電能質(zhì)量問題及其管理

1、電能質(zhì)量問題及其管理前言經(jīng)國家電力公司批準(zhǔn)，國際供電會議（ CIRED）中國聯(lián)絡(luò)委員會組織有關(guān)科研、運行及制造單位代表一行12人，參加了 2002年8月份馬來西亞聯(lián)絡(luò)委員會主辦的國際供電會議組織（地區(qū)）專題研討會 CIREDKL2002。會議前后，代表團考察了韓國、馬來西亞、新加坡、香港電力公司?？疾靾蟾嬷饕獏R報了對這些電力公司改革實踐配電網(wǎng)自動化和電能質(zhì)量管理工作的認(rèn)識、體會。電能質(zhì)量是CIREDKL2002會議的一個重要議題。會議邀請美國專家 Mcgrananghan 先生進行了電能質(zhì)量專題技術(shù)講座。會議上54篇論文中有12篇是關(guān)于電能質(zhì)量的。近年來，馬來西亞、 新加坡及香港等電力公司與歐

2、美發(fā)達國家一樣，十分重視電能質(zhì)量，成立專門機構(gòu)負責(zé)電能質(zhì)量管理，做了大量工作，解決用戶電能質(zhì)量問題。隨著經(jīng)濟發(fā)展和高科技設(shè)備的廣泛應(yīng)用，用戶對供電質(zhì)量要求的提高，使電能質(zhì)量問題日益突出，引起了廣大電力工作者的重視。CIRED組織上屆主席Connerotte 先生在大會的專題發(fā)言中，把電能質(zhì)量問題列為當(dāng)前國際供電界關(guān)注的首要技術(shù)問題。電能質(zhì)量的首要問題是電壓驟降，應(yīng)該作為研究解決的重點。在這次馬來西亞會議上有論文介紹，在用戶電能質(zhì)量問題投訴中，90%以上是電壓驟降引起的。電能質(zhì)量問題已提到了一些經(jīng)濟發(fā)達國家（或地區(qū)）電力公司的議事日程。相比較而言，在我國，在電能質(zhì)量問題認(rèn)識上和措施實踐方面存在差

3、距，還顧不上開展細致的電能質(zhì)量管理工作。日常工作上，對電能質(zhì)量問題的把握也不夠全面，主要集中在電壓合格率及諧波方面，對電壓驟降以及供電瞬時中斷引起的電能質(zhì)量問題、危害及其反措認(rèn)識不足。在電力體制深化改革的同時，應(yīng)當(dāng)加強電能質(zhì)量問題（特別電壓驟降問題）的研究與管理工作。1電能質(zhì)量問題及其管理的基本內(nèi)容這里主要介紹電能質(zhì)量基本概念、電壓驟降、電能質(zhì)量監(jiān)測以及電能質(zhì)量管理方面的內(nèi)容要點。1.1 電能質(zhì)量的基本概念從供電角度看，電能質(zhì)量是指站在不同角度看，關(guān)注或表征電能質(zhì)量問題會有不同的觀點。供應(yīng)電力的參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)和供電可靠性的程度；從用電設(shè)備生產(chǎn)商的角度看，電能質(zhì)量是指對設(shè)備所要求的電能特性；從用戶

4、角度看，電能質(zhì)量是指一切會引起用電設(shè)備異常運行、故障或停電的供電電壓、電流及頻率的異常擾動。通常，電能質(zhì)量問題主要反映為電壓質(zhì)量問題。電壓質(zhì)量擾動可分為穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)二類。穩(wěn)態(tài)擾動包括電壓偏差、三相不平衡、閃變以及諧波問題；暫態(tài)擾動包括暫態(tài)過電壓、電壓驟降、電壓驟升以及供電瞬時中斷問題。從發(fā)生的頻度以及對用電設(shè)備的危害程度來看，現(xiàn)代電能質(zhì)量問題主要是電壓驟降、諧波、電壓不平衡以及閃變。據(jù)統(tǒng)計和案例反映，造成用戶用電設(shè)備異常運行或停電的絕大部分因素是電壓驟 降問題。解決電能質(zhì)量問題，首先涉及到的是供電企業(yè)、用戶以及用電設(shè)備制造商；進一步需要設(shè)計、 咨詢、標(biāo)準(zhǔn)化組織、研究部門以及監(jiān)測儀器制造商的廣泛參

