農網(wǎng)改造中電能質(zhì)量的問(wèn)題

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化，電網(wǎng)中各種非線(xiàn)性負荷不斷增長(cháng);各種復雜的、精密的，對電能質(zhì)量敏感的用電設備越來(lái)越多。隨著(zhù)計算機技術(shù)的日益普及，大量基于計算機系統的控制設備和電子裝置不僅對供電電能質(zhì)量異常敏感，同時(shí)也加劇了電能質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。

導致用戶(hù)電力設備故障或誤操作的電壓電流或頻率的靜態(tài)偏差和動(dòng)態(tài)擾動(dòng)都統稱(chēng)為電能質(zhì)量問(wèn)題。其表現為：電壓、頻率有效值的變化;電壓波動(dòng)和閃變、電壓暫降、短時(shí)中斷和三相電壓不平衡、諧波;暫態(tài)和瞬態(tài)過(guò)電壓以及這些參數變化的幅度。電能和其他產(chǎn)品有所不同，發(fā)、輸、變、配和用是同時(shí)完成的，發(fā)、輸、變、配和用電設備是連接在一個(gè)系統。因此，電能質(zhì)量不但取決于發(fā)、輸、變和配這些環(huán)節，而且還取決于用電這個(gè)環(huán)節;電能質(zhì)量不但取決于發(fā)、輸、變和配的勘測、設計、施工、運行這些環(huán)節，而且取決于用電的勘測、設計、施工、運行這些環(huán)節。如果說(shuō)電能質(zhì)量是一個(gè)環(huán)境，那么這個(gè)環(huán)境需要上述各方特別是電力部門(mén)和各個(gè)環(huán)節的協(xié)調配合，共同努力來(lái)創(chuàng )造。

目前城市和農村配網(wǎng)存在低功率因數和諧波污染問(wèn)題。大量無(wú)功電流在電網(wǎng)中的流動(dòng)會(huì )導致線(xiàn)路損耗增大，變壓器利用率降低，用戶(hù)電壓跌落嚴重。諧波污染則會(huì )使用電設備所處的環(huán)境惡化，也對周?chē)耐ㄐ畔到y和公用電網(wǎng)以外的設備帶來(lái)危害。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統的危害大致由以下幾個(gè)方面：

1.諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的三次諧波流過(guò)中性線(xiàn)時(shí)會(huì )使線(xiàn)路過(guò)熱甚至發(fā)生火災。

2.影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng)、噪聲和過(guò)電壓，使變壓器局部嚴重過(guò)熱。諧波使電容器、電纜等設備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

3.諧波會(huì )引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使諧波危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

4.諧波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì )使電氣測量?jì)x表計量不準確。

5.諧波對臨近的通信系統產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導致信息丟失，使通信系統無(wú)法正常工作。

電能質(zhì)量指標包括頻率波動(dòng)、電壓正弦波畸變和電壓偏差等項。對農村電力網(wǎng)來(lái)說(shuō)，主要是電壓質(zhì)量問(wèn)題。保證電壓質(zhì)量，使用戶(hù)端電壓波動(dòng)范圍在允許電壓偏差范圍之內，是農村電網(wǎng)建設、改造和運行中的主要任務(wù)之一。從1998年開(kāi)始的農網(wǎng)改造工程，使農村高低壓配電網(wǎng)得到了根本性改善，基本解決了線(xiàn)路老化、線(xiàn)損大、電壓偏低等問(wèn)題。

1電壓偏低問(wèn)題

部分地區電壓偏低，主要原因有：

(1)線(xiàn)路導線(xiàn)截面小。由于農網(wǎng)改造過(guò)程中有些地區對負荷預測不準，導致導線(xiàn)截面選擇過(guò)小，經(jīng)過(guò)兩年的運行，負荷發(fā)展較快，線(xiàn)路截面已不能滿(mǎn)足載流量的要求。

(2)無(wú)功補償容量不足。由于農村低壓電力網(wǎng)中有大量異步電動(dòng)機和配電變壓器，而且負載率不高，無(wú)功負荷相對比較高，所以自然功率因數偏低。當補償并聯(lián)電容器容量不足時(shí)，導致線(xiàn)路輸送大量無(wú)功功率，而產(chǎn)生電壓損耗，引起電壓偏低。

(3)10kV或低壓配電線(xiàn)路供電半徑長(cháng)。當供電半徑超過(guò)合理的長(cháng)度時(shí)，線(xiàn)路末端電壓損耗太大，導致電壓偏低。

