關于加強電能質量管理的幾個問題 林海雪

1、關于加強電能質量管理的幾個問題 林海雪中國電力科學研究院，北京 100085改革開放以來，我國電力工業(yè)得到了快速的開展，目前已根本上擺脫了“供不應求的局面。然而隨著電網(wǎng)負荷結構的變化和大批新興產(chǎn)業(yè)的崛起，電能質量的矛盾漸顯突出，在許多情況下，制約了電力工業(yè)的開展，而電能質量管理方面的落后狀況，必須引起電力企業(yè)和相關部門的高度重視。本文結合國內外現(xiàn)狀和動向，就加強電能質量管理的幾個問題談些看法，以供參考。1提高對電能質量重要性的認識1.1電能質量關系到國民經(jīng)濟的總體效益現(xiàn)代社會中，電能是一種最為廣泛使用的能源，隨著科學技術和國民經(jīng)濟的開展，對電能質量的要求越來越高。電能質量的指標假設偏離正常水平

2、過大，會給發(fā)電、輸變電和用電帶來不同程度的危害。據(jù)統(tǒng)計，電網(wǎng)用電負荷中異步電動機占的比例最大。電網(wǎng)電壓和頻率的偏差、諧波、三相電壓不平衡以及電壓波動和閃變等，均會直接影響電機的轉速、力矩和發(fā)熱，從而影響生產(chǎn)工效和產(chǎn)品質量。電網(wǎng)諧波含量增加，導致了電氣設備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加，并聯(lián)電容器不能正常運行，同時可能引發(fā)繼電保護和自動裝置的非故障性動作，導致儀表指示和電能計量不準以及計算機、通信受干擾等一系列問題1。隨著計算機、電力電子和信息技術等高新產(chǎn)業(yè)的開展和普及，對電能質量提出了越來越高的要求。過去電力企業(yè)不甚關注的電能質量某些指標，例如電網(wǎng)中電壓暫降dip sag和短

3、時斷電已成為一個突出的問題。一個計算中心失去電壓2 s就可能破壞幾十個小時的數(shù)據(jù)處理結果或者損失幾十萬美元的產(chǎn)值。當今半導體芯片制造廠、自動化精加工生產(chǎn)線，對配電系統(tǒng)中電能質量的異常十分敏感，甚至幾分之一秒的電壓暫降就可能使生產(chǎn)停頓、設備損壞或出次品，在工廠內部造成混亂，而每次電壓暫降可能造成百萬美元級的損失，這些用戶對不合格電能的容許度可以嚴格到2040個ms2。據(jù)美國電力科學研究院Jane Clemmensen估計，當今和電能質量相關的問題，在美國每年造成的損失高達260億美元3。美國電能質量方面一位知名專家下面一段話可以概括本節(jié)內容 ：“電能質量意味著經(jīng)濟問題，這一點特別重要，電能質量問

4、題會造成用戶生產(chǎn)力下降，競爭力減弱，還影響到職工的就業(yè)，他們會影響到整個經(jīng)濟社會。41.2改善電能質量是電力可持續(xù)開展的必要條件現(xiàn)今，可持續(xù)開展的理念在水資源利用、退耕還林和環(huán)境保護等問題上已廣為人知，在電力工業(yè)開展中也同樣存在這個問題。傳統(tǒng)意義上，電力開展是以電能供求平衡為出發(fā)點，然而現(xiàn)代電網(wǎng)中負荷結構已發(fā)生了質的變化，電力電子技術的廣泛使用、家用電器的普及以及諸如工業(yè)電弧爐、電氣化鐵道的開展，使主要負荷日趨非線性化與時變化，大量干擾源給電網(wǎng)的電能質量帶來嚴重的“污染，這和1.1節(jié)所述的情況形成了一對鋒利的矛盾。電網(wǎng)中因電能質量問題引發(fā)的諸多問題，包括造成電網(wǎng)大面積停電事故，在國內外屢見不鮮

5、 限于篇幅，實例從略，這說明，僅從“供求平衡來考慮電網(wǎng)的開展是不夠的。電能質量問題已提升為電力可持續(xù)開展的一個必要條件。目前，電能質量作為供電可靠性的一個重要組成局部或者反之，將可靠性納入供電電能質量范疇中，已受到廣泛關注。電力可靠性傳統(tǒng)上限于研究供電電壓完全喪失的概率和平均故障時間的問題，目前那么延伸到研究保證電能質量，使電力系統(tǒng)和用戶的生產(chǎn)過程可以連續(xù)，不致受到干擾等問題5。在歐洲，歐盟委員會European Commission建議電力市場委員會The Council on the Electricity Market發(fā)布導那么，要求電力系統(tǒng)運行部門應該就電能質量及其效勞方面作出年度報告

