關(guān)于加強(qiáng)電能質(zhì)量管理的幾個問題 林海雪

1、關(guān)于加強(qiáng)電能質(zhì)量管理的幾個問題 林海雪中國電力科學(xué)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(yīng)求的局面。然而隨著電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)的變化和大批新興產(chǎn)業(yè)的崛起，電能質(zhì)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(zhì)量管理方面的落后狀況，必須引起電力企業(yè)和相關(guān)部門的高度重視。本文結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀和動向，就加強(qiáng)電能質(zhì)量管理的幾個問題談些看法，以供參考。1提高對電能質(zhì)量重要性的認(rèn)識1.1電能質(zhì)量關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)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(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的開展，對電能質(zhì)量的要求越來越高。電能質(zhì)量的指標(biāo)假設(shè)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(jì)，電網(wǎng)用電負(fù)荷中異步電動機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速、力矩和發(fā)熱，從而影響生產(chǎn)工效和產(chǎn)品質(zhì)量。電網(wǎng)諧波含量增加，導(dǎo)致了電氣設(shè)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(yùn)行，同時可能引發(fā)繼電保護(hù)和自動裝置的非故障性動作，導(dǎo)致儀表指示和電能計(jì)量不準(zhǔn)以及計(jì)算機(jī)、通信受干擾等一系列問題1。隨著計(jì)算機(jī)、電力電子和信息技術(shù)等高新產(chǎn)業(yè)的開展和普及，對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。過去電力企業(yè)不甚關(guān)注的電能質(zhì)量某些指標(biāo)，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(jì)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(jié)果或者損失幾十萬美元的產(chǎn)值。當(dāng)今半導(dǎo)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(zhì)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(shè)備損壞或出次品，在工廠內(nèi)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(yán)格到2040個ms2。據(jù)美國電力科學(xué)研究院Jane Clemmensen估計(jì)，當(dāng)今和電能質(zhì)量相關(guān)的問題，在美國每年造成的損失高達(dá)260億美元3。美國電能質(zhì)量方面一位知名專家下面一段話可以概括本節(jié)內(nèi)容 ：“電能質(zhì)量意味著經(jīng)濟(jì)問題，這一點(diǎn)特別重要，電能質(zhì)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(jì)社會。41.2改善電能質(zhì)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(hù)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(diǎn)，然而現(xiàn)代電網(wǎng)中負(fù)荷結(jié)構(gòu)已發(fā)生了質(zhì)的變化，電力電子技術(shù)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(fù)荷日趨非線性化與時變化，大量干擾源給電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來嚴(yán)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(zhì)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(nèi)外屢見不鮮

5、 限于篇幅，實(shí)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量范疇中，已受到廣泛關(guān)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(zhì)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(dǎo)那么，要求電力系統(tǒng)運(yùn)行部門應(yīng)該就電能質(zhì)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(yīng)建立適當(dāng)準(zhǔn)那么來評價報告的內(nèi)容，以保證電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)6。1.3電力市場機(jī)制必將推動電能質(zhì)量提高從20世紀(jì)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(jìn)行改革，其目標(biāo)是打破壟斷，建立開放的電力市場，通過引進(jìn)競爭機(jī)制，提高電力生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的效率，降低運(yùn)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(dú)立的企業(yè)實(shí)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(zhì)量、低價格的電廠上網(wǎng)，用戶可以從電價、質(zhì)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(qiáng)效勞意識，提高電能質(zhì)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(kuò)大的市場中獲利。2建立健全電能質(zhì)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(zhì)量技術(shù)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(fù)責(zé)全國電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督歸口管理，具體業(yè)務(wù)上由二大部門分級管理：1電能質(zhì)量指標(biāo)運(yùn)行監(jiān)督部門，即以各級電力調(diào)度部門為主，對電網(wǎng)頻率和各廠、站母線電壓偏差進(jìn)行日常監(jiān)督和調(diào)整，這種監(jiān)督從涉及的電能質(zhì)量指標(biāo)和范圍來說均有限，不能全面反映廣闊用戶供電質(zhì)量的狀況。2電能質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心站，即以各級電力試驗(yàn)研究院所為主建立的，對

