淺析發(fā)電廠電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與管理

郭其祥，侯瑞明

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西 呂梁 033200）

隨著當(dāng)今電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的日趨復(fù)雜化、科技數(shù)據(jù)化，在實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與管理自動(dòng)化的進(jìn)程中，需要我們火力發(fā)電廠針對(duì)不同的電網(wǎng)運(yùn)行布局和不同的監(jiān)測(cè)目的，結(jié)合智能電網(wǎng)科技大數(shù)據(jù)分析和遞推邏輯，構(gòu)建出新時(shí)代電能質(zhì)量智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)集成運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集分析，新時(shí)代電能質(zhì)量智能監(jiān)測(cè)結(jié)合火電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行復(fù)雜高效的對(duì)比分析，運(yùn)用判據(jù)橫向和縱向?qū)?biāo)計(jì)算，得出安全穩(wěn)定運(yùn)行的監(jiān)測(cè)結(jié)果，評(píng)估電能的質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)劣勢(shì)。

1 當(dāng)前火力發(fā)電廠普遍存在的電能質(zhì)量問(wèn)題

1.1 電壓偏差

由于電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性，尤其是發(fā)電廠涉及的專(zhuān)業(yè)和設(shè)備種類(lèi)繁多，存在一些大容量的異步電動(dòng)機(jī)等快速變化的沖擊性負(fù)荷，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)容易形成電壓跌落，同樣在發(fā)變組解列時(shí)，廠用電電壓會(huì)出現(xiàn)突升的情況，同理，雷擊、操作過(guò)電壓等同樣會(huì)引起電壓波動(dòng)。

系統(tǒng)電壓較低，電機(jī)和照明負(fù)荷接受長(zhǎng)時(shí)間的電壓質(zhì)量危害，同時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)諸多重要行業(yè)也同樣存在此類(lèi)危害。電壓低會(huì)增大功率角，使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超額定電流運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)定子繞組電流、溫度短時(shí)間急劇上升，工作效率也大幅降低、使用壽面減少；同時(shí)影響醫(yī)療、高科技行業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)電壓較高，持續(xù)偏高的電網(wǎng)電壓會(huì)造成電動(dòng)機(jī)、電感器、變壓器等設(shè)備的鐵芯狀態(tài)飽和，這些設(shè)備鐵芯的磁通量就不會(huì)再增加，同時(shí)我們也無(wú)法直接測(cè)量和發(fā)現(xiàn)這類(lèi)型的隱患和故障，過(guò)度的鐵損造成設(shè)備使用壽命急劇減少。我們電力企業(yè)高電壓條件下使用的電力電子設(shè)備，增加5%的電壓就是減少50%的使用壽命。我們高精密產(chǎn)品的制造在持續(xù)高電壓條件也會(huì)大幅增加產(chǎn)品質(zhì)量的不合格率。

1.2 諧波污染

大數(shù)據(jù)時(shí)代，高精度生產(chǎn)工藝和先進(jìn)的自動(dòng)化水平是發(fā)電企業(yè)的兩個(gè)重要特征。變頻電力設(shè)備的廣泛應(yīng)用，通過(guò)AC-DC-AC轉(zhuǎn)換根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要提供所需的電源電壓。一方面，達(dá)到了節(jié)能調(diào)速的目的，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，由于變頻設(shè)備輸出電壓波形為脈沖方波，諧波成分多。發(fā)電廠中的諧波源主要有以下四個(gè)方面。