5、與。1.2 電壓驟降電壓驟降是指供電電壓幅值（有效值）短暫降低，隨后恢復(fù)正常的特征。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50160以及美國國際電氣電子工程師協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1159 1992 ,電壓驟降（voltagedip 或voltagesag ）定義為：供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%10% （0.9p.u.0.1p.u.）,然后又恢復(fù)至正常電壓，這一過程的持續(xù)時間為10ms至60s。供電可靠性反映的是供電中斷程度，一般只考慮才I續(xù)時間 5min以上的電壓中斷問題， 有的國家對1min以下的中斷不予統(tǒng)計。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高科技設(shè)備獲得了的廣泛應(yīng)用。這些設(shè)備對電壓變化很敏感，短時的供電中斷或

6、電壓有效值下降，往往會造成設(shè)備不正常運行， 發(fā)生停機等事故。電壓驟降就是針對這一問題提出的。引起電壓驟降的主要原因是電網(wǎng)或用電設(shè)備發(fā)生雷擊、外力短路故障，一些用電設(shè)備（如電動機）啟動或突然加荷也會造成電網(wǎng)電壓瞬時下降。與長時間供電中斷事故相比， 電壓驟降有發(fā)生頻度高，事故原因不易覺察的特點，處理起來也比較困難。電壓驟降會引起敏感控制器不必要的動作（引起跳閘），造成包括計算機系統(tǒng)失靈、自動化控制裝置停頓或誤動、變頻調(diào)速器停頓等；引起接觸器停頓或低壓保護啟動，造成電動機、電梯等停頓；引起高溫光源（碘鴇燈）熄滅，造成公共活動場所失去照明。因此，電壓驟降會給工商業(yè)帶來很大的經(jīng)濟損失，甚至?xí)：θ松砑吧?/p>

7、會安全。長期以來，對電能質(zhì)量的研究主要集中在電壓偏移、諧波、閃變、不平衡等方面，對電壓驟降問題重視不夠，一個重要的例證是目前國際上還沒有正式的電壓驟降技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著高科技發(fā)展、應(yīng)用，電壓驟降的危害日益顯現(xiàn)。實際上，目前造成用電設(shè)備不正常運行的主要電能質(zhì)量問題是電壓驟降及供電瞬時中斷引起的。因此，電壓驟降已成為國際上電能質(zhì)量研究的首要問題。國際電工委員會IEC已著手制定電壓驟降的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。反映電壓驟降發(fā)生頻度的主要量化指標(biāo)是SARFI（x）。對于一個系統(tǒng)中選定的供電點來說，SARFI（x）是指一年中發(fā)生的電壓真有效值（ RMS值）在X%以下的電壓驟降的次數(shù)。美國、歐洲以及南非正在進行電力系統(tǒng)電壓

8、驟降量化評估項目。解決電壓驟降問題，需要了解用電設(shè)備對電壓有效值變化敏感的特性，即什么水平的電壓驟降會引起用電設(shè)備不正常運行。目前，國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用電設(shè)備耐受或過渡電壓驟降的能力。每一設(shè)備對電壓驟降的敏感程度是不一樣的，需要通過試驗才能知道實際情況。國際上一些行會組織制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了用電設(shè)備過渡電壓驟降的能力。美國計算機制造商會提出了 CBEMA曲線，描述計算機能耐受一定幅度及持續(xù)時間的電壓驟降的能力；國際半導(dǎo)體生產(chǎn)商組織制定了 SEMIF47標(biāo)準(zhǔn)。解決電壓驟降問題， 供電企業(yè)要做的工作有： 優(yōu)化輸配電系統(tǒng)設(shè)計及運行結(jié)構(gòu)， 減少故障 對電網(wǎng)用戶點供電電壓的影響。 采用靜態(tài)（電

