浅析发电厂电能质量监测与管理

郭其祥，侯瑞明

（山西京能吕临发电有限公司，山西 吕梁 033200）

随着当今电力系统网络运行的日趋复杂化、科技数据化，在实现对电能质量的监测与管理自动化的进程中，需要我们火力发电厂针对不同的电网运行布局和不同的监测目的，结合智能电网科技大数据分析和递推逻辑，构建出新时代电能质量智能监测系统。

通过对电力系统集成运行数据的采集分析，新时代电能质量智能监测结合火电机组运行数据标准，进行复杂高效的对比分析，运用判据横向和纵向对标计算，得出安全稳定运行的监测结果，评估电能的质量指标优劣势。

1 当前火力发电厂普遍存在的电能质量问题

1.1 电压偏差

由于电力系统运行的复杂性，尤其是发电厂涉及的专业和设备种类繁多，存在一些大容量的异步电动机等快速变化的冲击性负荷，在机组启动时容易形成电压跌落，同样在发变组解列时，厂用电电压会出现突升的情况，同理，雷击、操作过电压等同样会引起电压波动。

系统电压较低，电机和照明负荷接受长时间的电压质量危害，同时电网系统诸多重要行业也同样存在此类危害。电压低会增大功率角，使电机长时间超额定电流运行，造成电动机定子绕组电流、温度短时间急剧上升，工作效率也大幅降低、使用寿面减少；同时影响医疗、高科技行业的正常运转。

系统电压较高，持续偏高的电网电压会造成电动机、电感器、变压器等设备的铁芯状态饱和，这些设备铁芯的磁通量就不会再增加，同时我们也无法直接测量和发现这类型的隐患和故障，过度的铁损造成设备使用寿命急剧减少。我们电力企业高电压条件下使用的电力电子设备，增加5%的电压就是减少50%的使用寿命。我们高精密产品的制造在持续高电压条件也会大幅增加产品质量的不合格率。

1.2 谐波污染

大数据时代，高精度生产工艺和先进的自动化水平是发电企业的两个重要特征。变频电力设备的广泛应用，通过AC-DC-AC转换根据电动机的实际需要提供所需的电源电压。一方面，达到了节能调速的目的，创造了可观的经济效益；另一方面，由于变频设备输出电压波形为脉冲方波，谐波成分多。发电厂中的谐波源主要有以下四个方面。

（1）变频设备。我发电厂在空冷风机、凝结水泵、一次风机及给煤机等调速频繁的设备中使用了变频设备，有效地降低了成本，提高了生产效率。但由于变频设备输出电压波形为脉冲方波，谐波成分多，谐波失真、电压稳定度都没有得到有效治理。（2）硅控整流器设备。我发电厂为减少碳排放和粉尘超标，在锅炉尾部工艺中采用多层级电除尘，其中机组UPS、网控UPS和硅控整流器设备，能够连续供应基本电流，但也产生了大量的功率损耗，谐波危害没有得到有效控制。（3）电抗器设备。电抗器主要是用来限流和滤波。主要是用于限制电网中电压发生突变时候电流冲击，可以有效保护改善变频器的输出。但在电抗器处于补偿功率的状态下，谐波危害就不可忽视了。（4）照明灯具。金属卤化物灯、LED显示屏等大量使用，产生的谐波也同样难以解决，他们都是典型的谐波源，谐波含量都非常高，波形不规律，经傅里叶级数分解，就可看出含有不同幅度的高次谐波。

2 电力企业电能质量现状和瓶颈

2.1 电能质量现状

网络大数据时代，随着经济的发展、科技的进步和生产过程的高度自动化，电网系统中各种非线性负荷不断增长且对电能质量影响的用电设备日益增多；同时社会各领域电力电子和信息技术的应用和发展如雨后春笋，对电能质量的控制和提升也越来越被重视；电能质量综合治理，已成为当今电力系统电网建设管理中必须认真关注探讨的重要课题，刻不容缓。