6、并公開出版。電力市場委員會還應建立適當準那么來評價報告的內容，以保證電能質量達標6。1.3電力市場機制必將推動電能質量提高從20世紀90年代以來，世界上許多國家都在對傳統(tǒng)的電力管理體制進行改革，其目標是打破壟斷，建立開放的電力市場，通過引進競爭機制，提高電力生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的效率，降低運營本錢，最終加快電力的開展，使廣闊用戶受益。我國從2003年開始，已正式將國家電力公司改組為11家獨立的企業(yè)實體，向開放式的電力市場邁出了重要的一步。在開放的電力市場中，電網(wǎng)可以選擇高質量、低價格的電廠上網(wǎng)，用戶可以從電價、質量和可靠性等方面選擇適合自身需要的供電公司購電。在這種環(huán)境下，最大限度地滿足用戶需求是提高

7、電力企業(yè)競爭力的必要條件。只有不斷增強效勞意識，提高電能質量管理水平，才能使電力企業(yè)樹立良好的社會形象，從而使企業(yè)更多地從不斷擴大的市場中獲利。2建立健全電能質量監(jiān)督管理體系1998年，電力工業(yè)部頒發(fā)了?電網(wǎng)電能質量技術監(jiān)督管理規(guī)定?電綜1998211號文，該文規(guī)定了國家電力公司負責全國電網(wǎng)電能質量技術監(jiān)督歸口管理，具體業(yè)務上由二大部門分級管理：1電能質量指標運行監(jiān)督部門，即以各級電力調度部門為主，對電網(wǎng)頻率和各廠、站母線電壓偏差進行日常監(jiān)督和調整，這種監(jiān)督從涉及的電能質量指標和范圍來說均有限，不能全面反映廣闊用戶供電質量的狀況。2電能質量檢驗測試中心站，即以各級電力試驗研究院所為主建立的，對

8、電網(wǎng)的主要監(jiān)測點包括一些干擾源用戶的諧波、電壓波動、閃變以及三相不平衡指標進行定期間隔約12年或不定期根據(jù)需要進行監(jiān)測和分析。這種監(jiān)測限于時間、人力和儀器，實際上也不能充分反映用戶電能質量的狀況。2001年，國家電力公司下發(fā)的?關于進一步提高用戶電壓質量管理的指導意見?中規(guī)定，供電部門應對配變臺區(qū)的電壓質量進行24 h輪測。如按此規(guī)定，廣闊低壓用戶的電壓偏差質量會得到根本監(jiān)督，可惜目前多數(shù)電力企業(yè)由于缺乏質量效勞意識，或限于資金、技術等原因，此規(guī)定實施中被大打折扣，一般僅按每百臺配變裝設2個電壓監(jiān)測點進行供電電壓合格率的統(tǒng)計7。針對上述問題，必須完善電能質量監(jiān)督管理體系：1國家電力公司解體后，

9、應明確一個全國電能質量歸口管理部門，此部門宜由國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局授權，其主要職責為組織制定與電能質量市場運作相關的法規(guī)、標準、導那么和規(guī)定等文件，并負責監(jiān)督實施。這個問題將在第3節(jié)中進一步論述。2以各級電力調度部門為中心，逐步加強對電能質量指標的全面運行監(jiān)測。這里“全面的含義，包括電能質量指標的全面性、時間上連續(xù)性和監(jiān)測上普及性，使本系統(tǒng)的電能質量受到全面、實時監(jiān)測，其相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)最終能真實反映用戶電能質量狀況。3各級電能質量檢驗測試中心站的工作應圍繞解決具體電能質量中存在的問題展開，包括：電能質量不定期的監(jiān)測；電能質量問題的技術咨詢和效勞；電能質量糾紛的仲裁；測量儀器、儀表的管理；改

10、善電能質量技術措施的開發(fā)和應用等。4有必要建立全國電能質量檢測中心。這個機構在前述電綜1998211號文件已明確。早于1996年，電力部人勞1996211號文件給當時的電力科學研究院下達組織“電力工業(yè)部電能質量檢驗測試中心任務，由于資金、人員、費用以及改制等原因，此中心至今沒有建起來。目前中國電科院僅完成了局部測量儀器的建標并開展了相應的量值傳遞工作。由于電能質量是一個專業(yè)性很強的工作，目前在國際上也是一個熱門的電工領域，雖然電力部門均已企業(yè)化包括中國電科院，但電能質量檢測中心站仍宜由各級電力企業(yè)組建，但需要由國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局及其下屬部門授權和認證，并在其監(jiān)督下公正地為供、用電雙方效勞

