分析如何優化電力設計降低電能污染

王康雷

（廣西百源供電設計有限責任公司 廣西南寧 530022）

分析如何優化電力設計降低電能污染

王康雷

（廣西百源供電設計有限責任公司 廣西南寧 530022）

隨著我國工業化水平的不斷提升，電能的需求也在增加，但是電力供應的過程中造成了嚴重的電能污染問題，嚴重影響了我國電力的正常運轉。所以本文將對電力設計的優化工作展開分析，通過積極的措施科學治理電能污染。

電力；優化設計；電能污染

社會在日益進步，人類因此面臨著巨大的污染威脅，其中電能污染[1]進一步促進了人們的環保意識覺醒。電能污染，是指電力設備在運行過程中通過電磁環境問題對周邊環境造成的不良影響。隨著社會的快速發展，生活、生產中不斷增加非傳統的用電設備，在這些非傳統的用電設備中諸如計算機、節能熒光燈系統采用不間斷的電源負載、晶閘管直流整流驅動以及變頻的驅動設備等等，都在一定程度上加劇了電網內部的電能污染，一方面大大降低了電能的傳輸質量，另一方面給供電設備也帶來了巨大的損害，其受害的最終還是居民用戶，如果情況危險的情況下就會造成巨大的火災事故。

1 當前我國的電力設計發展現狀

電力設計是電力工業的輔助作業，因此電力工業的發展會與電力設計的發展緊密相關，作為我國的國民經濟發展的重要支撐產業和公用事業，電力工業具有舉足輕重的地位，20世紀80年代以來，隨著我國能源化和工業化的不斷發展，我國正在經歷一個電能代替非能源與用電范圍不斷擴大的過程，電能在我國的終端能源消耗消費結構中所占的比例在不斷上升，經濟的發展和人民的生活、企業的工業生產對電力的依賴性也越來越強。

2 電能污染分析

2.1 暫態的電能污染

所謂暫態的電能污染就是指電網在運行和操作中出現的電力系統沖擊的情況以及系統內部發生故障的問題，也有可能是由于電網遭受了巨大的外來侵襲干擾，暫態電能污染的主要判斷依據就是電能發生脈沖、電能突然間中斷以及電能發生浪涌的情況、從這些不同的性能指標可以看出，電源污染是靜態電能污染的主要來源。所以通常情況下，電源的污染主要表現為三相不平衡、浪涌沖擊以及雷擊和電壓值發生偏差幾種現象。

（1）浪涌沖擊和雷擊情況

電力系統會受到浪涌沖擊和雷電波的干擾，系統會發生閃變，這種閃變主要是指電壓瞬間脈沖時間不超過一毫秒的情況，這種脈沖情況可以具有顯著的直流分量性質和震蕩性質，也可以呈正極性或負極性。這些脈沖也被稱之為是缺口、干擾、突變、尖峰以及毛刺，本文研究中通過大范圍對電壓的畸變進行分析，從而獲得如表1中的數據表。

表1 電壓畸變研究結果

（2）電壓值偏差

電壓值偏差就是指實際的電壓與標稱的電壓額定值發生偏差，按照電壓值偏差偏移的時續時間可以將其具體分為持續時間較長的電壓值偏差和瞬時間的電壓值偏差，瞬時間的電壓值偏差稱之為電壓波動，主要是指不到一個或者只有一個的多個正弦波峰的值，這種正弦波峰的值要么超過標準值要么低于標準值，從半周波一直延伸到幾百個周波的時間大約為10ms～2.5s，對于正值偏差也就是過電壓來講，普通的避雷器和過電壓保護器無法使過壓值波動消除或者甚至完全消除，在實際的操作過程中，人們經常會將這一狀況忽視，因此就很容易造成計算機以及控制系統等敏感設備停機或產生較大的故障。另外一種情況就是欠壓波動，所謂欠壓波動是指正弦波峰值晃動或降落，也表現為在一定時間段之內，正弦波峰值要低于標準數值，但這是一種短時間的電壓波動現象，所以不會對電氣設備造成任何的損壞，但是有可能對電力自動控制系統與內部邏輯系統的工作產生不利影響。

