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江苏电网电能质量管理工作现状（主讲：刘成民） 文章转载：电能质量资讯网 电网供电的电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、供、用电各方面投资者、经营者的权益。随着经济的发展，江苏电网发展较快，已初步形成500 kV的主网架，220 kV将降为次网架。随着城市电网改造的深入，城市电网负荷是分散的、分布的，密度大且不断地增加和变化；现代技术的进步，特别是高精密度产品的生产企业对供电的可靠性、电能质量和服务水平的要求越来越高；负荷成分复杂，各类负荷要求不同的可靠性和电能质量；谐波污染等电能质量指标已成为现代电网的一个必须认真对待的问题，且人们对谐波等电能质量的认识还落后于实际。加强对全网电能质量的技术监督和管理已是刻不容缓。 1 电能质量概念的扩展 目前我国电能质量的标准包括以下五个方面： 电力系统频率允许偏差； 供电电压允许偏差； 电压允许波动和闪变； 三相电压允许不平衡度； 公用电网谐波。 国内电能质量的工作主要集中在电压(幅值)、频率和谐波方面。随着国民经济的发展和技术的进步，一方面是电网中各种非线性负荷及用户不断增长；另一方面是各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备也越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高。电能质量不仅包括以上五个方面，更增添了新的内容，如电压凹陷、电压中断、电压瞬变、过电压、欠电压、间谐波(谐间波)等。目前苏州、南京等地的IT企业已向供电公司就供电的电能质量和供电可靠性提出了要求。 2 江苏电网电能质量管理工作现状 江苏省开展电能质量的管理工作较早，1986年省电力试验研究所就开展了普测工作，如较有代表的是对苏州供电局6个变电站的普测。1990年至1994年开展了全省范围内的谐波普查，先后对苏州、无锡、南京、南通、镇江、淮阴、徐州等地进行了全面或针对性的调查，调查了40个变电站和30个用户的100多条母线、200多条线路，对500 kV至380 V进行普查，基本覆盖了所有电压等级，为全面了解江苏电网的谐波污染情况积累了宝贵资料。从1991年张家港第一台超大功率电弧炉投产以来，江苏省先后有15台大功率电弧炉投产，其供电容量达1 500 MW左右，加上其他类型的谐波源，其容量是相当可观的(而截止2001年全省的总装机容量为21 300 MW)。这些大型电弧炉负荷均接入系统220 kV等级，给江苏电网的供电质量带来极大影响，这也是江苏电网的特点之一。计算机的普及、电力电子技术的应用，加之城市地铁工程的发展，电能质量问题在城市配电网中显得愈来愈突出。今后电气化铁路的发展也是要关注的问题之一。 2.1 电网谐波情况 (1) 江苏500 kV系统谐波数据和分析 1992年对江苏任庄、江都、斗山3个500 kV变电站作了全面测试，当时主要问题是500 kV电压畸变率偏高，且主导谐波为3次。1997年由网局组织，为三峡第一回直流输电工程设计提供华东500 kV系统谐波背景，对斗山和江都2个变电站进行了谐波测试，测试结果如表1所示(95概率值，以下表格同)。测试结果表明，斗山变电站3次谐波偏高，接近1.4%，而江都变电站除3次外，5次谐波电压呈现了更高的数值，达1.6%。谐波电压畸变率与基波运行电压幅值高低有关，基波运行电压越高，谐波电压畸变率越大。