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1摘要
随着国民经济和现代工业的高速发展，电力系统中的负荷日趋复杂化和多样化。电气化铁路、冶金等电网中大功率非线性、冲击性及波动性特殊负荷的大量应用，使得电网产生谐波、三相不平衡、电压波动与闪变等电能质量问题。特殊负荷对区域性电网甚至整个电力系统的影响已表现得十分明显与突出。本文对特殊负荷进行了定义，其产生电能质量问题进行了阐述，并对特殊负荷的管控和治理提出了相应措施。
关键词：特殊负荷；电能质量；谐波；管控
2特殊负荷的含义和电能质量问题
特殊负荷，是指可能对电网电能质量产生严重影响的负荷，具有非线性、冲击性、波动性、不平衡等特点。典型的特殊负荷主要包括： 功率可控硅整流装置，如电气化铁路、电解装置、直流输电的换流阀和相控电抗器型无功补偿装置； 工业冶炼负荷，如交流炼钢电弧炉、轧机、高频感应加热炉等； 大型变压器、电抗器等铁心设备； 分布式电源，如风力发电、光伏电站及电动汽车充电站等。特殊负荷的电能质量特性一般表现为因非线性特性而产生大量谐波污染，其对电网影响不容乐观。宜昌近几年工业水平不断提升，动车高铁数量急剧增加，下面来分析一下以上两种特殊负荷的电能质量特性。
2.1电气化铁路的电能质量特性
2.1.1谐波特性
电铁负荷具有单项不对称、波动剧烈的特点，因此其产生的谐波有别于其他店里用户产生的谐波。电铁负荷特性主要表现在特征谐波相比普通负荷有所不同谐波初相角分布广泛，可在复平面0-360之间随机分布3谐波幅值随机剧烈波动并在一定条件下具有日周期性谐波从110kV或220kV电压等级直接注入电网等。
2.1.2负序特性
电气化铁路是单相负荷，当三相电力系统对其供电时，它将向电力系统注入负序电流。单相工频交流电气化铁路的首要问题就是拓扑结构的不对称，加之单相负荷的独立性和变化的随机性，使得其返回系统的负序问题颇为复杂。电气化铁路接入系统一般会采用轮流换相的方法进而减小其单相性对电网各公共连接点的影响。
2.2工业负荷的电能质量特性
工业负荷的类型多种多样，包括交（直）流电弧机、电热炉、中频炉、精炼炉以及电解设备等。该负荷主要的电能质量特性包括谐波和电压波动特性，此外对于不对称工业设备还具有负序特性。
2.2.1谐波特性
冶炼设备的谐波特性主要取决于两方面：非线性电阻特性和整流电路特性。如果冶炼过程中存在电弧，而这些电弧是非线性电阻性的，因此电弧燃烧时就产生了谐波电流。该谐波电流由于电极的阳极和阴极压降不同，因此存在偶次谐波 成分。此外，由于电弧的导电率和长度随时间变化，谐波幅值也会随机变化，从而产生连续的谐波频谱，使主要的谐波频率都存在频带，即间谐波。如果冶炼负荷存在整流电路，则整流装置将使冶炼负荷产生特征谐波注入电网。
2.2.2电压波动特性
各类工业负荷所消耗的功率存在不同程度的冲击性和随机性特点，而无功功率变化所带来的主要电能质量问题就是电压波动与闪边。其中，电压波动与闪变问题最严重的就是电弧炉设备。电弧炉的电压波动特性主要取决于其融化期的电气特性。
2.2.3负序特性
交流电炉均存在不同程度的负序问题，其负序特性主要取决于电炉的大电流电感支路。大电流电感支路包括变压器二次侧连接、电极导线以及电极。一方面，由于导体的几何对称性总会存在偏差，在强磁场的作用下产生不对称的互感系数，从而使电感支路表现出静态不平衡性。另一方面，大电流电感支路在电炉运行时会改变他们之间的相对位置，从而表现出动态不平衡性。
3特殊负荷的管控