11、。3完善電能質量標準體系為了適應電力市場開展，我國于1995年通過了?電力法?，并于1996年4月1日起實施。?電力法?規(guī)定：“供電企業(yè)應當保證供給用戶的供電質量符合國家標準第二十八條，“用戶用電不得危害供電、用電平安和擾亂供電、用電秩序第三十二條，“上網(wǎng)電價實行同網(wǎng)同質同價第三十七條。這些規(guī)定為電能質量市場運作提供了根本準那么，但遠遠不夠。在開放的電力市場中，發(fā)電、輸電、配電和用戶之間均應遵守電力調度規(guī)那么及其他有關的法規(guī)、技術標準與導那么以下統(tǒng)稱為“標準，并將其在相應的電力采購或供給協(xié)議中加以引用，雙方嚴格遵守。實際上，市場化運作就是以"標準"為中心展開的，行政管理部門

12、的責職主要就是制定“標準，監(jiān)督“標準的實施。歷年來我國雖然制定了一些電能質量的標準，但離市場運作還有很大差距，表現(xiàn)在：1用于電網(wǎng)中電能質量的國家標準不完善，如有的標準科學性、可操作性差，存在問題較多未能及時修訂8；標準涉及的指標不全面，有的指標對一些用戶很重要例如電壓暫降，目前還未作有關規(guī)定。2缺乏與國家標準相配套的行業(yè)標準或規(guī)程、導那么，使國標執(zhí)行中有相當?shù)碾S意性和分散性。3在電力規(guī)劃、設計和運行標準或導那么中，對電能質量問題關注不夠。例如，調度規(guī)程中，沒有規(guī)定預防諧波和電壓波動閃變在某些方式下可能帶來的危害；在電力規(guī)劃設計標準中還只從可靠性要求即斷電頻次、時間出發(fā)將負荷分為一、二、三級；從

13、電能質量要求角度，目前國際上已將負荷按普通負荷common load、敏感負荷sensitive load和要求嚴格的負荷critical load分三類，這兩者在網(wǎng)絡設計上有時是有矛盾的例如，環(huán)網(wǎng)可以提高供電可靠性，然而增加了電壓暫降的頻次和深度，對敏感負荷不利，反而降低其可靠性。4電氣產(chǎn)品的電能質量標準差距相當大，對于大量干擾源的電氣產(chǎn)品，應制定產(chǎn)生干擾的限制標準。例如，國標GB 17625.1-1998?低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值設備每相輸入電流16 A?為等效采用IEC 61000-3-2，使用范圍有限。大量的設備在標準上還是空白，例如電力變壓器諧波發(fā)生量就是一例；對于電氣產(chǎn)

14、品耐受干擾的能力，也應根據(jù)IEC電磁兼容標準制定相應的標準。5按?電力法?規(guī)定的關于電能質量的一些行政規(guī)定未能配套發(fā)布。例如?電力法?第三十七條關于上網(wǎng)電價實行同網(wǎng)同質同價的具體方法和實施步驟，至今尚未發(fā)布，而此條款實際上是對長期以來“以量計價的否認。實行同質同價，就意味著“優(yōu)質優(yōu)價、“劣質低價，并將導致“污染罰款，這是促使電能質量提高的經(jīng)濟杠桿，具有十分重要意義。此外，由原電力工業(yè)部頒發(fā)的?電網(wǎng)電能質量技術監(jiān)督管理規(guī)定?，也應與時俱進，作相應修改。4關于電能質量的測量和治理在第2節(jié)中已提出，運行監(jiān)督部門應對電能質量指標做到全面運行監(jiān)測，這個工作做起來有一定難度，但必須朝此方向積極努力。由監(jiān)測

15、人員攜帶儀器到現(xiàn)場12年搞一次普測的做法必須逐步淘汰。目前所用的檢測儀器已不少，但大多數(shù)只局限于持續(xù)性和穩(wěn)定性指標的檢測，而傳統(tǒng)的基于有效值理論的監(jiān)測技術由于時間太長，僅測有效值已不能精確描述實際的電能質量問題，因此需開展?jié)M足以下要求的新監(jiān)測技術2：能捕捉快速ms級甚至ns級瞬時干擾的波形。因為許多瞬間擾動很難用個別參量如有效值來完整描述，同時隨機性強，因此采用多種判據(jù)來啟動量測裝置，如幅值、波形畸變、幅值上升率等。需要測量各次諧波以及間諧波的幅值、相位；需要有足夠高的采樣速率，以便能測得相當高次諧波的信息。建立有效的分析和自動辯識系統(tǒng)，使之能反映各種電能質量指標的特性及其隨時間的變化規(guī)律。充

