某中心发电厂电能质量建设探讨

摘  要：本文对电能质量的指标进行了分类，从 “三网两库一屛”建设、状态检修的推行、电气综合自动化改造及管理体系的建立与运行四个方面阐述了酒泉卫星发射中心发电厂在电能质量建设方面所做的工作，指出了发电厂在电能质量建设方面存在概念模糊、认识不清，规程不够完善等问题，提出了建立电能质量监测系统、完善质量管理体系、联合治理及建立中心微电网系统等提高电能质量建设的措施。

关键词：电能质量  电压  谐波  监测  微电网

Discussion on Electricity Power Quality development in Power Plant

ZHANG Shibin  ZHANG Guiliang  KANG Shihua  GAO Bin

 China’s Jiuquan Satelite Launch Center ,Jiuquan 732750,China

Abstract: The norm of the power quality has been classified in this paper. Expounded the work about the construction of the power quality from four aspects at Jiuquan Satellite Launch Center on the construction about Three networks , two reservoirs and one screem, practice on the electric integrated automation, reformation of the electric integrated automation, and, creation and operation on the management system. Indicated the problems of the power station on the construction of power quality, such as confusion about the conception, imperfecting of the regulation, and so on. Pointed out the measures about how to improve the power quality, such as create the  power quality monitoring system, optimization of the quality management system, and association the micro-grid system.

Key words: power quality；voltage；harmonic；monitor；micro-grid 

0  引言

随着航天科研试验任务的迅速发展与酒泉卫星发射中心信息化建设的突飞猛进，中心电力系统负荷急剧增长，特别是非线性负荷和冲击性负荷，这些负荷对中心电网系统的电能质量造成了严重影响；高度自动化和智能化的航天产品对电能质量的要求越来越高。因此，电能质量在载人航天发射试验任务、卫星发射试验任务及武器试验任务中的作用就显得尤为重要。提高电能质量，首先可以确保各种航天测试、发射任务的顺利进行，其次可以提高电力电子设备的可靠性、延长使用寿命，从而节约大量的经费，同时也提高了中心整个电网系统的运行效率，节约了能源[1]，由此可见，提高电能质量对中心建设起着举足轻重的作用。

电能质量也是广大航天产品生产商所关心的重要问题之一，完善发电厂乃至中心电能质量的监测、分析、评估与管理控制系统，提高中心整体的电能质量，有助于中心大型试验任务及其它各种武器试验的引进。

1  电能质量概念及分类

1.1  电能质量的概念

理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz)和正弦波形，按规定的电压水平对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等，相位互差120°的对称状态[2]。在实际运行过程中，由于受到各种因素的影响与干扰，根本不可能达到理想状态，不同的电网、同一电网的不同点，其电能的各项参数均与理想状态存在或多或少、或大或小的偏差，怎么评价这种偏差的大小呢？自然就催生了“电能质量”的概念。

电能质量问题涉及多学科不同的领域，目前还没有一个被各方普遍接受的统一定义。不同的群体对电能质量的看法不同：电力企业认为电能质量是电压(偏差)与频率(偏差)的合格率；电力用户认为电能质量是能否向负荷正常供电；设备制造厂家则认为合格的电能质量是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况的需要。目前比较通用的定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时过电压或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降、电压暂升、短时中断以及长时间中断等[3]。

1.2  电能质量的分类

根据电能的发供用可以分为电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其中供电质量和用电质量包含了技术和非技术方面的含义，电压质量和电流质量仅包含技术方面的含义，包括波形、相位和数值等多方面的内容。

根据国家颁布的7个电能质量方面的指标（GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》，GB/T 15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》，GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》，GB/T 12326-2008《电能质量 电压波动和闪变》，GB/T 15546-2008《电能质量 三相电压不平衡》，GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》，GB/T 18481-2001《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》）电能质量的内容包括供电电压偏差、电力系统频率偏差、公用电网谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡、公用电网间谐波和暂时过电压和瞬态过电压，除此以外还有电压暂降、电压瞬变、欠电压、电压缺痕、陷波等。

根据电能质量扰动现象的两个重要表现特征，电能质量问题可以分为稳态和瞬态两个类型。稳态电能质量是指电压或电流的正弦波形、幅值、频率和相位等在较长的时间范围内持续存在的偏离理想情况的现象，主要包括电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电网谐波、电压波动和闪变等。稳态电能质量指标的物理含义是电压和电流的实际波形（曲线的形状、幅值、频率、相位等）与期望波形的差异程度。瞬态电能质量是指电压、电流突然发生短暂的严重偏离理想情况的现象，主要包括电压暂降、电压暂升、电压中断、电压缺口、瞬时脉冲、电压波动等[4]。电能质量的分类如图1所示。

