電網(wǎng)特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量管理

鄭偉，周喜超，安哲，劉穎英，周勝軍，智勇，楊勇

(1.甘肅電力科學(xué)研究院，蘭州市，730050;2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市，100192)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化。電氣化鐵路、冶金等電網(wǎng)中大功率非線性、沖擊性及波動(dòng)性特殊負(fù)荷的大量應(yīng)用，使得電網(wǎng)產(chǎn)生諧波、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題。特殊負(fù)荷對(duì)區(qū)域性電網(wǎng)甚至整個(gè)電力系統(tǒng)的影響已表現(xiàn)得十分明顯與突出。加強(qiáng)對(duì)全網(wǎng)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量的技術(shù)監(jiān)督和管理，提高人們對(duì)電能質(zhì)量危害的認(rèn)識(shí)，積極采取防范措施以保證電網(wǎng)電能質(zhì)量是刻不容緩的。

目前，隨著電能質(zhì)量領(lǐng)域研究的開(kāi)展和深入，越來(lái)越多的人們開(kāi)始關(guān)注特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量問(wèn)題。文獻(xiàn)［1-3］介紹了特殊負(fù)荷的用電特性及其對(duì)公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和危害，并提出了分析特殊負(fù)荷時(shí)所采取的數(shù)學(xué)模型及其處理方式。文獻(xiàn)［4-6］針對(duì)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)管理現(xiàn)狀進(jìn)行分析，特殊負(fù)荷電能質(zhì)量的綜合治理也是一個(gè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。文獻(xiàn)［7-12］詳細(xì)介紹了目前比較成熟且普遍采用的治理方案。通過(guò)這些研究成果，可以掌握特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量特性。針對(duì)特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量問(wèn)題，電網(wǎng)公司如何對(duì)這些負(fù)荷進(jìn)行有效的監(jiān)督與管理，以減小其對(duì)電網(wǎng)的影響也是值得研究的。文獻(xiàn)［13-15］指出了我國(guó)電能質(zhì)量管理方面存在的問(wèn)題，提出了一些關(guān)于體制改革、標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)和技術(shù)提高的建議，但沒(méi)有從管理的角度就電能質(zhì)量的管理方式及流程環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

本文首先對(duì)特殊負(fù)荷的含義及其電能質(zhì)量特性進(jìn)行了介紹，然后從電網(wǎng)公司的角度出發(fā)，對(duì)特殊負(fù)荷管理中應(yīng)包含的關(guān)鍵要素進(jìn)行了分析與探討，給出了關(guān)鍵環(huán)節(jié)詳細(xì)的管理流程，并對(duì)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理中的核心內(nèi)容，即特殊負(fù)荷的監(jiān)測(cè)、評(píng)估與治理，進(jìn)行了分析，可為電網(wǎng)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理提供參考。

1 特殊負(fù)荷的含義及其電能質(zhì)量特性

特殊負(fù)荷，是指可能對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響的負(fù)荷，具有非線性、沖擊性、波動(dòng)性、不平衡等特點(diǎn)。典型的特殊負(fù)荷主要包括:功率可控硅整流裝置，如電氣化鐵路、電解裝置、直流輸電的換流閥和相控電抗器型無(wú)功補(bǔ)償裝置;工業(yè)冶煉負(fù)荷，如交流煉鋼電弧爐、軋機(jī)、高頻感應(yīng)加熱爐等;大型變壓器、電抗器等鐵心設(shè)備;分布式電源，如風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站及電動(dòng)汽車(chē)充電站等［16］。

特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量特性一般表現(xiàn)為因非線性特性而產(chǎn)生大量諧波污染。所有的特殊負(fù)荷都不同程度地會(huì)產(chǎn)生諧波，沖擊性負(fù)荷特別是電弧爐幾乎產(chǎn)生連續(xù)頻譜的諧波電流，甚至產(chǎn)生大量的分?jǐn)?shù)次諧波;功率快速變化和沖擊性使其引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)及閃變問(wèn)題;單相負(fù)荷或不平衡負(fù)荷使其產(chǎn)生負(fù)序電流注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)三相電壓不平衡等。典型特殊負(fù)荷及其所屬行業(yè)和電能特性見(jiàn)表1。

