电网系统污染的产生及危害初探 电网污染

　　摘 要:本文较为系统地分析了我国电网系统常见电力污染的现状、形成内因及危害,以引起我国工业民用电力、电气、电子工作者及国家电力相关标准的制定者对电力污染的充分认识和足够重视,从政策、规范、三个方面解决长期困扰我国各行业的电力污染问题。
　　关键词:电网 电力污染 电网环境 危害 规范
　　中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0132-01近年,我国大、中、小型供、用电网及用电器已明显增多。供配电网及工业、民用电器自生的物理结构和相互作用而产生大量定期及不定期、定量及不定量的电压波动、浪涌及雷电、电磁噪声、辐射和干扰,以上污染对我国工、民用供配电、用电系统、设备形成一定的危害及不利影响。只有针对性地、深入分析其产生的内因及危害,才能制定相应的供配、用电法律和规范,找到解决、降低电力污染不利影响的有效技术和装置。
　　电压波动指供用电电压正弦波的峰值和谷值,在一定时间超过或低于标称电压,约从半周波到几百个周波,从10ms～2.5s,包括过压及欠压波动。市面出售的过电压保护器和普通避雷器只能消除瞬态脉冲,基本不能消除过压波动。普通避雷器在限压动作时会超过其额定的热(焦耳)容量,导致其保护作用延迟并烧毁,无法提供持续稳定的保护功能。电压波动是导致计算机系统、控制系统和敏感电子设备故障、停机的主要原因。欠压波动是多个正弦波的峰值和谷值,在一段时间内低于标称电压,如电压突降和晃动。供电公司供电电压过低和用户负荷过载是造成长时间低电压的主要原因。严重的失压则是由于配电网内重负荷的启动造成,如大型电弧炉、空调机组、电动机组的启停及开关电弧、熔断器熔断、断路器动作等,以上都是导致电压波动甚至电压畸变的主要原因。
　　浪涌冲击和雷电波的侵入导致用电系统内部阻抗发生闪变,即时间仅2ms之内的电压瞬时涌动,这种涌动具有正负两个极性,具有典型的连串及震荡特性,亦被称之为尖峰、缺口、干扰、毛刺、突变。浪涌冲击问题直至20世纪40年代,由大型冶炼炉和电弧焊机引发的电压闪变才引起有关电力工程师的关注。近年,随着大型整流电源设备、计算机及UPS等斩波型开关电源设备的广泛使用,浪涌冲击和谐波畸变以遍及各个行业。由此而来的设备误动作、相互串扰、电器绝缘损坏、过电流及不平衡电流现象时常发生。
　　浪涌冲击的危害在谐振发生时将更为严重。在脉冲的一系列频谱中,当线路电感量和电容量接近时,极有可能引起谐震,导致谐波在用电系统的局部区域不断放大。谐振不仅会随着瞬间干扰产生高电压和过电流,在50Hz基频系统叠加谐振电流,引起设备绝缘过热,直至烧毁损坏。
　　诸如商业大厦的电梯变频调速驱动系统、不间断供电系统等整流逆变装置设备的广泛应用,成为浪涌冲击和谐振的主要原因,同时,整流触发电路也会引发浪涌和谐振。整流设备不仅导致波形畸变,同时会令功率因数下降,因此需安装补偿电容器来改善功率因数,但常规电容器的投入更容易引发谐振现象,在轻载时必须切除。
　　整流电路中的三个因素应予以注意。一是电路中开关的投入、分断引发的瞬时浪涌干扰。整流器、逆变器是一系列复杂的固态开关电路,它们首先从交流电源电路的一相中吸取电流,然后转到下一相,不断循环,依次给同一输出导线直流供电。当电流由一相导线转换到另一相时,两相导线基本处于短路状态,虽然此状态仅持续零的几毫秒,却造成尖峰和缺口脉冲浪涌干扰。二是整流器在提供直流时,其工作原理不仅要求交流线路提供基频电流,也要求提供高次谐波,以通过整流元件合成近似平稳的直流,在制造高次谐波的过程中反过来影响交流电源的基波电流。三是电路中存在固有的电感和电容,它们的组合可能引发谐振,使电压电流的幅值大幅增加,电气工程师的工作就是要确定这种发生条件的区间,并设法加以避免。
　　现在工厂和办公大楼,适当数目的可控硅整流装置(SCR)装置较少引发故障,但在下述情况下却有可能造成事故。一是供电系统存在容量较大的可控硅整流装置(SCR)装置,装置负荷站配电变压器容量的40%以上,在用电设备换向时产生的尖峰脉冲极易烧损电容器组。二是整流器通常的功率因数工作在较大(50%以上)的滞后条件下,而且存在频繁投切的电容器。三是可控硅整流装置(SCR)装置的负荷大于同浪涌冲击的危害,浪涌冲击比谐波更易造成熔断器熔断。
　　因此,熔断器的额定电流应慎重选择。在通常情况下,传统 的设计原则不会有问题,在有尖峰毛刺的电压波形情况下,应将正常的设计参数在放大2.2～2.5倍。
　　电磁噪声、辐射和干扰现象主要是部分设备电源电路、信号处理电路设计不严谨;布线未按照强弱点分离原则;屏蔽、防干扰措施不利;干扰源离被干扰设备较几近等原因引起。现有的技术手段和措施基本可以解决。
　　为促使电力部门、用户共同采取措施,保护用电环境,防治谐波干扰.提高供电质量,维护电网安全运行,保障接入电网的用电设备正常工作。国家技术监督局批准并颁发了国家标准GB/T14953《电能质量公用电网谐波标准》,以上标准从法律上规范了电力部门、电子电力装备制造部门和用户的设计、制造、使用、改造行为,目前,我国多数行业依照国家GB/T14953《电能质量公用电网谐波标准》标准,利用当今先进技术、设备,已经大幅降低电网系统污染所产生的危害。但我国现有电网环境和利用效率距离发达国家的电网环境还有很大差距,主要是认识晚、底子薄,但只要通过我们几代行业人员的共同研究和努力,一定会迎头赶上,使我国电网环境提前跨入发达、清洁、高效国家的行列。
　　参考文献
　　[1] 吕润馀．电力系统高次谐波[M]．北京:中国电力出版社,1998.
　　[2] 电能质量－公用电网谐波,GB／T14549-1993[S].