特殊负荷电能质量的管理应本着“安全第一、预防为主、超前防范”的方针进行全过程的监督与管理。
对于新建、扩建或改建的特殊负荷项目，电网公司在用户用电工程设计时应使用户明确电能质量的重要性及影响，使用户在进行设计的同时考虑改善电能质量的措施，如： 抑制谐波、改善三相不平衡、电压波动和闪变等抑制措施； 用户完成用电方案设计并进行接入系统申请后，电网公司相关部门应组织特殊负荷用电方案设计的审查工作，同时对用户提交的电能质量评估结果进行审核，审核通过后方可与用户签署供电协议，并通知用户开展后续工程； 当电能质量评估结果不满足要求时，电网公司则需及时通知客户进行相关整改，提交改善的电能质量污染抑制或治理设计方案。供电协议作为明确电网公司和用户双方权利与义务的法律条文，应将涉及电能质量方面的内容纳入其中，从而实现对特殊负荷用户设备的有效管理。特殊负荷客户受电工程竣工后，电网公司应严格把关，对特殊负荷接入系统后的电能质量情况进行实测验收。
对于现有的特殊负荷客户，电网公司应加强其电能质量常态监督管理，对特殊负荷客户进行电能质量在线监测，并定期跟踪检查用户电能质量治理设备的投运情况，建立健全特殊负荷客户基础资料、电能质量事故及分析处理档案，为特殊负荷类似的电能质量问题处理奠定基础。对与在监测与评估过程中发现电能质量污染水平超过规定限值的用户，电网公司应督促其制定治理措施并限期整改，在其重新投运时应进行电能质量验收，从而加强电能质量指标超标的已入网用电客户的电能质量的技术监督和管理。
4特殊负荷的电能质量治理
加强负荷需求侧管理。可采取静止无功补偿器、静止无功发生器、滤波器等技术措施和装备减小用户注入电网的谐波和负序电流，抑制用户侧功率波动所引起的电网电压波动与闪变合理确定特殊负荷用户装接容量，宣传和督促用户采用节能电器；精益营销管理，强化营销数据分析；统计分析分相用电量，对台区三相不平衡进行定期测量，及时调整单相负荷所接相别，控制三相不平衡度；开展台区用户错峰用电管理，积极引导和鼓励小型加工等较大负荷用户错峰用电。
对于电网侧治理，电网公司应根据各级电网电能质量污染源用户的电能质量情况，调整有关运行方式和采取相应防范对策，保证电能质量指标符合有关规定的要求。例如： 采用△/Y0接线的变压器取代 Y /Y0接线的变压器，以降低配电向高一级电压等级电网的谐波传递； 在系统变电站加装静止无功补償器、静止无功发生器、滤波器等技术装备对电能质量问题进行治理。此时，电网公司应承担项目的工程管理
加强设备运行维护。建立电压无功设备运行维护管理制度，加强供电设施运行维护管理，及时处理电压无功设备存在的缺陷，提高设备完好率；加强电网调度的电压管理，制定变电站电压控制曲线，确定主变、配变的分接头位置，及时投退电压无功设备；建立“特殊负荷压”配电台区台账，结合配变停电检修计划，及时在负荷高峰到来前调整配变分接头。
加强“特殊负荷”监测网络建设。建立电网电压质量监测网络和管理平台，在特殊负荷区增加电压监测点数量和监测频度；加强电压监测装置的日常维护和检查，发现运行异常及时进行维修或更换；开展特殊负荷日电压曲线绘制工作，研究其负荷运行变化规律，建立特殊负荷模型，供今后特殊负荷预测和治理工作。
5参考文献
[1] 石新春，付超，马巍巍，等.基于实测数据的电弧炉实时数字仿真模型及其实现[J]. 电工技术学报，2009，24（ 7） ： 177-182.
[2] 王葵，李建超，潘贞存. 电气化铁路电能质量监测平台设计[J].电力自动化设备，2008，28（ 7） ： 94-97.