(4)每逢春季農業(yè)負荷特別集中，造成各級電網(wǎng)電壓偏低。

(5)電網(wǎng)中現有主變壓器，有載調壓裝置投運率低或調壓操作不及時(shí)。

(6)有的農村用戶(hù)所用配變容量小，負荷高峰時(shí)出現了超負荷情況，影響了電壓質(zhì)量。

(7)由于配電變壓器三相負載不平衡，引起中性點(diǎn)電壓位移，造成負載輕的一相電壓偏高，而負載重的一相電壓偏低。

電壓偏高問(wèn)題

農網(wǎng)改造使線(xiàn)路結構進(jìn)一步優(yōu)化，即配電線(xiàn)路導線(xiàn)截面增大、供電半徑相對縮短、無(wú)功補償容量增加，而伴隨著(zhù)產(chǎn)生新的問(wèn)題，一部分低壓用戶(hù)電壓偏高。以我縣為例，最近兩個(gè)月，10個(gè)D類(lèi)電壓監測點(diǎn)記錄的數據顯示：電壓超高時(shí)間50.5%、超低時(shí)間1.4%、合格時(shí)間48.1%，且二次側最高電壓高達269V。為什么會(huì )發(fā)生以上情況呢?分析其中原因，總結如下： [FS:Page]

(1)變壓器分接頭位置不合理。配變出廠(chǎng)時(shí)分接頭在額定分頭，即II分頭，但用戶(hù)為了保證配變二次電壓較高，將分頭調到III分頭的位置，造成用戶(hù)電壓偏高。當變電所10kV出口電壓在規定范圍的上限時(shí)，配變二次出口最高電壓可到258.4V;當變電所少數情況下瞬時(shí)電壓高于允許值，二次最高電壓可高達269V。

(2)由于有些10kV配電線(xiàn)路負荷波動(dòng)很大，而線(xiàn)路中又安裝了大量的無(wú)功補償電容，當負荷較小時(shí)，在線(xiàn)路上形成過(guò)補償，導致10kV線(xiàn)路電壓升高。

問(wèn)題的由來(lái)

改善電能質(zhì)量對于電網(wǎng)和電氣設備的安全、經(jīng)濟運行，保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗以及人民生活和生產(chǎn)的正常等均有重要意義。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的總體效益。因此人們對電能質(zhì)量問(wèn)題的重視并非近幾年的事，只不過(guò)早期對此認識比較簡(jiǎn)單，主要局限在保持電網(wǎng)頻率和電壓水平(即靜態(tài)或平均偏差不過(guò)大)上。自20世紀80年代以來(lái)，隨著(zhù)新型電力負荷迅速[FS:Page]發(fā)展以及它們對電能質(zhì)量的要求不斷提高，電能質(zhì)量才逐漸成為電力企業(yè)和用戶(hù)共同關(guān)心的問(wèn)題。目前電能質(zhì)量中某些問(wèn)題已成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，吸引了許多高等院校、科研院所和一大批電力科技工作者投入其中從事開(kāi)拓性或開(kāi)發(fā)性工作。歸納起來(lái)，電能質(zhì)量成為熱門(mén)課題的主要原因有以下幾方面：

(1) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，大量基于計算機系統的控制設備和電子裝置投入使用，這些裝置對電能質(zhì)量非常敏感。一個(gè)計算中心失去電壓2s就可能破壞幾十個(gè)小時(shí)的數據處理結果或者損失幾十萬(wàn)美元的產(chǎn)值。當今自動(dòng)化設備的連續精加工生產(chǎn)，不論是變速拖動(dòng)還是機器人，工作母機還是自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，例如柔性制造系統(FMS)或計算機綜合制造系統(CIMS)，它們對配電系統中的干擾和異常非常敏感，甚至幾分之一秒的不正常就可能在工廠(chǎng)內部造成混亂，這些用戶(hù)對不合格電力的容許度可嚴格到1～2個(gè)周波。

(2) 現代電力系統中用電負荷結構發(fā)生了重大變化，諸如半導體整流器、晶閘管調壓及變頻調整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負荷迅速發(fā)展，由于其非線(xiàn)性、沖擊性以及不平衡的用電特性，使電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變或引起電壓波動(dòng)和閃變以及三相不平衡，甚至引起系統頻率波動(dòng)等，對供電電能質(zhì)量造成嚴重的干擾或“污染”。

(3) 電能作為商品在電力市場(chǎng)運行機制下不同的發(fā)電公司包括獨立電能生產(chǎn)者在發(fā)電側實(shí)行競爭，輸配電系統(即電力公司)與發(fā)電分離獨立經(jīng)營(yíng)管理，為發(fā)電公司和用戶(hù)提供轉送電能服務(wù)，用戶(hù)側也可以作為獨立實(shí)體參加價(jià)格控制。這樣一個(gè)開(kāi)放和鼓勵競爭的運行環(huán)境必然對電能質(zhì)量提出越來(lái)越高的要求，并促使電能質(zhì)量標準化的發(fā)展和不斷完善。