表1 典型特殊負(fù)荷Tab.1 Typical special loads

2 特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理的關(guān)鍵要素

2.1 關(guān)鍵要素

特殊負(fù)荷電能質(zhì)量的管理應(yīng)本著“安全第一、預(yù)防為主、超前防范”的方針進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)督與管理。從管理的目標(biāo)及特殊負(fù)荷接入電網(wǎng)的過(guò)程角度考慮，特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理應(yīng)包含以下2個(gè)方面的關(guān)鍵要素:

(1)從管理制度上保證管理工作落實(shí)到位。以往的管理規(guī)定往往僅從技術(shù)角度做出規(guī)定，缺乏具體的職責(zé)與分工，使電能質(zhì)量管理工作中存在互相推諉的現(xiàn)象。因此，有必要對(duì)各環(huán)節(jié)工作的職責(zé)與分工做出明確的規(guī)定，真正推進(jìn)管理工作的進(jìn)行。

(2)從管理流程上保證特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理，明確新建、擴(kuò)建或改建負(fù)荷以及新接入負(fù)荷的管理流程。特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量管理是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，不確定的管理流程將使工作中存在漏洞，并影響后續(xù)工作的順利開(kāi)展，使管理工作存在隱患。因此，有必要詳細(xì)規(guī)定管理工作的流程，使特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理工作有章可循。

從管理內(nèi)容的角度考慮，一項(xiàng)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理規(guī)定應(yīng)至少包括:管理的方針與原則;相關(guān)部門(mén)職責(zé)與分工;特殊負(fù)荷管理工作流程;電能質(zhì)量評(píng)估工作流程;電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理方案等。通過(guò)建立1套完整的特殊負(fù)荷接入運(yùn)行、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、治理管理辦法，規(guī)范特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理，使電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從而保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

2.2 組織管理制度的保證

應(yīng)按照“依法監(jiān)督、分級(jí)管理”的原則，結(jié)合電網(wǎng)公司具體的職能設(shè)置，制定適合于本電網(wǎng)公司的組織管理制度、設(shè)備運(yùn)行管理和技術(shù)培訓(xùn)管理等措施，明確各級(jí)部門(mén)的責(zé)任和權(quán)利，以及各部門(mén)和各級(jí)人員的電能質(zhì)量管理的崗位職責(zé)，并制定相應(yīng)的各種管理規(guī)定和考核辦法，把電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)納入各級(jí)部門(mén)和相關(guān)人員的培訓(xùn)計(jì)劃和經(jīng)濟(jì)考核中，達(dá)到電能質(zhì)量監(jiān)督所要求的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、基建、運(yùn)行、用電全過(guò)程監(jiān)督和管理。

2.3 管理流程的保證

對(duì)于新建、擴(kuò)建或改建的特殊負(fù)荷項(xiàng)目，電網(wǎng)公司在用戶(hù)用電工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使用戶(hù)明確電能質(zhì)量的重要性及影響，使用戶(hù)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮改善電能質(zhì)量的措施，如:抑制諧波、改善三相不平衡、電壓波動(dòng)和閃變等抑制措施;用戶(hù)完成用電方案設(shè)計(jì)并進(jìn)行接入系統(tǒng)申請(qǐng)后，電網(wǎng)公司相關(guān)部門(mén)應(yīng)組織特殊負(fù)荷用電方案設(shè)計(jì)的審查工作，同時(shí)對(duì)用戶(hù)提交的電能質(zhì)量評(píng)估結(jié)果進(jìn)行審核，審核通過(guò)后方可與用戶(hù)簽署供電協(xié)議，并通知用戶(hù)開(kāi)展后續(xù)工程;當(dāng)電能質(zhì)量評(píng)估結(jié)果不滿(mǎn)足要求時(shí)，電網(wǎng)公司則需及時(shí)通知客戶(hù)進(jìn)行相關(guān)整改，提交改善的電能質(zhì)量污染抑制或治理設(shè)計(jì)方案。供電協(xié)議作為明確電網(wǎng)公司和用戶(hù)雙方權(quán)利與義務(wù)的法律條文，應(yīng)將涉及電能質(zhì)量方面的內(nèi)容納入其中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊負(fù)荷用戶(hù)設(shè)備的有效管理。