[3] 刘兵，李群湛. 电能质量监测装置的优化配置[J]. 电力系统及其自动化学报，2009，21（ 6） ： 69-73.
邮寄地址：宜都市陆城滨江大道20号，宜都市供电公司
18771752088 刘维
随着国民经济和现代工业的高速发展，电力系统中的负荷日趋复杂化和多样化。电气化铁路、冶金等电网中大功率非线性、冲击性及波动性特殊负荷的大量应用，使得电网产生谐波、三相不平衡、电压波动与闪变等电能质量问题。特殊负荷对区域性电网甚至整个电力系统的影响已表现得十分明显与突出。本文对特殊负荷进行了定义，其产生电能质量问题进行了阐述，并对特殊负荷的管控和治理提出了相应措施。
关键词：特殊负荷；电能质量；谐波；管控
2特殊负荷的含义和电能质量问题
特殊负荷，是指可能对电网电能质量产生严重影响的负荷，具有非线性、冲击性、波动性、不平衡等特点。典型的特殊负荷主要包括： 功率可控硅整流装置，如电气化铁路、电解装置、直流输电的换流阀和相控电抗器型无功补偿装置； 工业冶炼负荷，如交流炼钢电弧炉、轧机、高频感应加热炉等； 大型变压器、电抗器等铁心设备； 分布式电源，如风力发电、光伏电站及电动汽车充电站等。特殊负荷的电能质量特性一般表现为因非线性特性而产生大量谐波污染，其对电网影响不容乐观。宜昌近几年工业水平不断提升，动车高铁数量急剧增加，下面来分析一下以上两种特殊负荷的电能质量特性。
2.1电气化铁路的电能质量特性
2.1.1谐波特性
电铁负荷具有单项不对称、波动剧烈的特点，因此其产生的谐波有别于其他店里用户产生的谐波。电铁负荷特性主要表现在特征谐波相比普通负荷有所不同谐波初相角分布广泛，可在复平面0-360之间随机分布3谐波幅值随机剧烈波动并在一定条件下具有日周期性谐波从110kV或220kV电压等级直接注入电网等。
2.1.2负序特性
电气化铁路是单相负荷，当三相电力系统对其供电时，它将向电力系统注入负序电流。单相工频交流电气化铁路的首要问题就是拓扑结构的不对称，加之单相负荷的独立性和变化的随机性，使得其返回系统的负序问题颇为复杂。电气化铁路接入系统一般会采用轮流换相的方法进而减小其单相性对电网各公共连接点的影响。
2.2工业负荷的电能质量特性
工业负荷的类型多种多样，包括交（直）流电弧机、电热炉、中频炉、精炼炉以及电解设备等。该负荷主要的电能质量特性包括谐波和电压波动特性，此外对于不对称工业设备还具有负序特性。
2.2.1谐波特性
冶炼设备的谐波特性主要取决于两方面：非线性电阻特性和整流电路特性。如果冶炼过程中存在电弧，而这些电弧是非线性电阻性的，因此电弧燃烧时就产生了谐波电流。该谐波电流由于电极的阳极和阴极压降不同，因此存在偶次谐波 成分。此外，由于电弧的导电率和长度随时间变化，谐波幅值也会随机变化，从而产生连续的谐波频谱，使主要的谐波频率都存在频带，即间谐波。如果冶炼负荷存在整流电路，则整流装置将使冶炼负荷产生特征谐波注入电网。
2.2.2电压波动特性
各类工业负荷所消耗的功率存在不同程度的冲击性和随机性特点，而无功功率变化所带来的主要电能质量问题就是电压波动与闪边。其中，电压波动与闪变问题最严重的就是电弧炉设备。电弧炉的电压波动特性主要取决于其融化期的电气特性。
2.2.3负序特性
交流电炉均存在不同程度的负序问题，其负序特性主要取决于电炉的大电流电感支路。大电流电感支路包括变压器二次侧连接、电极导线以及电极。一方面，由于导体的几何对称性总会存在偏差，在强磁场的作用下产生不对称的互感系数，从而使电感支路表现出静态不平衡性。另一方面，大电流电感支路在电炉运行时会改变他们之间的相对位置，从而表现出动态不平衡性。