8、電網(wǎng)的主要監(jiān)測點(diǎn)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(biāo)進(jìn)行定期間隔約12年或不定期根據(jù)需要進(jìn)行監(jiān)測和分析。這種監(jiān)測限于時間、人力和儀器，實(shí)際上也不能充分反映用戶電能質(zhì)量的狀況。2001年，國家電力公司下發(fā)的?關(guān)于進(jìn)一步提高用戶電壓質(zhì)量管理的指導(dǎo)意見?中規(guī)定，供電部門應(yīng)對配變臺區(qū)的電壓質(zhì)量進(jìn)行24 h輪測。如按此規(guī)定，廣闊低壓用戶的電壓偏差質(zhì)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(zhì)量效勞意識，或限于資金、技術(shù)等原因，此規(guī)定實(shí)施中被大打折扣，一般僅按每百臺配變裝設(shè)2個電壓監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行供電電壓合格率的統(tǒng)計(jì)7。針對上述問題，必須完善電能質(zhì)量監(jiān)督管理體系：1國家電力公司解體后，

9、應(yīng)明確一個全國電能質(zhì)量歸口管理部門，此部門宜由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局授權(quán)，其主要職責(zé)為組織制定與電能質(zhì)量市場運(yùn)作相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)那么和規(guī)定等文件，并負(fù)責(zé)監(jiān)督實(shí)施。這個問題將在第3節(jié)中進(jìn)一步論述。2以各級電力調(diào)度部門為中心，逐步加強(qiáng)對電能質(zhì)量指標(biāo)的全面運(yùn)行監(jiān)測。這里“全面的含義，包括電能質(zhì)量指標(biāo)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(zhì)量受到全面、實(shí)時監(jiān)測，其相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)最終能真實(shí)反映用戶電能質(zhì)量狀況。3各級電能質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心站的工作應(yīng)圍繞解決具體電能質(zhì)量中存在的問題展開，包括：電能質(zhì)量不定期的監(jiān)測；電能質(zhì)量問題的技術(shù)咨詢和效勞；電能質(zhì)量糾紛的仲裁；測量儀器、儀表的管理；改

10、善電能質(zhì)量技術(shù)措施的開發(fā)和應(yīng)用等。4有必要建立全國電能質(zhì)量檢測中心。這個機(jī)構(gòu)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(dāng)時的電力科學(xué)研究院下達(dá)組織“電力工業(yè)部電能質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心任務(wù)，由于資金、人員、費(fèi)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(biāo)并開展了相應(yīng)的量值傳遞工作。由于電能質(zhì)量是一個專業(yè)性很強(qiáng)的工作，目前在國際上也是一個熱門的電工領(lǐng)域，雖然電力部門均已企業(yè)化包括中國電科院，但電能質(zhì)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(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局及其下屬部門授權(quán)和認(rèn)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系為了適應(yīng)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(shí)施。?電力法?規(guī)定：“供電企業(yè)應(yīng)當(dāng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)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(shí)行同網(wǎng)同質(zhì)同價第三十七條。這些規(guī)定為電能質(zhì)量市場運(yùn)作提供了根本準(zhǔn)那么，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)遵守電力調(diào)度規(guī)那么及其他有關(guān)的法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)那么以下統(tǒng)稱為“標(biāo)準(zhǔn)，并將其在相應(yīng)的電力采購或供給協(xié)議中加以引用，雙方嚴(yán)格遵守。實(shí)際上，市場化運(yùn)作就是以"標(biāo)準(zhǔn)"為中心展開的，行政管理部門

12、的責(zé)職主要就是制定“標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)督“標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。歷年來我國雖然制定了一些電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，但離市場運(yùn)作還有很大差距，表現(xiàn)在：1用于電網(wǎng)中電能質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)不完善，如有的標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)性、可操作性差，存在問題較多未能及時修訂8；標(biāo)準(zhǔn)涉及的指標(biāo)不全面，有的指標(biāo)對一些用戶很重要例如電壓暫降，目前還未作有關(guān)規(guī)定。2缺乏與國家標(biāo)準(zhǔn)相配套的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程、導(dǎo)那么，使國標(biāo)執(zhí)行中有相當(dāng)?shù)碾S意性和分散性。3在電力規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)或?qū)敲粗?，對電能質(zhì)量問題關(guān)注不夠。例如，調(diào)度規(guī)程中，沒有規(guī)定預(yù)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中還只從可靠性要求即斷電頻次、時間出發(fā)將負(fù)荷分為一、二、三級；從