 

图1  电能质量的分类

1.3  电能污染的主要危害

电能质量污染后，对发供电设备及用电设备均会带来严重的危害[5-6]，主要有：

（1）谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

（2）影响各种电气设备的正常工作，使电气设备过热，振动和噪声加大，加速绝缘老化、使用寿命缩短、甚至发生故障或烧毁。

（3）影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。

（4）引起继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

（5）干扰通讯设备、计算机系统等电子设备的正常工作，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

（6）导致整个发供电系统功率损耗增大，造成资源的浪费。

2  发电厂电能质量建设现状

到目前为止发达国家电能质量的发展与研究经历了四个阶段：供电的连续性；电网频率和供电电压；谐波、电压偏差、三相不平衡、电压的波动与闪变；暂态和瞬态电能质量问题。我国的科研人员和部分技术人员已经从思想上进入到第三和第四阶段，但是大部分电力行业的从业人员及用电企业，仅仅停留在第二阶段，还没有从知识结构和思想意识上进入第三阶段，这也是中心发电厂普遍存在的问题，与我们中心试验任务的高科技性质存在一定的差距。

为了提高中心的电能质量，保障各项试验任务的圆满完成，发电厂结合设备的更新改造、质量管理体系的宣贯等，从技术和管理方面对电能质量的建设进行了许多探索性的工作，取得了一定的成效，但也存在一些问题。

2.1  前期电能质量建设工作

2.1.1  三网、两库、一屛

近几年发电厂结合装备技术改造，建成了以“三网、两库、一屏”为主体的信息化参试平台。三网——电力参数实时在线监测网、振动实时在线监测网、发电生产管理信息网；两库——资料库、数据库；一屏——发电生产流程模拟屏，将发电生产的各个环节直观形象地进行动态显示，实时全面地反映电厂主系统运行情况，方便了生产调度指挥、突发事件处理和人员业务训练。发电厂信息化参试平台的建立，初步实现了“四化”的目标，即信息处理计算机化、信息采集传输网络化、信息资源管理数据库化、信息应用大众化，为发电装备的技术状态分析、故障隐患预知预判、发电系统性能评估和故障处理提供了充足的信息资源，为发电生产组织指挥提供了决策依据，从发电技术上保证了源头的电能质量。

2.1.2  状态检修

充分利用信息化参试平台，在管理方法和手段上求创新，建立和完善了发电装备全程动态管理新机制。广泛开展装备动态评估，每半月对在线监测数据进行一次汇总整理，结合运行报表数据和离线监测数据，整理出装备运行技术参数曲线，分析判断装备技术状态和变化趋势。结合状态检修新模式，为超前诊断、预先分析、适时检修奠定了基础。几年来，厂在计划检修的基础上，深入开展任务前的状态检修检测，有效防止了意外停机和二次损坏等问题，保证了任务期间参试装备处于良好的性能状态。

2.1.3 电气综合自动化改造

为了实现电气数据采集与监控、分析、存储、显示和打印，实现电气设备遥控、直流设备监控、故障语音告警及短信报警、电气设备仿真训练等，我厂今年在原有的基础上，对电气综合自动化系统进行了全面改造。改造后的综合自动化系统由三部分组成。第一部分为数据采集装置，主要包括保护装置可测控装置，其功能是将发电生产的电气数据进行采集，并将采集到的信号发送到传输设备；第二部分为传输设备，主要包括通讯接口装置、光口交换机、规约转换装置、远动通讯装置，其功能是将采集装置送来的信号进行光电转换，并将转换后的信号送至后台和调度中心；第三部分为后台设备，主要包括数据库服务器、管理工作站、监控机及相关软件，其功能是将收集到的信号经转换后由监控设备显示、计算、存储，监控电气系统的运行状态，对系统不正常的运行状态和异常状态及时发出告警信号，供电气值班人员进行调整和维护。

改造后，满足了电气系统综合自动化的要求，实现了电气系统遥测、遥信、遥控等功能，提升了电气系统的监控水平，为提高电能质量打下了坚实的基础。

2.1.4 管理体系的建立与运行

我厂于2008年1月16日颁布执行A0版质量管理体系。2009年对质量手册和程序文件作了进一步的修订， 于7月6日颁布执行A1版质量管理体系。在质量管理体系运行中，厂长、政委带头落实最高管理者承诺，积极创造利于全员参与和实现各级质量目标的内部环境；各级质量管理组织机构按照职责要求，主动负责做好本单位的质量管理工作。经过两年多各项科研试验任务的检验，证明我厂质量管理体系是科学可行的。三个阶段，三个过程”的框架与我厂承担的发电保障需求任务相适应，质量目标管理改善了定性管理的不足，体系审核和评审完善了闭环管理的机制，文件化的质量管理体系进一步规范了传统质量管理。