特殊負(fù)荷客戶(hù)受電工程竣工后，電網(wǎng)公司應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)特殊負(fù)荷接入系統(tǒng)后的電能質(zhì)量情況進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)收。新建、擴(kuò)建或改建負(fù)荷的電能質(zhì)量管理流程如圖1所示。

圖1 新建、擴(kuò)建或改建特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量管理流程Fig.1 Newly built，expanded and rebuilt power quality management procedure for special loads

對(duì)于現(xiàn)有的特殊負(fù)荷客戶(hù)，電網(wǎng)公司應(yīng)加強(qiáng)其電能質(zhì)量常態(tài)監(jiān)督管理，對(duì)特殊負(fù)荷客戶(hù)進(jìn)行電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)，并定期跟蹤檢查用戶(hù)電能質(zhì)量治理設(shè)備的投運(yùn)情況，建立健全特殊負(fù)荷客戶(hù)基礎(chǔ)資料、電能質(zhì)量事故及分析處理檔案，為特殊負(fù)荷類(lèi)似的電能質(zhì)量問(wèn)題處理奠定基礎(chǔ)。對(duì)與在監(jiān)測(cè)與評(píng)估過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量污染水平超過(guò)規(guī)定限值的用戶(hù)，電網(wǎng)公司應(yīng)督促其制定治理措施并限期整改，在其重新投運(yùn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行電能質(zhì)量驗(yàn)收，從而加強(qiáng)電能質(zhì)量指標(biāo)超標(biāo)的已入網(wǎng)用電客戶(hù)的電能質(zhì)量的技術(shù)監(jiān)督和管理。已入網(wǎng)特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量管理流程如圖2所示。

3 特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量管理中的核心內(nèi)容

3.1 特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

解決特殊負(fù)荷電能質(zhì)量問(wèn)題，首先需要對(duì)其電能質(zhì)量狀況實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)是評(píng)估數(shù)據(jù)的直接來(lái)源，是質(zhì)量評(píng)估中的重要前提。因此，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量情況。特殊負(fù)荷電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分為在線監(jiān)測(cè)、不定期檢測(cè)和專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試3種方式。

圖2 已入網(wǎng)特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量管理流程Fig.2 Power quality management procedure of special loads accessing power grid

電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)局域和廣域網(wǎng)，逐步建立形成分布式、智能化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、分析、評(píng)估與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)分層分級(jí)管理，從而對(duì)特殊負(fù)荷的用電情況和電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，充分發(fā)揮電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的作用。

針對(duì)特殊負(fù)荷用戶(hù)，應(yīng)根據(jù)其危害程度和產(chǎn)生電能質(zhì)量問(wèn)題的嚴(yán)重程度采取不定期檢測(cè)方式。

專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試主要用于特殊負(fù)荷設(shè)備接入電網(wǎng)，或反映電能質(zhì)量出現(xiàn)異常，需要對(duì)比前后變化情況的場(chǎng)合，以確定電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)的背景狀況和負(fù)荷變動(dòng)與干擾發(fā)生的實(shí)際參量，或驗(yàn)證技術(shù)措施效果等。

對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的、存在電能質(zhì)量指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)的用電設(shè)備，電網(wǎng)公司應(yīng)及時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)記錄電能質(zhì)量變化情況，并采取相關(guān)措施，為治理提供依據(jù)。同時(shí)對(duì)于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行入網(wǎng)檢驗(yàn)，保證性能和精度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前電網(wǎng)的要求。

3.2 特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量評(píng)估

特殊負(fù)荷電能質(zhì)量評(píng)估是電能質(zhì)量監(jiān)督管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是明確電能質(zhì)量治理責(zé)任、保證電力系統(tǒng)良好供電質(zhì)量的必要手段，有助于改變供用電雙方互相推卸責(zé)任、無(wú)人治理的被動(dòng)局面。