13、電能質(zhì)量要求角度，目前國際上已將負(fù)荷按普通負(fù)荷common load、敏感負(fù)荷sensitive load和要求嚴(yán)格的負(fù)荷critical load分三類，這兩者在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(fù)荷不利，反而降低其可靠性。4電氣產(chǎn)品的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)差距相當(dāng)大，對于大量干擾源的電氣產(chǎn)品，應(yīng)制定產(chǎn)生干擾的限制標(biāo)準(zhǔn)。例如，國標(biāo)GB 17625.1-1998?低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值設(shè)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(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)根據(jù)IEC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。5按?電力法?規(guī)定的關(guān)于電能質(zhì)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(guān)于上網(wǎng)電價實(shí)行同網(wǎng)同質(zhì)同價的具體方法和實(shí)施步驟，至今尚未發(fā)布，而此條款實(shí)際上是對長期以來“以量計(jì)價的否認(rèn)。實(shí)行同質(zhì)同價，就意味著“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價、“劣質(zhì)低價，并將導(dǎo)致“污染罰款，這是促使電能質(zhì)量提高的經(jīng)濟(jì)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(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定?，也應(yīng)與時俱進(jìn)，作相應(yīng)修改。4關(guān)于電能質(zhì)量的測量和治理在第2節(jié)中已提出，運(yùn)行監(jiān)督部門應(yīng)對電能質(zhì)量指標(biāo)做到全面運(yùn)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(biāo)的檢測，而傳統(tǒng)的基于有效值理論的監(jiān)測技術(shù)由于時間太長，僅測有效值已不能精確描述實(shí)際的電能質(zhì)量問題，因此需開展?jié)M足以下要求的新監(jiān)測技術(shù)2：能捕捉快速ms級甚至ns級瞬時干擾的波形。因?yàn)樵S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(jī)性強(qiáng)，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(dāng)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(zhì)量指標(biāo)的特性及其隨時間的變化規(guī)律。充

16、分利用網(wǎng)絡(luò)資源的SCADA系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量全面運(yùn)行監(jiān)測解決方法，目前國內(nèi)已有多個單位進(jìn)行試點(diǎn)，取得可喜成果911。針對電能質(zhì)量測試工作管理問題，目前國內(nèi)尚缺乏統(tǒng)一遵循的標(biāo)準(zhǔn)或制度，例如：測試儀器產(chǎn)品的認(rèn)證，使用中的測試儀器檢驗(yàn)，各級電能質(zhì)量檢測中心站儀器的配置等問題，已導(dǎo)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(fèi)。改善電能質(zhì)量措施涉及面很廣。為減小頻率和電壓偏差，應(yīng)實(shí)施電網(wǎng)調(diào)度自動化、無功優(yōu)化、負(fù)荷控制以及許多新型的調(diào)頻、調(diào)壓裝置的開發(fā)和應(yīng)用。近幾年在全國范圍內(nèi)進(jìn)行的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程，也是提高電能質(zhì)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(shù)已相當(dāng)成熟的無源濾波器、靜止無功補(bǔ)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(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)的開展，靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS正在開發(fā)，并逐步進(jìn)入工程應(yīng)用。目前主要的FACTS裝置有：靜止無功補(bǔ)償器STATCOM、晶閘管控制的串聯(lián)投切電容器TSSC、可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器TCSC等。作為FACTS技術(shù)在配電系統(tǒng)應(yīng)用的延伸-用戶特定電力技術(shù)custom power技術(shù)已成為改善電能質(zhì)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(fù)器DVR、配電用靜止無功補(bǔ)償器D-STATC

18、OM、固態(tài)切換開關(guān)SSTS等，目前國內(nèi)外均在競相開發(fā)和應(yīng)用，除了存在一些技術(shù)原因外，價格較高是一個主要的制約因素。在電能質(zhì)量治理上，國內(nèi)冶金企業(yè)做得較好，并取得良好的經(jīng)濟(jì)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(jìn)行無功補(bǔ)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(biāo)限值內(nèi)，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(fèi)314萬元，一年即可收回投資。文獻(xiàn)14對廣東省內(nèi)已投入運(yùn)行3年來的幾十套無源濾波兼無功補(bǔ)償裝置的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效

19、益：使諧波電流嚴(yán)重超標(biāo)25倍的用戶治理合格，供電質(zhì)量得到明顯改善；提高了電氣設(shè)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(nèi)收回裝置的投資。在電能質(zhì)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(yīng)加大宣傳力度，提高對電能質(zhì)量重要性認(rèn)識，在普及電能質(zhì)量知識根底上對相關(guān)專業(yè)

20、人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使其對標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)施導(dǎo)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(jié)論電能質(zhì)量關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益，也關(guān)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(qiáng)電能質(zhì)量管理，以提高企業(yè)的競爭力。為此，應(yīng)建立、健全電能質(zhì)量監(jiān)督管理體系，完善電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，加強(qiáng)對測量儀器的管理，開發(fā)和研制滿足電能質(zhì)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(zhì)量的技術(shù)措施，以取得良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。6參考文獻(xiàn)1林海雪.論電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).中國電力，1997，303：710.2韓英鐸. 信息

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