16、分利用網(wǎng)絡資源的SCADA系統(tǒng)是實現(xiàn)電能質量全面運行監(jiān)測解決方法，目前國內已有多個單位進行試點，取得可喜成果911。針對電能質量測試工作管理問題，目前國內尚缺乏統(tǒng)一遵循的標準或制度，例如：測試儀器產(chǎn)品的認證，使用中的測試儀器檢驗，各級電能質量檢測中心站儀器的配置等問題，已導致許多單位儀器選購上盲目和配置上混亂12，造成極大的浪費。改善電能質量措施涉及面很廣。為減小頻率和電壓偏差，應實施電網(wǎng)調度自動化、無功優(yōu)化、負荷控制以及許多新型的調頻、調壓裝置的開發(fā)和應用。近幾年在全國范圍內進行的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程，也是提高電能質量的重要措施。在抑制諧波、降低電壓波動和閃變以及解決三相不平衡方面，目前已有幾種

17、裝置可供選擇，例如技術已相當成熟的無源濾波器、靜止無功補償裝置SVC等。隨著高性能的電力電子元器件例如GTO、IGBT、LTT等的出現(xiàn)，以及微處理和微電子技術、信息技術和控制技術的開展，靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS正在開發(fā)，并逐步進入工程應用。目前主要的FACTS裝置有：靜止無功補償器STATCOM、晶閘管控制的串聯(lián)投切電容器TSSC、可控串聯(lián)補償電容器TCSC等。作為FACTS技術在配電系統(tǒng)應用的延伸-用戶特定電力技術custom power技術已成為改善電能質量的有力工具。目前主要的custom power裝置有：有源電力濾波器APF、動態(tài)電壓恢復器DVR、配電用靜止無功補償器D-STATC

18、OM、固態(tài)切換開關SSTS等，目前國內外均在競相開發(fā)和應用，除了存在一些技術原因外，價格較高是一個主要的制約因素。在電能質量治理上，國內冶金企業(yè)做得較好，并取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益13。例如，某廠高速線材廠投入中、低壓TSF晶閘管投切濾波器進行無功補償和濾波后，使功率因數(shù)由0.75提升到0.95，使各次諧波抑制在國標限值內，有功功率由15 804 kW降到13 644 kW，噸鋼耗由167 kWh降低到145 kWh，年節(jié)電5 800萬 kWh，年節(jié)電費314萬元，一年即可收回投資。文獻14對廣東省內已投入運行3年來的幾十套無源濾波兼無功補償裝置的實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出如下的技術經(jīng)濟效

19、益：使諧波電流嚴重超標25倍的用戶治理合格，供電質量得到明顯改善；提高了電氣設備的利用率，增容14%41%；提高用戶的功率因數(shù)，從0.6左右升至0.9以上，防止了功率因數(shù)罰款；減少電網(wǎng)及變壓器有功和無功功率損耗1/32/3，使用戶本身有功耗量減少4%左右；用戶總用電電流減小20%42.7%，少受電網(wǎng)無功功率25%92.5%；使用戶產(chǎn)品合格率提高0.5%1%；杜絕因諧波放大使電容器損壞的事故。據(jù)該文測算，用戶一般可以在28個月內收回裝置的投資。在電能質量治理上必須遵循?電力法?規(guī)定，“誰污染、誰治理的原那么。目前在管理上應加大宣傳力度，提高對電能質量重要性認識，在普及電能質量知識根底上對相關專業(yè)

20、人員進行技術培訓，使其對標準的使用和治理措施選擇上不出錯。在這方面，中國電力企業(yè)聯(lián)合會可以發(fā)揮作用，組織編制一些標準實施導那么或治理措施選擇指南，供電力企業(yè)專業(yè)人員使用。5結論電能質量關系到國民經(jīng)濟的總體效益，也關系到電力工業(yè)可持續(xù)開展，在電力市場體制下，電力企業(yè)必須加強電能質量管理，以提高企業(yè)的競爭力。為此，應建立、健全電能質量監(jiān)督管理體系，完善電能質量標準體系，加強對測量儀器的管理，開發(fā)和研制滿足電能質量監(jiān)測要求的新型監(jiān)測儀和SCADA系統(tǒng)，積極開發(fā)推廣改善電能質量的技術措施，以取得良好的社會經(jīng)濟效益。6參考文獻1林海雪.論電能質量標準.中國電力，1997，303：710.2韓英鐸. 信息

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