根據(jù)“堵新治舊”的原則，在新建、擴(kuò)建及改建特殊負(fù)荷用戶(hù)接入系統(tǒng)前，要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、正確的電能質(zhì)量評(píng)估，即入網(wǎng)前根據(jù)新報(bào)裝特殊負(fù)荷用戶(hù)設(shè)備相關(guān)電氣參數(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行電能質(zhì)量評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)入網(wǎng)用戶(hù)的檢查以及對(duì)污染源和污染程度的預(yù)測(cè)和分析，對(duì)下一步監(jiān)測(cè)和治理污染提供依據(jù)。對(duì)已入網(wǎng)的特殊負(fù)荷用戶(hù)，則采取將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與評(píng)估指標(biāo)限值比較的方式，對(duì)各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，并采取相應(yīng)的治理措施，以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

電能質(zhì)量的評(píng)估涉及國(guó)標(biāo)、導(dǎo)則、系統(tǒng)方面知識(shí)以及相應(yīng)的計(jì)算、分析和經(jīng)驗(yàn)推算法則，這些在特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理和技術(shù)監(jiān)督中起著重要作用。

3.3 特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量治理

特殊負(fù)荷電能質(zhì)量治理應(yīng)從用戶(hù)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)綜合考慮。

對(duì)于用戶(hù)側(cè)治理，可采取靜止無(wú)功補(bǔ)償器、靜止無(wú)功發(fā)生器、濾波器等技術(shù)措施和裝備減小用戶(hù)注入電網(wǎng)的諧波和負(fù)序電流，抑制用戶(hù)側(cè)功率波動(dòng)所引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)與閃變。電網(wǎng)公司各級(jí)電能質(zhì)量監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)應(yīng)參與到治理方案的設(shè)計(jì)審定、設(shè)備的招標(biāo)和制造、安裝調(diào)試、竣工驗(yàn)收的全過(guò)程。因特殊負(fù)荷用戶(hù)接入及運(yùn)行造成的電能質(zhì)量污染，用戶(hù)應(yīng)負(fù)責(zé)其防治和治理工程的管理，并承擔(dān)投資所發(fā)生的費(fèi)用，最終技術(shù)裝備的產(chǎn)權(quán)歸用戶(hù)所有。當(dāng)用戶(hù)接入系統(tǒng)電壓等級(jí)較高(110 kV及以上)或容量較大時(shí)(電氣化鐵路負(fù)荷、大型鋼廠等)的電網(wǎng)時(shí)，其治理裝備可考慮與電網(wǎng)公司協(xié)商接于電網(wǎng)側(cè)(系統(tǒng)變電站內(nèi))。此時(shí)，防止和治理工程的管理可由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)，技術(shù)裝備歸電網(wǎng)公司所有，所發(fā)生的費(fèi)用由用戶(hù)和電網(wǎng)公司共同承擔(dān)，有時(shí)也可采取費(fèi)用由電網(wǎng)公司承擔(dān)，用戶(hù)通過(guò)高電價(jià)在后期對(duì)費(fèi)用進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

對(duì)于電網(wǎng)側(cè)治理，電網(wǎng)公司應(yīng)根據(jù)各級(jí)電網(wǎng)電能質(zhì)量污染源用戶(hù)的電能質(zhì)量情況，調(diào)整有關(guān)運(yùn)行方式和采取相應(yīng)防范對(duì)策，保證電能質(zhì)量指標(biāo)符合有關(guān)規(guī)定的要求。例如:采用△/Y0接線的變壓器取代Y/Y0接線的變壓器，以降低配電向高一級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)的諧波傳遞;在系統(tǒng)變電站加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器、靜止無(wú)功發(fā)生器、濾波器等技術(shù)裝備對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行治理。此時(shí)，電網(wǎng)公司應(yīng)承擔(dān)項(xiàng)目的工程管理和投資管理，產(chǎn)權(quán)歸電網(wǎng)公司所有。

4 結(jié)語(yǔ)

特殊負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量污染日益嚴(yán)重，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)全網(wǎng)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量的管理監(jiān)督，維護(hù)電網(wǎng)廣大電力用戶(hù)的安全運(yùn)行。建立完善的管理體系是改善供電品質(zhì)的重要手段。應(yīng)從管理制度及管理流程2個(gè)方面保證和推進(jìn)特殊負(fù)荷電能質(zhì)量工作的順利開(kāi)展。特殊負(fù)荷電能質(zhì)量管理中的核心內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)、評(píng)估與治理，應(yīng)分別對(duì)其內(nèi)容制定詳細(xì)的規(guī)定。

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