9、力電子）快速負荷切換開關(guān)； 應(yīng)用電力調(diào)整 裝置，為用戶提供定制電力。用戶要做的工作有： 對用電設(shè)備及布局優(yōu)化設(shè)計； 在設(shè)備 定貨時向制造商明確過渡電壓驟降的能力； 采用恒壓變壓器、 靜態(tài)負荷切換開關(guān)、 電壓驟 降動態(tài)校正器、儲能發(fā)電機組等電壓驟降過渡技術(shù)及設(shè)備。電壓驟降的優(yōu)化解決方案要考慮許多因素，包括期望的系統(tǒng)性能、電能質(zhì)量變化特征 （電壓驟降幅度、時間等）、用電設(shè)備的敏感度、用電系統(tǒng)/設(shè)備的大小、環(huán)境考慮、維護要求等。1.3 電能質(zhì)量監(jiān)測 解決電能質(zhì)量問題，首先要對電網(wǎng)電能質(zhì)量狀況進行監(jiān)測評估。電能質(zhì)量監(jiān)測的作用主要有：量化評估系統(tǒng)電能質(zhì)量性能水平，提供廣泛意義上的供電可靠性報告，發(fā)現(xiàn)并鑒

10、別電能質(zhì)量問題，確定系統(tǒng)優(yōu)先投資順序， 檢驗電力調(diào)整設(shè)備的性能以及為有關(guān)方面提供信息服務(wù)。表 1對不同性質(zhì)的電壓擾動及其監(jiān)測需求進行了總結(jié)。表1 對不同性質(zhì)的電壓擾動及其監(jiān)測需求的總結(jié)所關(guān)心問題測試與控制分析與顯示諧波水平電壓與電流三相（對于平衡的三相負荷可用單相代替）波形取樣周期可設(shè)置同步取樣FFT能力趨勢波形/頻譜長期電壓波動三相電壓電壓真有效值（RMS ）取樣周期可設(shè)置趨勢大小與持續(xù)時間的劃分短期電壓波動、斷電三相電壓RMS取樣定值可配置一個周期RMS解決方法大小與持續(xù)時間的劃分低頻暫態(tài)（開關(guān)）三相電壓和電流波形取樣頻率響應(yīng)5kHz定值可配置波形圖顯示事件發(fā)生前及恢復(fù)后的內(nèi)容高頻暫態(tài)(雷

11、電)三相電壓和電流頻率響應(yīng)1MHz脈沖峰值和寬度的檢測定值可配置波形圖顯示擾動脈沖在工頻信號中位置電能質(zhì)量的監(jiān)測方式主要有 3種：(1)單點“快照”監(jiān)測方式。使用便攜式儀器即時監(jiān)測選定點的電壓、電流變化，掌握電壓偏差、諧波、閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量水平；(2)時間“趨勢”方式。使用流動安裝的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，監(jiān)測記錄一段時間(1星期或1個月)內(nèi)的電能質(zhì)量變化，應(yīng)用后臺分析軟件，對監(jiān)測時間段內(nèi)電能質(zhì)量變化進行分析統(tǒng)計，給出這段時間內(nèi)電能質(zhì)量變化規(guī)律與趨勢；(3)系統(tǒng)監(jiān)測方式。在若干系統(tǒng)選定點安裝在線監(jiān)測裝置，通過通信網(wǎng)與電能質(zhì)量分析主站通信，實時監(jiān)測系統(tǒng)電能質(zhì)量狀態(tài)，對系統(tǒng)內(nèi)電能質(zhì)量變化進

12、行分析統(tǒng)計，給出電能質(zhì)量變化的歷史趨勢。電能質(zhì)量的監(jiān)測點，可根據(jù)情況選擇為變電站、用戶接入點以及有問題的負荷側(cè)。采用便攜式儀器的流動監(jiān)測方式，適合發(fā)現(xiàn)一些特定的電能質(zhì)量問題；而系統(tǒng)監(jiān)測方式， 主要用于評價系統(tǒng)電能質(zhì)量水平，發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題以及評估安裝的電力調(diào)整設(shè)備的性能。電能質(zhì)量監(jiān)測是解決電能質(zhì)量問題的重要環(huán)節(jié)，但這并不能代替對電能質(zhì)量問題的整體評估、監(jiān)督。1.4 電能質(zhì)量管理電能質(zhì)量問題會給用戶帶來損失， 但現(xiàn)行的供電規(guī)則或供電可靠性導(dǎo)則并沒有充分地表述電能質(zhì)量問題。電能質(zhì)量問題的解決需要電力公司、用戶及用電設(shè)備制造商的協(xié)調(diào)合作。電力體制改革，可能會造成電能質(zhì)量責(zé)任的混淆。解決電能質(zhì)量問題，電力

