分析如何優(yōu)化電力設(shè)計降低電能污染

王康雷

（廣西百源供電設(shè)計有限責(zé)任公司 廣西南寧 530022）

分析如何優(yōu)化電力設(shè)計降低電能污染

王康雷

（廣西百源供電設(shè)計有限責(zé)任公司 廣西南寧 530022）

隨著我國工業(yè)化水平的不斷提升，電能的需求也在增加，但是電力供應(yīng)的過程中造成了嚴(yán)重的電能污染問題，嚴(yán)重影響了我國電力的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以本文將對電力設(shè)計的優(yōu)化工作展開分析，通過積極的措施科學(xué)治理電能污染。

電力；優(yōu)化設(shè)計；電能污染

社會在日益進(jìn)步，人類因此面臨著巨大的污染威脅，其中電能污染[1]進(jìn)一步促進(jìn)了人們的環(huán)保意識覺醒。電能污染，是指電力設(shè)備在運(yùn)行過程中通過電磁環(huán)境問題對周邊環(huán)境造成的不良影響。隨著社會的快速發(fā)展，生活、生產(chǎn)中不斷增加非傳統(tǒng)的用電設(shè)備，在這些非傳統(tǒng)的用電設(shè)備中諸如計算機(jī)、節(jié)能熒光燈系統(tǒng)采用不間斷的電源負(fù)載、晶閘管直流整流驅(qū)動以及變頻的驅(qū)動設(shè)備等等，都在一定程度上加劇了電網(wǎng)內(nèi)部的電能污染，一方面大大降低了電能的傳輸質(zhì)量，另一方面給供電設(shè)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(zāi)事故。

1 當(dāng)前我國的電力設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀

電力設(shè)計是電力工業(yè)的輔助作業(yè)，因此電力工業(yè)的發(fā)展會與電力設(shè)計的發(fā)展緊密相關(guān)，作為我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)，電力工業(yè)具有舉足輕重的地位，20世紀(jì)80年代以來，隨著我國能源化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，我國正在經(jīng)歷一個電能代替非能源與用電范圍不斷擴(kuò)大的過程，電能在我國的終端能源消耗消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比例在不斷上升，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的生活、企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)對電力的依賴性也越來越強(qiáng)。

2 電能污染分析

2.1 暫態(tài)的電能污染

所謂暫態(tài)的電能污染就是指電網(wǎng)在運(yùn)行和操作中出現(xiàn)的電力系統(tǒng)沖擊的情況以及系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障的問題，也有可能是由于電網(wǎng)遭受了巨大的外來侵襲干擾，暫態(tài)電能污染的主要判斷依據(jù)就是電能發(fā)生脈沖、電能突然間中斷以及電能發(fā)生浪涌的情況、從這些不同的性能指標(biāo)可以看出，電源污染是靜態(tài)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(xiàn)為三相不平衡、浪涌沖擊以及雷擊和電壓值發(fā)生偏差幾種現(xiàn)象。

（1）浪涌沖擊和雷擊情況

電力系統(tǒng)會受到浪涌沖擊和雷電波的干擾，系統(tǒng)會發(fā)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(zhì)和震蕩性質(zhì)，也可以呈正極性或負(fù)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(jìn)行分析，從而獲得如表1中的數(shù)據(jù)表。

表1 電壓畸變研究結(jié)果

（2）電壓值偏差

電壓值偏差就是指實(shí)際的電壓與標(biāo)稱的電壓額定值發(fā)生偏差，按照電壓值偏差偏移的時續(xù)時間可以將其具體分為持續(xù)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(biāo)準(zhǔn)值要么低于標(biāo)準(zhǔn)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(hù)器無法使過壓值波動消除或者甚至完全消除，在實(shí)際的操作過程中，人們經(jīng)常會將這一狀況忽視，因此就很容易造成計算機(jī)以及控制系統(tǒng)等敏感設(shè)備停機(jī)或產(chǎn)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(xiàn)為在一定時間段之內(nèi)，正弦波峰值要低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，但這是一種短時間的電壓波動現(xiàn)象，所以不會對電氣設(shè)備造成任何的損壞，但是有可能對電力自動控制系統(tǒng)與內(nèi)部邏輯系統(tǒng)的工作產(chǎn)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(tǒng)的電壓和電流A、B、C三相幅值在相等的情況下電力系統(tǒng)的運(yùn)行才能保持穩(wěn)定和安全，如果三者的穩(wěn)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(huán)境就會受到破壞，電力系統(tǒng)會出現(xiàn)一定的故障。

2.2 穩(wěn)態(tài)的電能污染

諧波污染問題就是穩(wěn)態(tài)電能污染中最為關(guān)鍵的污染問題，從大多數(shù)電能污染的相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的諧波放大或產(chǎn)生諧振情況時，電網(wǎng)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(chǎn)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(tǒng)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(zhuǎn)電機(jī)

在汽輪發(fā)電機(jī)中相對敏感的部位就是轉(zhuǎn)子，在實(shí)際的用電過程中，經(jīng)常會發(fā)生轉(zhuǎn)子部件的嵌裝面過熱而受損，從而引發(fā)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，此外，當(dāng)發(fā)電機(jī)中有負(fù)序電流通過時，就會產(chǎn)生負(fù)序的旋轉(zhuǎn)磁場和負(fù)序的同步轉(zhuǎn)矩磁場，發(fā)電機(jī)中就會增加外來的震動，如果這種狀況持續(xù)時間過長，就會導(dǎo)致機(jī)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(fā)熱，這種發(fā)熱現(xiàn)象難以避免變壓器的老化，縮短其使用壽命，因此應(yīng)該及時預(yù)防這種情況發(fā)生。