2.2  电能质量建设存在的问题

2.2.1  概念模糊，认识不清

大部分运行及检修人员对电能质量的概念模糊，认识不清。对电能质量的类别、电能质量各项指标的含义、电能质量问题引起的危害等了解不深，如频率过高或过低、三相不平衡、谐波等对发电设备及电网的危害等。大部分人员的思想停留在保证设备的“正常运行”状态，而设备的“正常运行”只是电能质量得以保证的前提条件，也即电能质量的监测与控制比设备“正常运行”的监测与控制的层次更高、要求更严。

从发电厂近几年已做的工作“三网两库一屛”建设、状态检修的推行、电气综合自动化改造及管理体系的建立与运行来看，虽然对提高发电厂的综合发电保障能力有一定的提升，但在思想意识上偏重于保证发电设备的“正常运行”，对于提高电能质量来说，仍然停留在基础工作阶段，没有上升到电能质量的高度。例如：目前电压偏差和谐波污染是中心发电厂电能质量指标中最为严重和突出的2个方面。中心发电厂涉及的专业及设备很多，存在许多大容量的异步电动机等快速变化的冲击性负荷，如锅炉侧的风机、汽机侧的给水泵、凝汽器的循环水泵、加热站的循环水泵等，这些设备在启动或停止时，会对厂用电造成一定的冲击，引起厂用电电压的跌落或暂升现象；检修过程中频繁使用电焊机、操作过电压等，也会引起厂用电电压的波动，等等。随着电力电子技术的发展和节能减排的要求，发电厂近几年上了许多整流变频的电力电子设备，如冲灰泵上的变频控制器、消防泵房的变频控制器、加热站补充水泵的变频控制器、日光灯照明用高频整流器等，这些整流变频设备一方面满足了节能减排的要求，创造了一定的经济价值，但是另一方面由于整流变频设备的非线性特性，给发电厂的厂用电系统注入了大量的谐波，污染了整个厂用电网络。发电厂大部分人员对厂用电电能质量的认识不够，厂用电电压偏差和谐波对整个发电厂发电设备、电力电子设备的影响范围、破坏程度及整体经济性没有较全面的认识，故对厂用电电压偏差和谐波的治理力度有限。

2.2.2  规程不完善

    首先，与电能质量的监测与控制方面相应的规程不够完善，导致电能质量监测的随意性较大，缺乏强制性手段，不能引起运行和检修人员足够的重视；其次，被监测的电能质量的指标数不够，且重点仍然是电压偏差和频率偏差，对三相不平衡、谐波、电压波动和闪变、电压暂升、电压暂降等的关注不够；最后，电能质量的监测及检测系统不健全，缺乏全面系统的分析，对电能质量的控制与调整没有上升到整个系统的高度。

3  发电厂电能质量建设的措施

3.1  建立电能质量监测系统

在现有电能质量监测点的基础上，进一步完善电能质量监测系统，组建由现场监测层、通讯传输层和数据管理层构成的电能质量在线监测系统，并制定统一的数据存储体系，方便数据的采集、交换和分析，生成电能质量报表、分析曲线、图形等，便于分析和研究。并在此基础上，从电厂的用电设备实际特点出发，研究出对整个发电厂厂用电系统电能质量问题的综合治理方案，包括谐波污染源、电压偏差、供电方案、滤波器和电抗器等产品的应用、厂用变压器型号的选择以及电缆的选择等。特别是加强对厂用电网电压偏差和谐波污染源的监测、分析与治理，提高厂用电电能质量，进一步提升发电设备、电力电子设备及电缆等的健康运行水平，从源头保证中心电能质量各项指标的优良品质。

借助电能质量监测系统，从空间上和时间上实现对电能质量的不间断的监测与数据记录。完整的数据记录用于研究并总结电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡、电压波动与闪变等指标不合格对发电设备、电力电子设备及电缆等的具体危害原理及程度，便于技术人员分析与研究解决影响电能质量问题的办法，同时借助电能质量监测系统检测解决的效果，逐步提高技术人员解决电能质量问题的能力，最终达到提前预防的目的。

结合国家和中心电能质量的标准，对电能质量的各个指标进行科学的量化和界定，便于运行和检修人员的实际操作，将电能质量的监测与控制落到实处。

开发或引进电能质量分析管理系统软件，加快数据处理速度，简化数据处理能力，让电能质量监测系统的操作与管理大众化、普及化，方便运行、检修人员的操作与管理。

3.2  完善质量管理体系

完善质量管理体系关于电能质量方面的内容，从供电方责任和义务、用电方责任和义务两个方面来建立电能质量责任体系，将电能质量作为评估发电厂完成任务好坏的指标之一，并加大教育宣传的力度，转变设备“正常运行”即完成任务的思想，让“电能质量”不仅仅是少数技术人员口中的“科技术语”，而是“全民”皆知的标准和要求。