（3）三相平衡

三相平衡是指在交流三相電力系統的電壓和電流A、B、C三相幅值在相等的情況下電力系統的運行才能保持穩定和安全，如果三者的穩定條件一旦被破壞，或者三者之間的相位差都不在120度時，三相平衡條件環境就會受到破壞，電力系統會出現一定的故障。

2.2 穩態的電能污染

諧波污染問題就是穩態電能污染中最為關鍵的污染問題，從大多數電能污染的相關資料可以發現不同的諧波污染以及各自的重大危害。

（1）污染輸電線路

如果電力系統的諧波放大或產生諧振情況時，電網的受損情況會大大增加，通常情況下，基波電流要比諧波電流產生的影響要大，但是基波的頻率比諧波小，此外，在對電纜輸電系統的選用中，諧波可以加速電源的絕緣層老化，會大大縮短電纜的使用壽命。

（2）污染旋轉電機

在汽輪發電機中相對敏感的部位就是轉子，在實際的用電過程中，經常會發生轉子部件的嵌裝面過熱而受損，從而引發電力系統發生故障，此外，當發電機中有負序電流通過時，就會產生負序的旋轉磁場和負序的同步轉矩磁場，發電機中就會增加外來的震動，如果這種狀況持續時間過長，就會導致機械損壞或者金屬疲勞。

（3）污染電力變壓器

變壓器的繞組諧波電流會造成變壓器的附加損耗增大，而且還會使變壓器的外層硅鋼片、零件等發熱，這種發熱現象難以避免變壓器的老化，縮短其使用壽命，因此應該及時預防這種情況發生。

（4）污染電力測量儀表的準確性

諧波對電力測量表的污染非常嚴重，例如感應性電表和磁電型電表，還有就是電能表，嚴重的諧波會導致電力測量表的計量誤差加大。

（5）污染繼電保護和自動裝置

諧波會在負序量的基礎上對繼電保護裝置和自動控制裝置造成強烈的干擾，由于繼電器的保護功能是通過負序量的整定而實現的，所以當整定值很小時，繼電保護裝置的靈敏度就會提高。

3 優化電力設計降低電能污染

電力設計的優化是一個十分關鍵的環節，也是相對復雜的流程，由于電力系統的整個節點的電能情況是存在較大差異的，運行情況也各不相同，所以需要對電力運行的實際情況展開分析，采取合理的優化設計方案。

3.1 對電網無功功率的分布狀況進行優化設計

通過優化設計電網無功率的分布情況可以改變無功功率以及電網的具體參數值、電網元件的電阻值，如果電網中原有導線的橫截面較小時，現有導向的截面面積就會增大，此時無功率和電阻就會相應減小，這種設計方法具有不足之處，一般情況減少此方法的使用。另一種優化設計方式就是改變電網的接線方式，如投入或切除雙回路的一回線路，投入或者切除變電站中部分并列在運行的電壓等，這種方式要著重考慮供電可靠性不降低的因素以及功率損耗不會顯著增加的情況，所以通常使用投切路線方法的情況是比較少見的。但是在電網中經常見到的優化設計方式就是減小線路的電抗，也就是在超高壓輸電線路中通過分裂導線來降低線路中的電抗，此種方式可以減小電暈放電以及導線周圍電場的強度，在我國目前的優化電力設計過程中，220kV線路中使用的是二分裂，500kV線路中使用的是四分裂。