随着500 kV电网的快速发展，江苏500 kV系统谐波情况需作进一步的测试研究。 阳城电厂并入华东电网前后的谐波测试情况 2000年5月，在山西阳城电厂1号机组首次并入华东电网前后，在三堡开关站进行了谐波测试，测试结果见表2。由测试结果看出，不同的运行方式下，谐波电压畸变变化较大，以B相为例，三堡站在空载投入东三线时，电压总畸变率达到2.2%，空载投入东三II线和阳东二线后，电压总畸变率降为0.89%，阳城电厂并网后，线路带60 MW负荷时，电压总畸变率为1.28%，带100 MW负荷时，电压总畸变率为1.33%，且三相间存在较大的差异；由于目前阳城已有4台机组投入运行，加上三堡的串补也已投入运行，目前的系统情况已与测试时大不一样。其他新上的500 kV变电站的谐波还未测试过，但总的说来，500 kV电网的谐波与系统的运行方式有很大关系，这也是今后要研究的问题之一。 220 kV电网的谐波问题，主要集中在向大型炼钢企业供电的变电站，以及500 kV变电站的220 kV母线，其他220 kV电压总谐波畸变率基本都小于1%。电压波动和闪变较大的依然是供大型电弧炉负荷的220 kV母线。电压偏差问题不仅是电能质量问题，现在最主要的是从安全的角度搞好无功电压控制。阳城及苏北电源北电南送通道长距离输电系统潮流波动大，电压波动也大。江苏省内大多数500 kV线路不足200 km，设计中不配高抗，累积下来并联电抗补偿缺口大，低抗也补得不足，使电抗补偿度仅86%，未达到评价标准90%的要求。造成目前江苏电网，尤其是阳城送电的苏北通道电压普遍高，威胁设备安全和系统稳定。如2002年，三堡、任庄最高电压达550 kV，220 kV系统仍然呈现苏北地区偏高的局面。目前准备在上河500 kV站装一组高抗，并计划投产三堡变压器，以增装低抗补偿。扬州二电厂也还有扩装并联电抗的余地，但近期仍有缺口，电压偏高问题依然严峻。目前已实施了发电机进相运行。 2.2 用户的电能质量情况 江苏电网中，接于220 kV系统的钢铁企业有以下几家，如张家港永新钢铁有限公司70 t交流电弧炉和3台20 t电弧炉、张家港润忠钢铁有限公司90 t电弧炉、苏州苏兴特钢100 t直流电弧炉、江阴兴澄钢铁有限公司100 t直流电弧炉、常州武进钢厂、南京钢铁集团有限公司70 t交流电弧炉、梅山冶金公司、淮阴钢厂70 t交流电弧炉、南通宝钢新日制钢有限公司2台30 t交流电弧炉、无锡合洲钢铁有限公司50 t交流电弧炉、无锡锡兴钢厂等，变电总容量已超过1 200 MW。这些企业中，张家港永新钢铁有限公司、张家港润忠钢铁有限公司、苏兴特钢、江阴兴澄钢铁有限公司、梅山冶金公司安装了SVC(静止无功补偿器)装置，其他企业只采取了无功补偿措施或无功补偿兼滤波(南京钢铁集团有限公司SVC装置因损坏已退出运行)。 表3、4、5列出了部分钢铁企业的电能质量测试结果。由测试结果看出，由于这些负荷接入点为220 kV系统，其PCC点(公共连接点)的谐波电压大都不超过国家标准的要求；采用交流电弧炉的厂家，谐波电流超标的情况较多，采用直流电弧炉的谐波电流较少；电压波动和闪变在SVC装置投入前后变化不大，有的甚至SVC投入后电压波动和闪变比投入前更大，说明现在的SVC装置的响应时间不够，不能迅速地调节无功，但SVC装置对解决无功倒送问题能起到很好的作用。 