目前，大家更多关心的是综合厂用电率的高低，大量应用变频设备来减少厂用电但忽视了电能质量的治理工作。这就需要我们发电厂下一阶段要进一步加强对电能质量的重视。除谐波、电压波动外，电压骤降和闪变等动态电能质量问题，也应该引起大家的关注。

2.2 存在技术瓶颈

（1）电能质量的综合治理、电能质量技术监督等规范规程不完善。系统性研究和实施电能质量综合治理方案，从电力企业的用电设备实际特点出发，出台有关电能质量的综合治理方案是今后一段时间最有效的方向。

（2）改善电能质量的设备价格相对比较昂贵，现阶段不利于推广。包括变频消谐装置、电压偏差分析设备、谐波污染源监测仪、优质电缆等产品以及电抗器和滤波器的选择等。

3 电能质量监测和管理的应用

3.1 我公司电能质量监测

电能质量技术监督工作，是保障电力系统安全稳定经济运行的重要技术管理手段，是电能质量各个方面的具体描述，体现了我们技术管理的水平和方向，电能质量技术监督工作的重要依据和标准，都是建立在电能质量监测数据的基础之上。

主要监测工作有：电压中断（瞬时断电、暂时断电、持续断电）分析、AVC投运率和合格率诊断、频率偏差、瞬时尖峰脉冲闪变监测，对电能质量开展实时监测；计算和分析谐振特性，判断精密谐波和简谐波对精密设备的影响；针对特殊工况进行谐波源负荷和电能质量要求等方面的技术咨询，以达到降低线损和事故发生的目的。

主要监督工作有：电力系统频率偏差矫正装置、电压测量记录仪表、三相电压平衡监测、电网谐波捕捉消谐器等。健全设备技术档案，对设备的维护和修理像对待患者一样，建立有效的分析和自动识别系统。电网调度自动化、无功调节优化、负荷控制以及新型设备调频、调压的应用在很大程度上改善了电能质量。

3.2 我公司电能质量技术监督

电压波动和闪变、三相不平衡度、谐波技术监督是电能质量技术监督的重要关注方面，他们同用电负荷的关系较密切，而且难以做到实时监督，需要试验机构定期组织监测；各种非线性负荷设备产生的谐波电流需要采取有效控制方法，不能单纯依靠国标和规范导则。管理和防治这些谐波电流对电能质量的破坏和干扰，实现控制阻尼振荡和提高系统稳定性等多项功能都有很大的研究空间。

改善电能质量措施的研究涉及面也很广，对空冷风机、凝结水泵、一次风机及给煤机等变频设备进行评估数据分析，及时出台了治理谐波超标的诸多技术措施。

3.3 我公司电能质量管理

我公司领导班子坚决要求电能质量管理监督工作要充分利用先进技术和先进科学理念来开展，打造电能质量监督控制管理专业特色，深入研究原理和本质，切实提升电能质量。电能质量技术监督小组以安全和质量为中心，以技术监测数据为依据来开展工作，通过严格执行技术监督管理标准，真正做到对电能质量水平的管控。其次，专业攻坚小组将电能质量监测相关数据、报表、记录和报告进一步做细做实，逐项落实各类电能质量管控措施，积极主动与监测技术服务单位交流沟通，不断提高我们的电能质量技术监督水平。

2021年，公司将针对电能质量管控的一些技术难题诸如谐波监测和抑制技术应用的管理等方面，逐项落实措施和方案。充分利用能源管控与技术监督平台软件，与监管单位进行互动交流，与同类型发电厂进行对标，根据对标相关条款和要求，逐条落实，切实提高我公司电能质量监督控制管理工作水平。

4 结语

今后一段时间，电能质量监督管理工作一定会面临更多新型的、技术性的难题，这些难题有的属于组织管理方面的，有的属于技术层面的问题，要具体情况具体分析，采用科学可行的方法，也可以多措并举，以达到我们期待的满意效果。电能质量监督工作数字化、制度化、规范化将是未来更为合理的发展方向和趋势，提升电能质量工作有利于进一步优化电力企业项目资源的配置，在监测管理过程中显露的问题，我们坚决认真总结经验和教训，使发电企业电能质量建设稳步推进，有效保障电力系统健康、绿色安全运行。