（1）變頻設(shè)備。我發(fā)電廠在空冷風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機(jī)及給煤機(jī)等調(diào)速頻繁的設(shè)備中使用了變頻設(shè)備，有效地降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。但由于變頻設(shè)備輸出電壓波形為脈沖方波，諧波成分多，諧波失真、電壓穩(wěn)定度都沒(méi)有得到有效治理。（2）硅控整流器設(shè)備。我發(fā)電廠為減少碳排放和粉塵超標(biāo)，在鍋爐尾部工藝中采用多層級(jí)電除塵，其中機(jī)組UPS、網(wǎng)控UPS和硅控整流器設(shè)備，能夠連續(xù)供應(yīng)基本電流，但也產(chǎn)生了大量的功率損耗，諧波危害沒(méi)有得到有效控制。（3）電抗器設(shè)備。電抗器主要是用來(lái)限流和濾波。主要是用于限制電網(wǎng)中電壓發(fā)生突變時(shí)候電流沖擊，可以有效保護(hù)改善變頻器的輸出。但在電抗器處于補(bǔ)償功率的狀態(tài)下，諧波危害就不可忽視了。（4）照明燈具。金屬鹵化物燈、LED顯示屏等大量使用，產(chǎn)生的諧波也同樣難以解決，他們都是典型的諧波源，諧波含量都非常高，波形不規(guī)律，經(jīng)傅里葉級(jí)數(shù)分解，就可看出含有不同幅度的高次諧波。

2 電力企業(yè)電能質(zhì)量現(xiàn)狀和瓶頸

2.1 電能質(zhì)量現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步和生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化，電網(wǎng)系統(tǒng)中各種非線性負(fù)荷不斷增長(zhǎng)且對(duì)電能質(zhì)量影響的用電設(shè)備日益增多；同時(shí)社會(huì)各領(lǐng)域電力電子和信息技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展如雨后春筍，對(duì)電能質(zhì)量的控制和提升也越來(lái)越被重視；電能質(zhì)量綜合治理，已成為當(dāng)今電力系統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)管理中必須認(rèn)真關(guān)注探討的重要課題，刻不容緩。

目前，大家更多關(guān)心的是綜合廠用電率的高低，大量應(yīng)用變頻設(shè)備來(lái)減少?gòu)S用電但忽視了電能質(zhì)量的治理工作。這就需要我們發(fā)電廠下一階段要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的重視。除諧波、電壓波動(dòng)外，電壓驟降和閃變等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，也應(yīng)該引起大家的關(guān)注。

2.2 存在技術(shù)瓶頸

（1）電能質(zhì)量的綜合治理、電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督等規(guī)范規(guī)程不完善。系統(tǒng)性研究和實(shí)施電能質(zhì)量綜合治理方案，從電力企業(yè)的用電設(shè)備實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，出臺(tái)有關(guān)電能質(zhì)量的綜合治理方案是今后一段時(shí)間最有效的方向。

（2）改善電能質(zhì)量的設(shè)備價(jià)格相對(duì)比較昂貴，現(xiàn)階段不利于推廣。包括變頻消諧裝置、電壓偏差分析設(shè)備、諧波污染源監(jiān)測(cè)儀、優(yōu)質(zhì)電纜等產(chǎn)品以及電抗器和濾波器的選擇等。

3 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和管理的應(yīng)用

3.1 我公司電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督工作，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)管理手段，是電能質(zhì)量各個(gè)方面的具體描述，體現(xiàn)了我們技術(shù)管理的水平和方向，電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督工作的重要依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，都是建立在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。

主要監(jiān)測(cè)工作有：電壓中斷（瞬時(shí)斷電、暫時(shí)斷電、持續(xù)斷電）分析、AVC投運(yùn)率和合格率診斷、頻率偏差、瞬時(shí)尖峰脈沖閃變監(jiān)測(cè)，對(duì)電能質(zhì)量開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；計(jì)算和分析諧振特性，判斷精密諧波和簡(jiǎn)諧波對(duì)精密設(shè)備的影響；針對(duì)特殊工況進(jìn)行諧波源負(fù)荷和電能質(zhì)量要求等方面的技術(shù)咨詢(xún)，以達(dá)到降低線損和事故發(fā)生的目的。

