在区域电网进行电能质量测试的重要性

李 波

国网黑龙江黑河供电公司

电力系统是一个有机的整体，在保证向用户提供优质电力的同时，还要避免遭受用电设备对电网产生的干扰。了解各类负荷对公用电网带来的危害，采用技术手段进行监督管理，采取措施进行抑制和治理。

1 前言

电能是一种经济适用、清洁方便的能源形式，其生产、输送、分配和转化直至消耗是同时进行的。电力系统的电能质量始终处在动态变化中，其状况相互影响。在发、供、用构筑的整体中，不论哪个环节引起电能质量问题，质量一旦达不到标准要求，都会对相关设备的安全运行构成威胁。

2 电能质量问题存在的原因及产生的危害

专家认为，对现代电能质量的定义应该理解为“导致用户设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题”。则表征电网电能质量好坏的技术指标有五个方面。下面首先从这几个方面所产生的原因和由此造成的危害进行主要阐述。

电压偏差

电压偏差是指电力系统电压缓慢变化，其实际电压与系统标称电压之差。由于系统网架结构不合理，供电电源不靠近用电负荷中心，供电半径过大，无功负荷没有遵循就地平衡的原则，都会产生电压偏差。其超标的危害主要表现在用电设备会由于过电压或过电流而损坏；对电网的稳定、经济运行也造成危害，可能产生同步运行稳定破坏或电压不稳定的严重电力系统事故。

频率偏差

在电力系统中，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功率不平衡时，将引起电力系统频率变化。无论电力系统低频率运行还是高频运行，都会对发电厂和电力用户产生不利影响，引起恶性循环，危害电力设备的绝缘，增加用户和系统的损耗，甚至造成严重事故。

三相不平衡

随着经济的发展，不断出现的大量不平衡负荷以及一些大容量负荷，使电网三相不平衡日趋严重，危及电力系统的安全和经济运行，特别是当电网中同时存在谐波时，对电网的安全运行是有严重威胁的。如区域电网内10kV工业干为某一钢厂供电，钢厂采用中频电弧炉炼钢。电弧炉在熔化期三相电极不规则的调整，其电弧电阻的非线性导致大量谐波注入电网引起三相负荷的不平衡，严重的三相不平衡使采用三相四线制系统供电的配电网中性线过负荷，在中性线上产生不平衡电流，引起零电位漂移，导致临近某学院多台计算机烧损，损失严重。

电压波动与闪变

电压波动和闪变大多产生于配电系统，并通过配电变压器传递到低压侧的用户电源端。有些电压波动尽管在限度以内，但可能产生照明闪烁、干扰计算机等电压敏感型设备的正常运行。

公用电网谐波

非线性用电设备是谐波产生的主要原因，由于非线性设备产生的谐波电流通过系统网络注入系统电源中，畸变电流流经系统阻抗使母线电压发生畸变，如化工行业的高频炉、钢铁行业的炼钢炉等；随着电子设备应用的大量增加，具有UPS 电源、电子调速设备及家用电器中的计算机、微波炉等各类非线性设备使用集中地区谐波污染也已相当严重。谐波污染的影响使电能质量明显下降，对电力系统的安全、经济运行及电力用户的可靠用电都造成了威胁。

值得一提的是，谐波污染还会引起变电站的并联或串联谐振，造成电压互感器等设备损坏；造成变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，引起变压器、电力电缆等设备发热、电容器损坏。例如局域网某变电所投产初期，由于非线性负荷比重较大，并联电容器组投入时电容器的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，造成电容器的过电流和过电压，致使电容器的损耗增加、发热异常，绝缘加速老化。同时，谐波使工频正弦波形发生畸变，产生锯齿状尖顶波，在绝缘介质间引发局部放电，局部放电也同时加速了绝缘介质的老化，致使该变电所电容器在短期内多次损坏。

3 区域网现状及所面临的问题

区域电网结构复杂，运行方式特殊，由220kV 变电站8 座，220kV 线路总长1200km；110kV 变电所22 座，110kV 线路总长1500km ；35kV 变电所13 座等构成，由省网和俄网共同供电，供电半径大，负荷情况复杂，使电网稳定、经济运行压力较大。