2.3 配电网电能质量情况 城市配电网中，写字楼、办公楼、大型商场集中的商业区、金融区以及居民小区等地区，由于大量的电力电子设备(调速电机、开关电源、计算机、微波炉、彩电、打印机、电子式和铁磁式镇流器、空调、节能灯、UPS (不间断电源系统)等的使用，用户负载电流中的谐波含量占有很大的比重，由于多用户谐波注入电流的叠加，造成电压总谐波畸变率偏高；且这类负荷产生大量的3次谐波电流，由于3次谐波的零序性，将在变压器中线中叠加造成变压器中性线过流；而目前低压系统采用的无功补偿装置通常没有考虑谐波的影响，常由于电容器对谐波的放大造成电容器的损坏。 此外，以前配电网中采用的Y/Y0接线的变压器也是造成Y0侧(低压侧)谐波电压畸变率偏高的原因。如南京金鹰国际购物中心的节能灯负荷，造成380 V母线电压畸变率达14%，造成配电变压器严重过热。南京新街口变电站10 kV母线电压畸变率达3.5%，迈皋桥、西善桥、高淳秀山、虎踞变电站等10 kV母线的谐波电压畸变率也都在2%以上，且随着负荷的变化，有上升趋势。 农村电网由于相对比较薄弱，小型的非线性用户如小电炉、小轧钢、中频炉，分布广，且在考虑无功补偿时，较少考虑了谐波问题。因此，它们所带来的电能质量问题，就可能在局部对电网和其他用户造成比较严重的影响。 2.4 电能质量监测的目前状况 从90年代开始，江苏电网在非线性大用户接入系统的PCC点装设电能质量监测装置。随着技术的发展，电能质量监测装置由当初孤立的单台装置(测试结果只能在就地打印或拷贝)发展为可通过MODEM远方传输数据。随着江苏电网光纤通信网的建成，目前正在通过局域和广域网建立电能质量省市两级监测网的试点。由于不同的厂家有不同的解决方案和数据平台，如果全省各供电公司各自为政的话，对于以后的电能质量工作是不利的，因此全省应统一协调组织，保证数据格式和平台的一致。同时对于电能质量监测设备应进行入网检验，保证性能和精度符合国家标准和目前电网的要求。为此，江苏省电力科学研究院承担了省电力公司的重点科技项目“电网电能质量的监测与数据管理系统”的开发与研究，该项目基本结束，已在泰州挂网运行，在省电力公司的MIS(管理信息系统)网上可浏览。 2.5 地区电网无功补偿装置普查情况 2002年，各供电公司对系统中已装设的无功补偿设备进行了一次全面、系统的普查。普查对象是10 kV及以上电压等级系统中装设的无功补偿设备，包括电容器、电抗器、同步调相机和TCR(可控电抗器)等。根据普查结果的综合分析，江苏电网无功补偿存在以下问题。 (1) 无功补偿装置的运行质量参差不齐，电容器熔丝经常熔断，爆炸事故经常发生。其中，有设备设计和制造上的问题，也有大用户谐波治理的力度不够，造成谐波向系统注入，引起谐波放大而造成补偿装置过载等方面的原因。全省电网的运行管理部门对这类问题反映出来的共性问题是，事故原因的研究深度不够，对防止此类事故再现的治理措施甚少。 (2) 部分补偿装置仍然采用接线方式，在系统故障和操作过电压时，设备的正常运行存在一定的安全隐患。 (3) 补偿支路数过少，有效补偿容量阶跃量过大，使得无功补偿平滑调节的目标难以实现。 (4) 无功补偿支路中，电抗器的配置较单一，有的甚至无电抗器配置，无法有效抑制合闸涌流。目前，电抗器的配置电抗率大部分为 1 ，少量为 6 ，还有极少量为12，对抑制合闸涌流、系统中的5次及以上谐波、3次及以上谐波有一定的作用。电抗器的电抗率应根据装设点、系统背景、谐波情况科学配置，而不必参照统一模式按固定电抗率配置。 (5) 大部分装置不具备自动投切功能，很多变电站没有安装VQC(电压无功控制器)装置，不能实现有载调压变压器分接头调节与电容器的自动投切。 (6) 很多装置没有远方投切功能，使电网无功电压综合优化软件应用的范围受到一定限制。