主要監(jiān)督工作有：電力系統(tǒng)頻率偏差矯正裝置、電壓測(cè)量記錄儀表、三相電壓平衡監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)諧波捕捉消諧器等。健全設(shè)備技術(shù)檔案，對(duì)設(shè)備的維護(hù)和修理像對(duì)待患者一樣，建立有效的分析和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、無(wú)功調(diào)節(jié)優(yōu)化、負(fù)荷控制以及新型設(shè)備調(diào)頻、調(diào)壓的應(yīng)用在很大程度上改善了電能質(zhì)量。

3.2 我公司電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督

電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡度、諧波技術(shù)監(jiān)督是電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督的重要關(guān)注方面，他們同用電負(fù)荷的關(guān)系較密切，而且難以做到實(shí)時(shí)監(jiān)督，需要試驗(yàn)機(jī)構(gòu)定期組織監(jiān)測(cè)；各種非線性負(fù)荷設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流需要采取有效控制方法，不能單純依靠國(guó)標(biāo)和規(guī)范導(dǎo)則。管理和防治這些諧波電流對(duì)電能質(zhì)量的破壞和干擾，實(shí)現(xiàn)控制阻尼振蕩和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等多項(xiàng)功能都有很大的研究空間。

改善電能質(zhì)量措施的研究涉及面也很廣，對(duì)空冷風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機(jī)及給煤機(jī)等變頻設(shè)備進(jìn)行評(píng)估數(shù)據(jù)分析，及時(shí)出臺(tái)了治理諧波超標(biāo)的諸多技術(shù)措施。

3.3 我公司電能質(zhì)量管理

我公司領(lǐng)導(dǎo)班子堅(jiān)決要求電能質(zhì)量管理監(jiān)督工作要充分利用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)科學(xué)理念來(lái)開(kāi)展，打造電能質(zhì)量監(jiān)督控制管理專(zhuān)業(yè)特色，深入研究原理和本質(zhì)，切實(shí)提升電能質(zhì)量。電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督小組以安全和質(zhì)量為中心，以技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)來(lái)開(kāi)展工作，通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)監(jiān)督管理標(biāo)準(zhǔn)，真正做到對(duì)電能質(zhì)量水平的管控。其次，專(zhuān)業(yè)攻堅(jiān)小組將電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)表、記錄和報(bào)告進(jìn)一步做細(xì)做實(shí)，逐項(xiàng)落實(shí)各類(lèi)電能質(zhì)量管控措施，積極主動(dòng)與監(jiān)測(cè)技術(shù)服務(wù)單位交流溝通，不斷提高我們的電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督水平。

2021年，公司將針對(duì)電能質(zhì)量管控的一些技術(shù)難題諸如諧波監(jiān)測(cè)和抑制技術(shù)應(yīng)用的管理等方面，逐項(xiàng)落實(shí)措施和方案。充分利用能源管控與技術(shù)監(jiān)督平臺(tái)軟件，與監(jiān)管單位進(jìn)行互動(dòng)交流，與同類(lèi)型發(fā)電廠進(jìn)行對(duì)標(biāo)，根據(jù)對(duì)標(biāo)相關(guān)條款和要求，逐條落實(shí)，切實(shí)提高我公司電能質(zhì)量監(jiān)督控制管理工作水平。

4 結(jié)語(yǔ)

今后一段時(shí)間，電能質(zhì)量監(jiān)督管理工作一定會(huì)面臨更多新型的、技術(shù)性的難題，這些難題有的屬于組織管理方面的，有的屬于技術(shù)層面的問(wèn)題，要具體情況具體分析，采用科學(xué)可行的方法，也可以多措并舉，以達(dá)到我們期待的滿意效果。電能質(zhì)量監(jiān)督工作數(shù)字化、制度化、規(guī)范化將是未來(lái)更為合理的發(fā)展方向和趨勢(shì)，提升電能質(zhì)量工作有利于進(jìn)一步優(yōu)化電力企業(yè)項(xiàng)目資源的配置，在監(jiān)測(cè)管理過(guò)程中顯露的問(wèn)題，我們堅(jiān)決認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，使發(fā)電企業(yè)電能質(zhì)量建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，有效保障電力系統(tǒng)健康、綠色安全運(yùn)行。