農(nóng)網(wǎng)改造中電能質(zhì)量的問題

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)過程的高度自動化，電網(wǎng)中各種非線性負(fù)荷不斷增長;各種復(fù)雜的、精密的，對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備越來越多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及，大量基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置不僅對供電電能質(zhì)量異常敏感，同時也加劇了電能質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。

導(dǎo)致用戶電力設(shè)備故障或誤操作的電壓電流或頻率的靜態(tài)偏差和動態(tài)擾動都統(tǒng)稱為電能質(zhì)量問題。其表現(xiàn)為：電壓、頻率有效值的變化;電壓波動和閃變、電壓暫降、短時中斷和三相電壓不平衡、諧波;暫態(tài)和瞬態(tài)過電壓以及這些參數(shù)變化的幅度。電能和其他產(chǎn)品有所不同，發(fā)、輸、變、配和用是同時完成的，發(fā)、輸、變、配和用電設(shè)備是連接在一個系統(tǒng)。因此，電能質(zhì)量不但取決于發(fā)、輸、變和配這些環(huán)節(jié)，而且還取決于用電這個環(huán)節(jié);電能質(zhì)量不但取決于發(fā)、輸、變和配的勘測、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行這些環(huán)節(jié)，而且取決于用電的勘測、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行這些環(huán)節(jié)。如果說電能質(zhì)量是一個環(huán)境，那么這個環(huán)境需要上述各方特別是電力部門和各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，共同努力來創(chuàng)造。

目前城市和農(nóng)村配網(wǎng)存在低功率因數(shù)和諧波污染問題。大量無功電流在電網(wǎng)中的流動會導(dǎo)致線路損耗增大，變壓器利用率降低，用戶電壓跌落嚴(yán)重。諧波污染則會使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致由以下幾個方面：

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(shè)備的效率，大量的三次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

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

3.諧波會引起公用電網(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(yán)重事故。

4.諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。

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

電能質(zhì)量指標(biāo)包括頻率波動、電壓正弦波畸變和電壓偏差等項(xiàng)。對農(nóng)村電力網(wǎng)來說，主要是電壓質(zhì)量問題。保證電壓質(zhì)量，使用戶端電壓波動范圍在允許電壓偏差范圍之內(nèi)，是農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)、改造和運(yùn)行中的主要任務(wù)之一。從1998年開始的農(nóng)網(wǎng)改造工程，使農(nóng)村高低壓配電網(wǎng)得到了根本性改善，基本解決了線路老化、線損大、電壓偏低等問題。

1電壓偏低問題

部分地區(qū)電壓偏低，主要原因有：

(1)線路導(dǎo)線截面小。由于農(nóng)網(wǎng)改造過程中有些地區(qū)對負(fù)荷預(yù)測不準(zhǔn)，導(dǎo)致導(dǎo)線截面選擇過小，經(jīng)過兩年的運(yùn)行，負(fù)荷發(fā)展較快，線路截面已不能滿足載流量的要求。

(2)無功補(bǔ)償容量不足。由于農(nóng)村低壓電力網(wǎng)中有大量異步電動機(jī)和配電變壓器，而且負(fù)載率不高，無功負(fù)荷相對比較高，所以自然功率因數(shù)偏低。當(dāng)補(bǔ)償并聯(lián)電容器容量不足時，導(dǎo)致線路輸送大量無功功率，而產(chǎn)生電壓損耗，引起電壓偏低。

(3)10kV或低壓配電線路供電半徑長。當(dāng)供電半徑超過合理的長度時，線路末端電壓損耗太大，導(dǎo)致電壓偏低。

(4)每逢春季農(nóng)業(yè)負(fù)荷特別集中，造成各級電網(wǎng)電壓偏低。

(5)電網(wǎng)中現(xiàn)有主變壓器，有載調(diào)壓裝置投運(yùn)率低或調(diào)壓操作不及時。

(6)有的農(nóng)村用戶所用配變?nèi)萘啃?，?fù)荷高峰時出現(xiàn)了超負(fù)荷情況，影響了電壓質(zhì)量。

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

電壓偏高問題

農(nóng)網(wǎng)改造使線路結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，即配電線路導(dǎo)線截面增大、供電半徑相對縮短、無功補(bǔ)償容量增加，而伴隨著產(chǎn)生新的問題，一部分低壓用戶電壓偏高。以我縣為例，最近兩個月，10個D類電壓監(jiān)測點(diǎn)記錄的數(shù)據(jù)顯示：電壓超高時間50.5%、超低時間1.4%、合格時間48.1%，且二次側(cè)最高電壓高達(dá)269V。為什么會發(fā)生以上情況呢?分析其中原因，總結(jié)如下： [FS:Page]

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

(2)由于有些10kV配電線路負(fù)荷波動很大，而線路中又安裝了大量的無功補(bǔ)償電容，當(dāng)負(fù)荷較小時，在線路上形成過補(bǔ)償，導(dǎo)致10kV線路電壓升高。

問題的由來

改善電能質(zhì)量對于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jì)的總體效益。因此人們對電能質(zhì)量問題的重視并非近幾年的事，只不過早期對此認(rèn)識比較簡單，主要局限在保持電網(wǎng)頻率和電壓水平(即靜態(tài)或平均偏差不過大)上。自20世紀(jì)80年代以來，隨著新型電力負(fù)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)和用戶共同關(guān)心的問題。目前電能質(zhì)量中某些問題已成為電工領(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拓性或開發(fā)性工作。歸納起來，電能質(zhì)量成為熱門課題的主要原因有以下幾方面：

(1) 為了提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平，大量基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置投入使用，這些裝置對電能質(zhì)量非常敏感。一個計(jì)算中心失去電壓2s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)今自動化設(shè)備的連續(xù)精加工生產(chǎn)，不論是變速拖動還是機(jī)器人，工作母機(jī)還是自動化生產(chǎn)線，例如柔性制造系統(tǒng)(FMS)或計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)(CIMS)，它們對配電系統(tǒng)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內(nèi)部造成混亂，這些用戶對不合格電力的容許度可嚴(yán)格到1～2個周波。

(2) 現(xiàn)代電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，諸如半導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負(fù)荷迅速發(fā)展，由于其非線性、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和閃變以及三相不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率波動等，對供電電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的干擾或“污染”。

(3) 電能作為商品在電力市場運(yùn)行機(jī)制下不同的發(fā)電公司包括獨(dú)立電能生產(chǎn)者在發(fā)電側(cè)實(shí)行競爭，輸配電系統(tǒng)(即電力公司)與發(fā)電分離獨(dú)立經(jīng)營管理，為發(fā)電公司和用戶提供轉(zhuǎn)送電能服務(wù)，用戶側(cè)也可以作為獨(dú)立實(shí)體參加價格控制。這樣一個開放和鼓勵競爭的運(yùn)行環(huán)境必然對電能質(zhì)量提出越來越高的要求，并促使電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展和不斷完善。