（4）污染電力測量儀表的準(zhǔn)確性

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

（5）污染繼電保護(hù)和自動裝置

諧波會在負(fù)序量的基礎(chǔ)上對繼電保護(hù)裝置和自動控制裝置造成強(qiáng)烈的干擾，由于繼電器的保護(hù)功能是通過負(fù)序量的整定而實(shí)現(xiàn)的，所以當(dāng)整定值很小時，繼電保護(hù)裝置的靈敏度就會提高。

3 優(yōu)化電力設(shè)計降低電能污染

電力設(shè)計的優(yōu)化是一個十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是相對復(fù)雜的流程，由于電力系統(tǒng)的整個節(jié)點(diǎn)的電能情況是存在較大差異的，運(yùn)行情況也各不相同，所以需要對電力運(yùn)行的實(shí)際情況展開分析，采取合理的優(yōu)化設(shè)計方案。

3.1 對電網(wǎng)無功功率的分布狀況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

通過優(yōu)化設(shè)計電網(wǎng)無功率的分布情況可以改變無功功率以及電網(wǎng)的具體參數(shù)值、電網(wǎng)元件的電阻值，如果電網(wǎng)中原有導(dǎo)線的橫截面較小時，現(xiàn)有導(dǎo)向的截面面積就會增大，此時無功率和電阻就會相應(yīng)減小，這種設(shè)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(yōu)化設(shè)計方式就是改變電網(wǎng)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(yùn)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(wǎng)中經(jīng)常見到的優(yōu)化設(shè)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(dǎo)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(dǎo)線周圍電場的強(qiáng)度，在我國目前的優(yōu)化電力設(shè)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(bǔ)償優(yōu)化設(shè)計

無功功率的產(chǎn)生是在輸電線路以及變壓器進(jìn)行功率傳輸中形成的，如果將電網(wǎng)元件以及輸電線路還有變壓器等進(jìn)行改變，就會有效改變電網(wǎng)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(wǎng)元件中的傳輸功率改變；②通過改變電網(wǎng)中網(wǎng)格的具體參數(shù)來抵消電網(wǎng)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(qiáng)用戶側(cè)電效管理，不斷提升電能使用效率

隨著我國電力實(shí)踐水平的提升，電能管理理論也得到了發(fā)展和應(yīng)用，在優(yōu)化電力設(shè)計降低電能污染的過程中難免會使用到用戶側(cè)電效管理理論。所謂用戶側(cè)電效管理理論其實(shí)就是指3EM，即EEEM理論，它是集電能管理方法與電力設(shè)計技術(shù)為一體的一種先進(jìn)的技術(shù)管理體系，該體系主要是通過第三方用電機(jī)構(gòu)經(jīng)過特殊的技術(shù)方式為用戶降低電能損耗，對電力系統(tǒng)不斷進(jìn)行優(yōu)化的管理體系，其主要的優(yōu)點(diǎn)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(yōu)化和保護(hù)電力設(shè)備作用的一種技術(shù)手段。這種技術(shù)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(tǒng)/電力品質(zhì)層面的效率還有負(fù)荷側(cè)設(shè)備的運(yùn)行層面的效率三大重要模塊構(gòu)成。

人們經(jīng)常會受到傳統(tǒng)思想的束縛，普遍會認(rèn)為電能的主要浪費(fèi)發(fā)生在負(fù)荷側(cè)，但經(jīng)過實(shí)際證實(shí)，西方的著名電能效率觀點(diǎn)確認(rèn)為金字塔頂端與中部的電能浪費(fèi)是最關(guān)鍵的部位，我國目前許多電力企業(yè)對這一理論的認(rèn)識水平不足，在電能的管理中只是從電力設(shè)備的運(yùn)行安全方面考慮，由此忽視了電能效率的運(yùn)用與實(shí)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(fèi)的重要部位以及具體時間段，對于電能的系統(tǒng)漏洞更是不清不白，根本無從談起如何進(jìn)行電能改進(jìn)與調(diào)節(jié)，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(shè)備至少可以減少10～20%的電能浪費(fèi)；至于金字塔的中部可以通過開發(fā)中一種系統(tǒng)供電壓以及系統(tǒng)阻抗的電力設(shè)備等高精度、高精密的儀器不斷改善我國的用電品質(zhì)，從而大范圍減少電能污染；在負(fù)荷層面的電能效率提升可以從電機(jī)以及抽油機(jī)還有普通的照明燈具等終端電力使用設(shè)備中進(jìn)行電能的使用效率提升，具有很大的提升發(fā)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(shù)理論，但我國的電能污染與浪費(fèi)并非是單一因素影響的結(jié)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(tǒng)設(shè)備以及電力傳輸品質(zhì)的影響，由于電力是一種不可控的因素，所以受電力負(fù)荷和電力成本的制約，導(dǎo)致在電力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中不得不采用低壓側(cè)電系統(tǒng)管理方法改造低壓側(cè)配電系統(tǒng)，從而大力提升我國的用電效率。

5 結(jié)束語

綜上訴述，工業(yè)化的進(jìn)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(biāo)可以提升電力設(shè)計優(yōu)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(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。隨著我國電力系統(tǒng)的不斷優(yōu)化升級，國家對電能技術(shù)的監(jiān)管工作日益加強(qiáng)，所以對電力設(shè)計的整體進(jìn)行不斷優(yōu)化十分重要，本文通過對我國電網(wǎng)中不同類型的電能污染情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析論述，從這些污染產(chǎn)生的原因以及造成的巨大危害狀況入手，制定了相應(yīng)的電能污染優(yōu)化設(shè)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(tǒng)的整體優(yōu)化和設(shè)計提供了重要的借鑒和參考內(nèi)容。

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

[2]梁靜荷.關(guān)于優(yōu)化電力設(shè)計降低電能污染的幾點(diǎn)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(shè)計工作。