淺析發電廠電能質量監測與管理

郭其祥，侯瑞明

（山西京能呂臨發電有限公司，山西 呂梁 033200）

隨著當今電力系統網絡運行的日趨復雜化、科技數據化，在實現對電能質量的監測與管理自動化的進程中，需要我們火力發電廠針對不同的電網運行布局和不同的監測目的，結合智能電網科技大數據分析和遞推邏輯，構建出新時代電能質量智能監測系統。

通過對電力系統集成運行數據的采集分析，新時代電能質量智能監測結合火電機組運行數據標準，進行復雜高效的對比分析，運用判據橫向和縱向對標計算，得出安全穩定運行的監測結果，評估電能的質量指標優劣勢。

1 當前火力發電廠普遍存在的電能質量問題

1.1 電壓偏差

由于電力系統運行的復雜性，尤其是發電廠涉及的專業和設備種類繁多，存在一些大容量的異步電動機等快速變化的沖擊性負荷，在機組啟動時容易形成電壓跌落，同樣在發變組解列時，廠用電電壓會出現突升的情況，同理，雷擊、操作過電壓等同樣會引起電壓波動。

系統電壓較低，電機和照明負荷接受長時間的電壓質量危害，同時電網系統諸多重要行業也同樣存在此類危害。電壓低會增大功率角，使電機長時間超額定電流運行，造成電動機定子繞組電流、溫度短時間急劇上升，工作效率也大幅降低、使用壽面減少；同時影響醫療、高科技行業的正常運轉。

系統電壓較高，持續偏高的電網電壓會造成電動機、電感器、變壓器等設備的鐵芯狀態飽和，這些設備鐵芯的磁通量就不會再增加，同時我們也無法直接測量和發現這類型的隱患和故障，過度的鐵損造成設備使用壽命急劇減少。我們電力企業高電壓條件下使用的電力電子設備，增加5%的電壓就是減少50%的使用壽命。我們高精密產品的制造在持續高電壓條件也會大幅增加產品質量的不合格率。

1.2 諧波污染

大數據時代，高精度生產工藝和先進的自動化水平是發電企業的兩個重要特征。變頻電力設備的廣泛應用，通過AC-DC-AC轉換根據電動機的實際需要提供所需的電源電壓。一方面，達到了節能調速的目的，創造了可觀的經濟效益；另一方面，由于變頻設備輸出電壓波形為脈沖方波，諧波成分多。發電廠中的諧波源主要有以下四個方面。

（1）變頻設備。我發電廠在空冷風機、凝結水泵、一次風機及給煤機等調速頻繁的設備中使用了變頻設備，有效地降低了成本，提高了生產效率。但由于變頻設備輸出電壓波形為脈沖方波，諧波成分多，諧波失真、電壓穩定度都沒有得到有效治理。（2）硅控整流器設備。我發電廠為減少碳排放和粉塵超標，在鍋爐尾部工藝中采用多層級電除塵，其中機組UPS、網控UPS和硅控整流器設備，能夠連續供應基本電流，但也產生了大量的功率損耗，諧波危害沒有得到有效控制。（3）電抗器設備。電抗器主要是用來限流和濾波。主要是用于限制電網中電壓發生突變時候電流沖擊，可以有效保護改善變頻器的輸出。但在電抗器處于補償功率的狀態下，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，波形不規律，經傅里葉級數分解，就可看出含有不同幅度的高次諧波。

2 電力企業電能質量現狀和瓶頸

2.1 電能質量現狀

網絡大數據時代，隨著經濟的發展、科技的進步和生產過程的高度自動化，電網系統中各種非線性負荷不斷增長且對電能質量影響的用電設備日益增多；同時社會各領域電力電子和信息技術的應用和發展如雨后春筍，對電能質量的控制和提升也越來越被重視；電能質量綜合治理，已成為當今電力系統電網建設管理中必須認真關注探討的重要課題，刻不容緩。

目前，大家更多關心的是綜合廠用電率的高低，大量應用變頻設備來減少廠用電但忽視了電能質量的治理工作。這就需要我們發電廠下一階段要進一步加強對電能質量的重視。除諧波、電壓波動外，電壓驟降和閃變等動態電能質量問題，也應該引起大家的關注。