13、公司要做的工作包括：開展電能質(zhì)量量化調(diào)查工作；培訓(xùn)用戶了解其用電設(shè)備的性能以及可能出現(xiàn)的問題；制定電能質(zhì)量問題評估規(guī)范；進行電能質(zhì)量案例研究。用戶要做的工作有：研究分析用電設(shè)備對電能質(zhì)量變化的敏感度；制定設(shè)備技術(shù)規(guī)范，描述設(shè)備對電能質(zhì)量變化敏感度以及可能產(chǎn)生問題(諧波，閃變)；制定電能質(zhì)量調(diào)整設(shè)備設(shè)計導(dǎo)則；制定用電設(shè)備評估規(guī)范。設(shè)備制造商要做的工作： 制定設(shè)備測試規(guī)范， 檢驗電能質(zhì)量變化期間用電設(shè)備性能；提供設(shè)備的電能質(zhì)量性能改善方案。電力監(jiān)管部門與行會組織要做的工作：制定電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 制定評估規(guī)范，合理地分配電能質(zhì)量責(zé)任。2 馬來西亞電網(wǎng)公司解決潘昂島電能質(zhì)量問題案例近年來，馬來西亞政府重

14、視吸引外資，發(fā)展高科技，設(shè)立了潘昂島( PENANGISLAND )自 由工業(yè)區(qū)。區(qū)內(nèi)有INTEL、HITACHI等跨國半導(dǎo)體生產(chǎn)商。這些半導(dǎo)體生產(chǎn)商對電能質(zhì)量 提出了很高的要求。短時電壓驟降或停電中斷都可能引起半導(dǎo)體生產(chǎn)商的敏感電子設(shè)備誤操作，傳統(tǒng)的N-1可靠性原則，不滿足供電質(zhì)量要求。2000年，發(fā)生了多次影響用戶設(shè)備正常運行的電壓驟降事故。馬來西亞電網(wǎng)公司 (TNB)成立了專門班子解決潘昂導(dǎo)電能質(zhì)量問題。具體工作步驟如下：(1)安裝電能質(zhì)量儀器，監(jiān)測記錄用戶供電系統(tǒng)電壓質(zhì)量。記錄數(shù)據(jù)表明，故障引起的電壓有效值瞬時下降，是造成設(shè)備不正常運行的主要原因；(2)通過計算機仿真，對潘昂島電網(wǎng)電壓

15、驟降性能進行評估。找出了造成潘昂島電壓驟降超標(biāo)的電網(wǎng)故障區(qū)域，提出了改善電網(wǎng)電壓驟降性能的電網(wǎng)結(jié)線調(diào)整方案;(3)按口SEMI47標(biāo)準(zhǔn)，對用戶用電設(shè)備進行測試評估，提示用戶不要使用不合要求的設(shè)備;(4)給用戶提出電能質(zhì)量校正設(shè)備投資建議；(5)對電能質(zhì)量治理方案進行經(jīng)濟評估。3 新加坡電網(wǎng)公司電能質(zhì)量管理工作1998年新加坡電網(wǎng)公司成立了電能質(zhì)量管理部，有9名雇員。主要解決電壓驟降、諧波閃變以及電壓不平衡問題。為了優(yōu)化投資環(huán)境， 吸引高科技投資，新加坡政府對電壓驟降提出了嚴(yán)格的指標(biāo)。據(jù)媒體報道，如果用戶遭到 3次以上的電壓驟降事故，配電公司將可能被吊銷電網(wǎng)運營許可證。電壓驟降原因有輸電網(wǎng)、電纜