根据国家已颁布的7个电能质量方面的指标，结合中心试验任务的实际情况来制定最适合于中心的电能质量指标及其标准。中心标准不可低于试验任务所需的标准，这将失去电力保障的重大意义，也不可盲目的采用过高的标准，这会导致中心人力、物力、财力的极大浪费。发电厂结合中心电能质量的标准，制定与中心需求配套的标准和规程，将电能质量各项指标的监测、控制与管理法规化、制度化，从制度上保证电能质量建设的落实。

3.3  中心联合治理电能质量

发供用三家组成一个完整的电网系统，是一个整体，无论谁造成电能质量下降，均会污染整个电网系统。根据统计数据表明，电污染20%是由发供电系统引起，80%是由电网中的用电设备引起的[7]。所以整个中心的发电单位、供电单位和用电单位必须联合起来，相互协作，共同治理，提高整个中心电网的电能质量。水暖电站负责中心电源的分配及其质量，通过电网质量监测系统检测和分析中心电网电能质量污染源的源头，及时督促污染源所在的用户单位采取措施将污染控制在合格范围之内；电能用户也应该采取相应的措施，将其电力电子设备产生的谐波对中心电网的污染控制在合格范围之内。发供用三家联合治理，保证中心电网良好的电能质量，达到最大限度的保持发电设备及中心所有电力电子设备的良好运行状态、并延长其使用寿命的目的。

3.4  中心综合建设微电网系统

综合建设中心微电网也是提高中心电能质量、增强抵御风险能力的有效方法。在自然灾害、战争或恐怖活动等非常时期，嘉峪关电网的主线路极有可能成为敌人攻击的目标，将对中心的用电安全及电能质量造成极大威胁。如何更好的提高中心电力系统抗突发事件的能力，不仅涉及中心电能质量及电力系统的问题，也涉及中心防御能力问题，是中心安全方面需要考虑的一个长期的系统工程。为增强中心电力系统抵御各种灾害的能力，最大限度地减小灾害造成的损失，建立中心微电网是一个行之有效的措施。同时，发展能源的多种形式，如可再生的风电、光伏发电等，可进一步提高中心的电能质量和供电安全，图2为中心微电网系统图。

微电网从系统的观点看问题，将发电、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能[8-9]。中心微电网与嘉峪关大电网之间灵活的并列运行方式，可以使中心微电网系统免受大电网的冲击，保证其良好的电能质量，最大限度的减小大电网的电能质量对中心微电网的影响，从而保证中心各项试验任务的顺利进行。中心的风能和太阳能等资源比较丰富，可以加以发展利用，丰富中心微电网能源的形式，提高中心微电网电源的电能质量和可靠性。

综合建设中心微电网，一方面可以改善中心电力系统的电能质量，提高供电的可靠性，另一方面也可以作为国家微电网的研究与试验中心，为国家微电网的研究、建设与推广提供技术指导与支持。

 

 

图2 中心微电网系统图

4  结束语

鉴于载人航天发射试验任务、卫星发射试验任务及武器试验任务对电能质量的高标准、严要求，中心的电能质量建设就显得尤为重要。同时，随着科技的发展和中心的发展建设，对电能质量的要求也越来越高，提供优质高效的电能，将成为发电厂今后的主要任务。发电厂要抓住历史发展的机遇，与时俱进，大力加强电能质量建设，全面提升电厂的后勤保障与服务能力，为中心的整体建设贡献力量。

 

参考文献

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[2]林海雪.现代电能质量的基本问题.电网技术.Oct.2001.Vol.25 No.10

[3]肖湘宁,韩民晓,徐永海等.电能质量分析与控制[M].北京:中国电力出版社,2004:1-10

[4]杨廷强,翁利民.电力系统中暂态电能质量问题.电气工程应用.2006.6

[5]周敬森,刘璐.发电厂电能质量控制的问题探讨.通讯电源技术.Nov.25,2011,Vol.28 No.6

[6]汪云静,蒋勇.浅议发电厂电能质量与检测分析.谐波治理.电源世界.Feb.2011

[7]武杰.“电源净化清道夫”呼吁重视“电污染”[J].节能与环保.2003.12：P54.

[8]苏玲,张建华,王利,苗唯时,吴子平.微电网相关问题及技术研究.电力系统保护与控制. Oct.1，2010.Vol.38 No.19

[9]鲁宗相,王彩霞,闵勇,周双喜,吕金祥,王云波.微电网研究综述.电力系统自动化. Oct.10，2007.Vol.31 No.19


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