王康雷

（廣西百源供電設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 廣西南寧 530022）

分析如何優(yōu)化電力設(shè)計(jì)降低電能污染

王康雷

（廣西百源供電設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 廣西南寧 530022）

隨著我國(guó)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(guó)電力的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以本文將對(duì)電力設(shè)計(jì)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(jì)；電能污染

社會(huì)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(shí)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(duì)周邊環(huán)境造成的不良影響。隨著社會(huì)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(jì)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(dòng)以及變頻的驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)的情況下就會(huì)造成巨大的火災(zāi)事故。

1 當(dāng)前我國(guó)的電力設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

電力設(shè)計(jì)是電力工業(yè)的輔助作業(yè)，因此電力工業(yè)的發(fā)展會(huì)與電力設(shè)計(jì)的發(fā)展緊密相關(guān)，作為我國(guó)的國(guó)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(guó)能源化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，我國(guó)正在經(jīng)歷一個(gè)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(guó)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(duì)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(huì)受到浪涌沖擊和雷電波的干擾，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生閃變，這種閃變主要是指電壓瞬間脈沖時(shí)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(duì)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(shí)續(xù)時(shí)間可以將其具體分為持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電壓值偏差和瞬時(shí)間的電壓值偏差，瞬時(shí)間的電壓值偏差稱之為電壓波動(dòng)，主要是指不到一個(gè)或者只有一個(gè)的多個(gè)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(gè)周波的時(shí)間大約為10ms～2.5s，對(duì)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(dòng)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(huì)將這一狀況忽視，因此就很容易造成計(jì)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(dòng)，所謂欠壓波動(dòng)是指正弦波峰值晃動(dòng)或降落，也表現(xiàn)為在一定時(shí)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(shí)間的電壓波動(dòng)現(xiàn)象，所以不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成任何的損壞，但是有可能對(duì)電力自動(dòng)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(shí)，三相平衡條件環(huán)境就會(huì)受到破壞，電力系統(tǒng)會(huì)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(shí)，電網(wǎng)的受損情況會(huì)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(duì)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(huì)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(duì)敏感的部位就是轉(zhuǎn)子，在實(shí)際的用電過程中，經(jīng)常會(huì)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)序的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和負(fù)序的同步轉(zhuǎn)矩磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)中就會(huì)增加外來的震動(dòng)，如果這種狀況持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)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(huì)造成變壓器的附加損耗增大，而且還會(huì)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(shí)預(yù)防這種情況發(fā)生。

（4）污染電力測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確性

諧波對(duì)電力測(cè)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(huì)導(dǎo)致電力測(cè)量表的計(jì)量誤差加大。

（5）污染繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置

諧波會(huì)在負(fù)序量的基礎(chǔ)上對(duì)繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)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(shí)，繼電保護(hù)裝置的靈敏度就會(huì)提高。

3 優(yōu)化電力設(shè)計(jì)降低電能污染

電力設(shè)計(jì)的優(yōu)化是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是相對(duì)復(fù)雜的流程，由于電力系統(tǒng)的整個(gè)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(duì)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(jì)方案。

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

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)，現(xiàn)有導(dǎo)向的截面面積就會(huì)增大，此時(shí)無功率和電阻就會(huì)相應(yīng)減小，這種設(shè)計(jì)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(jì)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(huì)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(jì)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(chǎng)的強(qiáng)度，在我國(guó)目前的優(yōu)化電力設(shè)計(jì)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(jì)

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(huì)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(guó)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(jì)降低電能污染的過程中難免會(huì)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(jì)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(duì)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(huì)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(huì)受到傳統(tǒng)思想的束縛，普遍會(huì)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(guó)目前許多電力企業(yè)對(duì)這一理論的認(rèn)識(shí)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(zhǎng)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(shí)間段，對(duì)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(duì)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(guó)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(guó)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(jì)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(guó)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(jì)優(yōu)化的水平，而降低電能損耗的重要途徑就是不斷對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷優(yōu)化升級(jí)，國(guó)家對(duì)電能技術(shù)的監(jiān)管工作日益加強(qiáng)，所以對(duì)電力設(shè)計(jì)的整體進(jìn)行不斷優(yōu)化十分重要，本文通過對(duì)我國(guó)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(jì)措施，從而為我國(guó)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)工作。