3.2 無功補償優化設計

無功功率的產生是在輸電線路以及變壓器進行功率傳輸中形成的，如果將電網元件以及輸電線路還有變壓器等進行改變，就會有效改變電網中的電能污染情況，具體有兩種方式可以改變無功功率：①通過將電網元件中的傳輸功率改變；②通過改變電網中網格的具體參數來抵消電網中的電抗。因此，改變輸電線路的傳輸和變壓器傳輸功率就要改變無功功率。

4 加強用戶側電效管理，不斷提升電能使用效率

隨著我國電力實踐水平的提升，電能管理理論也得到了發展和應用，在優化電力設計降低電能污染的過程中難免會使用到用戶側電效管理理論。所謂用戶側電效管理理論其實就是指3EM，即EEEM理論，它是集電能管理方法與電力設計技術為一體的一種先進的技術管理體系，該體系主要是通過第三方用電機構經過特殊的技術方式為用戶降低電能損耗，對電力系統不斷進行優化的管理體系，其主要的優點就是在降低能耗過程中用戶的用電舒適度以及用電水平完全不會受到干擾或影響，從而起到優化和保護電力設備作用的一種技術手段。這種技術理論的核心就是金字塔EEEM理論，在金字塔的頂端到底端分別由人/組織/管理層面的效率、以及分配系統/電力品質層面的效率還有負荷側設備的運行層面的效率三大重要模塊構成。

人們經常會受到傳統思想的束縛，普遍會認為電能的主要浪費發生在負荷側，但經過實際證實，西方的著名電能效率觀點確認為金字塔頂端與中部的電能浪費是最關鍵的部位，我國目前許多電力企業對這一理論的認識水平不足，在電能的管理中只是從電力設備的運行安全方面考慮，由此忽視了電能效率的運用與實踐，所以長期在粗放式的電能管理中損耗了大量的電能卻不知道浪費的重要部位以及具體時間段，對于電能的系統漏洞更是不清不白，根本無從談起如何進行電能改進與調節，對此，為了減少電能污染，降低損耗，可以在金字塔的頂端部分通過安裝一種“電眼通”智能化電效管理設備至少可以減少10～20%的電能浪費；至于金字塔的中部可以通過開發中一種系統供電壓以及系統阻抗的電力設備等高精度、高精密的儀器不斷改善我國的用電品質，從而大范圍減少電能污染；在負荷層面的電能效率提升可以從電機以及抽油機還有普通的照明燈具等終端電力使用設備中進行電能的使用效率提升，具有很大的提升發展空間。

綜上分析，金字塔理論是一種電能效率提升的重要技術理論，但我國的電能污染與浪費并非是單一因素影響的結果，而是受多種外界干擾因素的作用，這些既包括人為主觀的因素，也包括客觀的制度以及系統設備以及電力傳輸品質的影響，由于電力是一種不可控的因素，所以受電力負荷和電力成本的制約，導致在電力系統的優化設計中不得不采用低壓側電系統管理方法改造低壓側配電系統，從而大力提升我國的用電效率。

5 結束語

綜上訴述，工業化的進程在加快，電能污染越來越引起人們的高度重視，所以通過改善電能的指標可以提升電力設計優化的水平，而降低電能損耗的重要途徑就是不斷對電力系統進行優化設計。隨著我國電力系統的不斷優化升級，國家對電能技術的監管工作日益加強，所以對電力設計的整體進行不斷優化十分重要，本文通過對我國電網中不同類型的電能污染情況進行了詳細的分析論述，從這些污染產生的原因以及造成的巨大危害狀況入手，制定了相應的電能污染優化設計措施，從而為我國今后的電能污染的有效降低以及電力系統的整體優化和設計提供了重要的借鑒和參考內容。

[1]梁益勤.探究如何優化電力設計降低電能污染[J].低碳世界，2014，19：70～71.

[2]梁靜荷.關于優化電力設計降低電能污染的幾點建議[J].通訊世界，2015，04：173～174.

TM73

A

1004-7344（2016）03-0038-02

2016-1-3

王康雷（1979-），男，本科，主要從事電力設計工作。