2.2 存在技術瓶頸

（1）電能質量的綜合治理、電能質量技術監督等規范規程不完善。系統性研究和實施電能質量綜合治理方案，從電力企業的用電設備實際特點出發，出臺有關電能質量的綜合治理方案是今后一段時間最有效的方向。

（2）改善電能質量的設備價格相對比較昂貴，現階段不利于推廣。包括變頻消諧裝置、電壓偏差分析設備、諧波污染源監測儀、優質電纜等產品以及電抗器和濾波器的選擇等。

3 電能質量監測和管理的應用

3.1 我公司電能質量監測

電能質量技術監督工作，是保障電力系統安全穩定經濟運行的重要技術管理手段，是電能質量各個方面的具體描述，體現了我們技術管理的水平和方向，電能質量技術監督工作的重要依據和標準，都是建立在電能質量監測數據的基礎之上。

主要監測工作有：電壓中斷（瞬時斷電、暫時斷電、持續斷電）分析、AVC投運率和合格率診斷、頻率偏差、瞬時尖峰脈沖閃變監測，對電能質量開展實時監測；計算和分析諧振特性，判斷精密諧波和簡諧波對精密設備的影響；針對特殊工況進行諧波源負荷和電能質量要求等方面的技術咨詢，以達到降低線損和事故發生的目的。

主要監督工作有：電力系統頻率偏差矯正裝置、電壓測量記錄儀表、三相電壓平衡監測、電網諧波捕捉消諧器等。健全設備技術檔案，對設備的維護和修理像對待患者一樣，建立有效的分析和自動識別系統。電網調度自動化、無功調節優化、負荷控制以及新型設備調頻、調壓的應用在很大程度上改善了電能質量。

3.2 我公司電能質量技術監督

電壓波動和閃變、三相不平衡度、諧波技術監督是電能質量技術監督的重要關注方面，他們同用電負荷的關系較密切，而且難以做到實時監督，需要試驗機構定期組織監測；各種非線性負荷設備產生的諧波電流需要采取有效控制方法，不能單純依靠國標和規范導則。管理和防治這些諧波電流對電能質量的破壞和干擾，實現控制阻尼振蕩和提高系統穩定性等多項功能都有很大的研究空間。

改善電能質量措施的研究涉及面也很廣，對空冷風機、凝結水泵、一次風機及給煤機等變頻設備進行評估數據分析，及時出臺了治理諧波超標的諸多技術措施。

3.3 我公司電能質量管理

我公司領導班子堅決要求電能質量管理監督工作要充分利用先進技術和先進科學理念來開展，打造電能質量監督控制管理專業特色，深入研究原理和本質，切實提升電能質量。電能質量技術監督小組以安全和質量為中心，以技術監測數據為依據來開展工作，通過嚴格執行技術監督管理標準，真正做到對電能質量水平的管控。其次，專業攻堅小組將電能質量監測相關數據、報表、記錄和報告進一步做細做實，逐項落實各類電能質量管控措施，積極主動與監測技術服務單位交流溝通，不斷提高我們的電能質量技術監督水平。

2021年，公司將針對電能質量管控的一些技術難題諸如諧波監測和抑制技術應用的管理等方面，逐項落實措施和方案。充分利用能源管控與技術監督平臺軟件，與監管單位進行互動交流，與同類型發電廠進行對標，根據對標相關條款和要求，逐條落實，切實提高我公司電能質量監督控制管理工作水平。

4 結語

今后一段時間，電能質量監督管理工作一定會面臨更多新型的、技術性的難題，這些難題有的屬于組織管理方面的，有的屬于技術層面的問題，要具體情況具體分析，采用科學可行的方法，也可以多措并舉，以達到我們期待的滿意效果。電能質量監督工作數字化、制度化、規范化將是未來更為合理的發展方向和趨勢，提升電能質量工作有利于進一步優化電力企業項目資源的配置，在監測管理過程中顯露的問題，我們堅決認真總結經驗和教訓，使發電企業電能質量建設穩步推進，有效保障電力系統健康、綠色安全運行。