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电能质量:与生活密切相关

随着生活水平的提高,人们对供电质量的要求也在不断提升。供电质量是电能质量的重要组成部分,电能质量与人们的生产生活密切相关。

在经济社会发展的过程中,电能质量的提升也面临着许多方面的挑战。为了给人们提供更安心的用电体验,供电企业和相关科研机构在提升电能质量方面做了长期努力,其中重要的是积极构建坚强智能电网。

电能质量影响广泛

衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲,包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。这些指标可能听起来有些复杂,对应到生活中,则意味着电灯是不是稳定照明,精密仪器能不能正常使用……

“世纪大停电”引发的思考

尽管已经过去十年,但那场被称为“世纪大停电”的美加大停电仍然让不少人记忆犹新。2003年8月14日下午,美国东北部、中西部8个州和加拿大安大略省发生了北美历史上最大规模的停电事故,引起地铁、隧道、桥梁关闭,不少航班取消,商家停业,美国通用汽车等汽车巨头的54座工厂停产,近5000万人口受到影响。

调查显示,天气炎热负荷激增,线路重载跳闸后造成某地区电压进一步降低并引起一连串故障,是停电的客观原因之一,而一座发电厂因受雷击发生火灾则被认为是停电的直接原因。

更多专业人士由此展开了对大城市供电可靠性的一系列研究。

供电可靠性是衡量供电质量的一个非常重要的指标。从另一个角度说,电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量,电能质量是对优质供电进行评价的重要方面。

专业标准规定中,电能质量是指电力系统指定点处的电特性,根据预定的基准技术参数来评价。这些参数大多与供电和负荷之间的兼容性有关,包括电网频率、供电电压、电压谐波和间谐波、电压中的载波信号以及快速电压变化等等,并受到诸多因素影响。

重庆电力科学研究院的专业人士介绍,影响电能质量的因素主要有三个方面:一是自然现象,如雷击、风暴、雨雪等;二是电力设备及装置的自动保护及正常运行,如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等;三是电力用户的非线性负荷、冲击性负荷等大量投运,如炼钢电弧炉、电气化机车运行等,会使公用电网产生大量的谐波干扰,产生电压扰动、电压波动与闪变等。

11月2日,华南理工大学电能质量与节能研究所副所长曾江在公开演讲中,提到了美加大停电等重大停电事故,并分析了雷击、台风、大范围污染、高温等作为风险因素对于电能质量产生的影响。

备受关注的电压质量

10月23日,在重庆市巴南区接龙镇荷花村六阳社,村民余国彬看着不远处正在放线的供电员工,脸上就带起了笑:“变压器换了,电线也粗了,这下高峰期用电也能放心了。”

六阳社是个山里的小村庄。近年来,随着生活水平不断提高,村里各家各户都置办了不少大功率家电,在用电高峰时出现了时段性的低电压现象。余国彬说,这使得好多机器开不起来,打米、加工农作物都很困难,现在新增了变压器,还改造了线路,用电问题能解决了。

通常,电能质量问题主要反映为电压质量问题。各地供电企业都在积极治理低电压,提升供电的电能质量。此外,电压质量问题还得到了更广泛的关注。中国电子科技集团29所的研究人员徐忠曾阐释“电压暂降”带来的影响。“电压暂降”是指供电电压有效值短暂降低,随后恢复正常的供电现象。一些高科技设备对电压变化很敏感,短时的供电中断或电压有效值下降往往会造成设备不正常运行,发生停机等事故。

引起电压暂降的主要原因是电网或用电设备因雷击、外力发生短路故障,一些用电设备(如电动机)启动或突然加负荷也会造成电网电压瞬时下降。电压暂降会引起敏感控制器不必要的动作(引起跳闸),造成包括计算机系统失灵、自动化装置停顿或误动、变频调速器停顿等;引起接触器脱扣或低压保护启动,造成电动机、电梯等停顿;引起高温光源(碘钨灯)熄灭,造成公共场所失去照明。

对此,中国电力科学研究院工程师李涛永向记者介绍说,评价电能质量的所有参数都是重要的,但不同用户、不同用电设备对电能质量的关注方面不同。他举例说,供电的电压质量是否处于规定的理想范围内,可影响用户设备是否能够正常运行,但普通居民客户用电设备比较单纯,一般不会受到影响,而计算机存量大的信息中心对电能质量中的电压暂降、暂升、短时中断就比较关注,一般都配置不间断电源(UPS)以防止此类问题发生。

不可忽视的谐波污染

你家里的电灯有没有忽明忽暗的现象?如果已排除其他原因,那么这种现象有可能是由谐波污染造成的。而电视机、洗衣机等已相当普及的家电,有可能就是谐波源之一。

专家解释,非线性负荷从电网吸收非正弦电流,引起电网电压畸变,通称为谐波源。谐波引起电压波动和闪变产生脉冲磁场,使用电设备受到高能量冲击,最直观的感觉就是引起如上述照明灯光闪烁等问题。

江苏电力科学研究院、重庆电力科学研究院等专业机构的研究人员在接受记者采访时均表示,近年来,随着人们对可再生能源的利用日渐重视,风能、太阳能等清洁能源发电的规模和速度日趋增大,此外,高速电气化铁路不断投入运营,钢铁企业大容量电弧炉和轧机等冲击性负荷日益增加,这些都使得电网的非线性、非对称性和波动性问题日趋严重,直接影响到电网电能质量及对客户的供电质量。

李涛永也认为,客户侧的非线性电力设备的比例逐渐增大,成为引起电力系统电能质量问题的主要原因之一。如荧光灯、计算机、变频设备、整流设备、不间断电源、开关电源、电弧炉、焊接设备、电梯、复印机等的使用都会污染电网电能质量。这些非线性负载所产生的大量谐波电流涌入电网,导致电压波形发生畸变现象。他向记者介绍,电能质量涉及供电企业和电流用户两个方面,这两方面互为影响,两者在电力系统中以公共连接点(PCC)为连接纽带。供电企业提升供电的电能质量,为客户提供优质供电服务;同时,客户的非线性负荷能给电网带来电压畸变,因此负载的谐波电流由用电客户负责,并不得超过规定值,这反映的是用电质量。

有关资料表明,谐波会恶化电能质量指标,降低电网可靠性,增加电网损失,缩短电气设备的寿命,在一些情况下还会导致产品质量降低,数量减少。李涛永举例说,工厂大型流水线一般就会对谐波、闪烁等比较关注,因为这些问题会导致设备故障率上升,影响生产效率。谐波污染是国际公认的电网公害,对谐波的治理不容忽视。

【小贴士】

节约用电 错峰用电

中国电力科学研究院工程师李涛永解释,简单地说,理想的交流电压为50赫兹的正弦波,如果用电设备的电流也为正弦波,那么其为线性负载,反之为非线性负载。为提升电能质量,更好地享受用电生活,他提示大家节约用电、错峰用电,可以把不重要的用电需求安排在用电低谷时段,减轻电网主峰负荷,利人利己。


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