16、故障以及用戶設(shè)備故障三方面的原因。統(tǒng)計表明，用戶設(shè)備原因約占一半。新加坡電網(wǎng)公司建立了電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括1個計算機分析主站以及安裝在電網(wǎng)及用戶用電點的80個監(jiān)測終端。通過計算機仿真分析及實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，繪出了新加坡電網(wǎng)電壓驟降水平分布 SARFI圖。為改善電網(wǎng)故障引起的電壓驟降性能，調(diào)整了新加坡電網(wǎng)接線方式，解開230kV環(huán)網(wǎng)、分成兩部分電網(wǎng)運行。新加坡電網(wǎng)公司還向用戶推薦電壓驟降校正裝置，并投資開發(fā)出靜態(tài)電壓補償裝置DYNACOM ,最大容量 500kVA 。4香港中華電力公司電能質(zhì)量管理工作香港中華電力公司(CLP)于2000年12月成立了電能質(zhì)量管理機構(gòu)，有 10名雇員，主要 職責(zé)

17、有電能質(zhì)量事故調(diào)查、項目審核、用戶培訓(xùn)、電能質(zhì)量監(jiān)測、新技術(shù)及高科技設(shè)備應(yīng)用、客戶咨詢以及資料管理等，工作重點放在解決電壓驟降與諧波問題上。1998年，因電網(wǎng)電壓驟降事故造成香港地鐵扶梯突然停止運行，有乘客摔傷，經(jīng)新聞媒體報道后，在社會產(chǎn)生了不良影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如果單相電壓突然下降至零，維持0.1s ,將造成扶梯停運。采取改進措施，使用UPS給可編程邏輯控制器及對電壓下降敏感的接觸器供電?，F(xiàn)在二相電壓下降至零，維持 0.15s ,不會出現(xiàn)停運。2000年，有一辦公樓用戶反映計算機設(shè)備經(jīng)常誤操作，通信不正常，中性線過熱并且電能損耗增加。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電源電流中包含 3次及5次諧波。相電流中諧波含

18、量超過 300A ,遠大于設(shè)計上限值 89A ,中性線電流超過 800A ,大于上限值760A 。加裝諧波濾波器后,諧波水平下降，解決了問題。中華電力公司在解決電能質(zhì)量問題的過程中，十分重視與用戶協(xié)調(diào)，爭取用戶的支持合作。通過用戶走訪、舉辦電能質(zhì)量講座等形式，提高用戶對電力系統(tǒng)的了解及電能質(zhì)量問題的認(rèn)識，加強與用戶的溝通，改善用戶關(guān)系。5 我國應(yīng)當(dāng)進一步重視電能質(zhì)量管理工作要認(rèn)識到電壓驟降與諧波都是當(dāng)前突出的電壓質(zhì)量問題，相比而言，用戶對電壓驟降危險更敏感。因為：(1)改革開放，進入 WTO ,現(xiàn)代化企業(yè)大量增加，人民生活提高，對電能質(zhì)量敏感度不斷提高；(2)合資、外資企業(yè)較多采用進口電器，包

19、括低壓“電磁脫扣器”類設(shè)施，可在10ms左右動作，對電壓驟降十分敏感。遼寧省某企業(yè)曾發(fā)生過類似停電案例；中國電網(wǎng)近幾年每年累計共約發(fā)生100000多次短路故障。其中220kV及以上電網(wǎng)短路2000多次，產(chǎn)生區(qū)域全局性影響；35110kV電網(wǎng)短路約20000多次，屬地區(qū)性影響；10kV公網(wǎng)約100000次。如計及用戶網(wǎng)絡(luò)短路故障，可能還約增加1倍。估計每個用戶，每年經(jīng)受約數(shù)百次左右的不同程度的電壓驟降沖擊。目前到底用戶側(cè)感受到多少次，影響、損失多大，心中無數(shù)。中國電網(wǎng)有條件、有能力解決好這個問題。需要電力部門重視組織，代價可以降低。因為：(1)中國繼電保護工作比較有基礎(chǔ)，利用錄波系統(tǒng)可以作粗略分析統(tǒng)計，對錄波器功能稍加改進，或?qū)⒆詣踊到y(tǒng)、電壓統(tǒng)計表功能加以改進，