区域电网高耗能，仅工业园区就有工业硅冶炼企业七家，供电容量在200MVA 以上，化工企业陆续投产，使非线性负荷所占比重越来越大。这些工业负荷一般都安装有无功补偿电容器，由于供电系统在网络中都呈感性，电容器的存在就创造了谐振的条件，因此可能放大来自非线性负荷的谐波电流，从而引起电网中电压畸变率的增高产生其他问题。

风电场接入电网后，在向电网提供电能的同时，也会给电网的运行带来一些负面影响。风能作为一种无污染的可再生能源，在未来的能源系统中发挥着重要的作用，在风能资源丰富的区域，得到了快速发展，近两年来，局域电网就有多家风电场并网运行。风电是一种清洁能源，但是随自然条件变化的，风速与风向的随机变化，造成风力发电机组出力的随机性和间歇性，随着风电场的建设和装机容量在系统中所占的比例的增加，大风速扰动会对系统的电压和频率产生较大影响，且机组启动时从系统大量吸收无功，并网瞬间的冲击电流为额定电流的2～3 倍，造成系统电压水平下降，危及系统稳定。

商业负荷和民用负荷对局域配电网系统电能质量的影响也不容忽视。商业客户中大量的不间断电源、电信交换机、压缩机等交流调速装置都是典型的非线性设备，而家用电器也都会产生谐波，虽然单个容量较小，但是数量巨大。在以三相四线制供电的配电系统中，这些非线性负荷所产生的谐波电流会导致供电线路的中线导体过热、变压器过热以及干扰通信系统。

电能质量测试在预防、检修中的作用

要保障电网的安全、经济运行，就必须及时地对电网中的污染源进行定量的分析，采取适当的措施加以限制和管理，目前无法进行准确的定量分析，只有依靠测量手段。

2009年初，工业园区合盛硅业投运前，对其进行了接入谐波评估测试。该负荷由220kV 爱辉变35kV 八号线（俄网）供电，主要用电设备总容量为12600kVA（三台单相变压器，单台容量4200kVA），主要负荷为交流电弧炉，额定出力为12500kW，这类设备在冶炼过程中，工作电流极不稳定，会产生较大数量的谐波电流注入电网，引起区域网电压波形畸变，其电弧炉运行时三相电机不能保持同步升降，形成三相负荷不对称，造成电网电压三相不平衡。通过测试所得，该企业生产时所注入的各次谐波电流中，3、5、7 次都超出国家标准规定的允许值要求，爱辉变35kV八号线母线电压谐波的总畸变率为5.5%，超出国家标准规定的限值（3%）。要求合盛硅业对谐波源进行综合治理，必须采取滤波补偿措施。该企业采用高压并联电容器、串联电抗器的补偿措施，补偿装置投运后，进行实测，生产时所注入的3、5、7 次谐波电流显著减少，爱辉变35kV八号线线母线电压谐波的总畸变率为2.67%，符合国家标准规定的限值。通过监测手段，加强了电网中谐波源的管理，限制了用户谐波源注入电网的谐波电流，有效预防各种危险谐振现象的发生。

在区域电网进行电能质量定期监测，还可以及早捕捉系统中出现的问题，及时进行检修预防，减小系统潜在危险。如某变电所在短时期内先后发生两次因10kV 母线过电压造成对地短路，绝缘子爆炸，引线、刀闸烧毁的事故。经过对此变电所进行电能质量监测，发现发生事故的母线电压不平衡（电压互感器二次电压最低相为55V，最高相为62V），各项电压谐波含量很高，其三次谐波含量达22%，且该母线所带的各负荷进线的电流谐波含量并不高，仅为1.5%。经分析验证，确定为该10kV 母线上的电压互感器中性点接地不良造成的。检修排除故障后，三相电压恢复平衡，电压谐波降至1.1%的正常值。结合此次事件，对同等情况的变电所进行了排查，避免同类事故的再次发生。

4 结语

随着地域经济的飞速发展，地区负荷不断增长，用电需求不断增大，电能质量问题备受关注。为了避免电能质量事故的发生，对区域电网进行电能质量测试，对非线性负荷进行监测、治理，是保障局域电网安全、可靠、经济运行的必要手段。