揽图
  
                      图2 谐波检测结果总揽
  
  此次检测的各项参数结果如上图2所示,图中的虚线为国家标准线,每个柱形包含该项参数的两个指标,一是最大值,用红色表示;另一项是95%概率值,用蓝色表示。由图2分析可以看到:
  
  ①由上图2“电压畸变率”柱形图可以直观看出B相电压畸变率已超标,A相和C相电压畸变率接近超标。查报表知,A相、B相和C相电压畸变率分别为4.49%、5.25%和3.28%,B相电压畸变率已严重超过国标要求的5%。
  
  ②由上图2“电压正偏差”柱形图可以直观看出A、B、C三相供电电压过高,都已超过国家标准7%的要求,查报表知A、B、C三相供电电压正偏差分别为10.83%、10.95%和10.74%。可见三相实际运行电压超出系统额定电压很多,电压质量很坏。
  
  ③由上图2“频率偏差”柱形图看到系统最大运行频率值超过国标要求,查报表知,系统频率超过额定频率0.04Hz,没有超出国标要求的0.2Hz,但是存在越限一次,越限值52.49Hz。
  
  ④其他电能质量评价参数(短闪变Pst、长闪变Plt、不平衡度等)均没有超出国标要求值。
  
  2.2.2检测点的电压测量结果
  
  该机房系统电压的检测情况如下图3、图4所示:
  
                               图3电压谐波频谱图
  
                     图4三相电压谐波总畸变率变化曲线图
  
  通过以上两图发现:
  
  ①A、B、C三相电压的5、7、11次电压谐波较为严重,含量比较高,查报表知其各相电压谐波含有率95%概率值分别为A相:3.04%、2.84%、1.96%;B相:4.01%、3.00%、2.16%;C相:2.31%、2.02%、1.49%。可见B相5次电压谐波含有率95%概率值已超国标要求的4%,其他各相各次电压谐波含有率95%概率值也已接近国标限制值4%。
  
  ②A、B、C三相电压谐波电压含有率相对比较高。A、C相电压畸变率接近国标规定的5%,B相电压畸变率超过国标规定的5%。
  
  注:图3中横坐标为谐波次数,用柱状图显示该次谐波最大值和95%概率值,蓝色表示95%概率值,红色表示最大值;图4中横坐标为测试时间,纵坐标为各相电压谐波畸变率。
  
  2.2.3检测点的电流测量结果
  
  该机房系统电流的检测情况如下图5、图6所示:
  
                             图5电流谐波频谱图
  
                     图6三相电流谐波总畸变率变化曲线图
  
  分析:
  
  ①由上图5很明显看到,谐波电流尤其是5、7、11、13、17次电流谐波很大,查报表知各相电流特性谐波含有量的95%概率值分别是A相:25.80A、19.52A、7.30A、3.05A、2.55A;B相:24.38A、17.82A、6.68A、2.55A、2.26A;C相:24.89A、18.27A、6.62A、2.43A、2.26A。
  
  ②由图6可以看到,A、B、C各相电流的总畸变率已经严重超过了100%(A、B、C各相电流畸变率的95%概率值分别为105.15%、104.97%和103.75%),谐波电流甚至大于系统工频的正常基波电流,谐波电流污染十分严重。
  
  2.2.4电压、电流波形比较
  
                            图7 电压、电流波形比较图
  
  由图7明显可以看到电流波形(红色曲线),已经不是正弦波的样子,其畸变率非常严重,超过100%;电压波形(蓝色曲线)也不是很光滑的正弦曲线,其畸变率尤其在波峰、波谷处也有超标现象。
  
  3 解决方案建议
  
  由上面的检测结果分析得知,该企业数据机房中心的供电系统的谐波污染比较严重,电压偏差高,电流畸变大,且系统中除了常见的5次、7次谐波电流外,仍存在较大比例的其他次谐波电流(主要是11、13、17次);另外,该企业系统内负荷变化较大,数据机房中心设备对供电的安全性要求较高。综合考虑滤波频谱范围、滤波效果及系统安全性等各方面因素,虽然目前大部分供电系统仍采用无源滤波器的方式,笔者还是建议该企业采用有源电力滤波器进行谐波专项治理,虽然这样成本较高,但是可以避免系统谐振现象的发生,并最大限度消除各次谐波分量,使得治理后各项电能指标符合国家相关标准规定。