以南京供电公司为例，10 kV系统无功补偿装置的普查结果情况如表6所示。 (7) 新技术的应用程度较低，不能实现装置的无冲击投切，即等电压投(系统电压与电容器上的残留电压相等)，零电流切。 (8) 按传统设计方法，电容器的安装容量一般根据主变压器的容量来确定，基于全电网无功电压最优化的无功配置考虑不够。 (9) 装设点电压总谐波畸变率较大的情况下，不宜选用普通电力电容器，应选用滤波电容器。补偿装置必须设计成具备“无功补偿加滤波”的综合功能，而目前现有的补偿装置综合考虑这两方面功能的并不多。江苏电网中，现有无功补偿装置基本全部选用普通电力电容器，这是造成装置运行过程中熔丝熔断、鼓肚的原因之一。 2.6 目前电能质量管理工作中存在的问题 (1) 管理 目前，各供电公司的电能质量专职(兼监督专职)均设在生技部门(或生产运营部)，作为专业技术管理这是合理的，但由于电能质量是与生产、计划、运行、用电、设计、基建密切相关的，作为生技部门在电能质量的监督、管理上受到相当大的限制或局限，难于达到电能质量监督要求的规划、设计、基建、运行、用电全过程监督和管理。具体表现在：对新的非线性用户接入系统不进行电能质量评估，特别表现在对一些小的或乡村的非线性用户的管理上(这些小的非线性用户在局部电网也可造成非常大的影响)；非线性用户运行后的管理不严，用户将滤波器或SVC装置退出，运行缺乏监视手段；或因供用电协议中没有电能质量方面的内容，造成用户设备投运后无法进行有效的管理； 无功补偿设备设计、运行前后不进行谐波评估或测试，造成谐波的放大和设备的损坏；安装于用户的补偿电容运行管理不够，用户的功率因数考核由于采用平均功率因数的考核办法，这部分电容存在着低谷时不切除的情况，用以拉高平均功率因数，电能质量测试工作不能正常开展，测试后发现问题也不进行进一步的工作，电能质量测试数据不及时上报，这与电能质量专职管理人员的变动造成管理工作上的不连续有关。 因此，今后还需加强电能质量监督网的活动，开展技术交流与培训，不断提高人员素质。 (2) 仪器设备 目前，部分供电公司的电能质量测试设备较为陈旧，有的因设备老旧损坏处于无设备可用的情况，而即使最近几年购买的设备也不能测试所有的项目；电能质量在线监测装置安装数量少，且很多性能和指标达不到要求，如测试项目少、测量精度低甚至误差很大、不能实现远方数据传送、数据存储量小、后期处理软件不配套等。使一些故障原因难以分析，也没法对用户的一些超标污染提出有说服力的数据，测试数据也无法及时上报。 江苏省电力科学研究院已购进电能质量标准源设备，电能质量测试和监测仪器的入网检测，以及对现有设备的定期检验目前已经开展。 3 提高电能质量的对策 提高电能质量的对策是遵循“谁污染谁治理”和“堵新治旧”的原则，分散治理和集中治理相结合，花最少的钱，取得最大的效益。 3.1 对电网的电能质量控制对策 (1) 加强全电网电能质量的在线监测。 在普测的基础上，采取点和面相结合的方法，扩大电能质量监测的范围，但在选择监测设备时，要保证满足电能质量国家标准的要求和兼顾江苏省将来的运行需要。 (2) 对于电压偏差。 特别是苏北电压偏高的问题，主要有两条：一是控制送端的电压，二是控制手段的受端力率。即挖掘发电机的进相能力，手段是合理解决无功的配置，提高现有无功补偿设备的调节能力，努力做到无功的分层分区的平衡。 (3) 对于谐波问题。 要在实测的基础上，确定电网中必要的补偿点，进行综合治理。如居民小区，向谐波源负荷容量小，且量大进行集中供电的变电站。在无功补偿项目上，应进行有关谐波问题的论证，对确实存在谐波放大等问题的，必须在进行无功补偿时一