3特殊负荷的管控
特殊负荷电能质量的管理应本着“安全第一、预防为主、超前防范”的方针进行全过程的监督与管理。
对于新建、扩建或改建的特殊负荷项目，电网公司在用户用电工程设计时应使用户明确电能质量的重要性及影响，使用户在进行设计的同时考虑改善电能质量的措施，如： 抑制谐波、改善三相不平衡、电压波动和闪变等抑制措施； 用户完成用电方案设计并进行接入系统申请后，电网公司相关部门应组织特殊负荷用电方案设计的审查工作，同时对用户提交的电能质量评估结果进行审核，审核通过后方可与用户签署供电协议，并通知用户开展后续工程； 当电能质量评估结果不满足要求时，电网公司则需及时通知客户进行相关整改，提交改善的电能质量污染抑制或治理设计方案。供电协议作为明确电网公司和用户双方权利与义务的法律条文，应将涉及电能质量方面的内容纳入其中，从而实现对特殊负荷用户设备的有效管理。特殊负荷客户受电工程竣工后，电网公司应严格把关，对特殊负荷接入系统后的电能质量情况进行实测验收。
对于现有的特殊负荷客户，电网公司应加强其电能质量常态监督管理，对特殊负荷客户进行电能质量在线监测，并定期跟踪检查用户电能质量治理设备的投运情况，建立健全特殊负荷客户基础资料、电能质量事故及分析处理档案，为特殊负荷类似的电能质量问题处理奠定基础。对与在监测与评估过程中发现电能质量污染水平超过规定限值的用户，电网公司应督促其制定治理措施并限期整改，在其重新投运时应进行电能质量验收，从而加强电能质量指标超标的已入网用电客户的电能质量的技术监督和管理。
4特殊负荷的电能质量治理
加强负荷需求侧管理。可采取静止无功补偿器、静止无功发生器、滤波器等技术措施和装备减小用户注入电网的谐波和负序电流，抑制用户侧功率波动所引起的电网电压波动与闪变合理确定特殊负荷用户装接容量，宣传和督促用户采用节能电器；精益营销管理，强化营销数据分析；统计分析分相用电量，对台区三相不平衡进行定期测量，及时调整单相负荷所接相别，控制三相不平衡度；开展台区用户错峰用电管理，积极引导和鼓励小型加工等较大负荷用户错峰用电。
对于电网侧治理，电网公司应根据各级电网电能质量污染源用户的电能质量情况，调整有关运行方式和采取相应防范对策，保证电能质量指标符合有关规定的要求。例如： 采用△/Y0接线的变压器取代 Y /Y0接线的变压器，以降低配电向高一级电压等级电网的谐波传递； 在系统变电站加装静止无功补償器、静止无功发生器、滤波器等技术装备对电能质量问题进行治理。此时，电网公司应承担项目的工程管理
加强设备运行维护。建立电压无功设备运行维护管理制度，加强供电设施运行维护管理，及时处理电压无功设备存在的缺陷，提高设备完好率；加强电网调度的电压管理，制定变电站电压控制曲线，确定主变、配变的分接头位置，及时投退电压无功设备；建立“特殊负荷压”配电台区台账，结合配变停电检修计划，及时在负荷高峰到来前调整配变分接头。
加强“特殊负荷”监测网络建设。建立电网电压质量监测网络和管理平台，在特殊负荷区增加电压监测点数量和监测频度；加强电压监测装置的日常维护和检查，发现运行异常及时进行维修或更换；开展特殊负荷日电压曲线绘制工作，研究其负荷运行变化规律，建立特殊负荷模型，供今后特殊负荷预测和治理工作。
5参考文献
[1] 石新春，付超，马巍巍，等.基于实测数据的电弧炉实时数字仿真模型及其实现[J]. 电工技术学报，2009，24（ 7） ： 177-182.
[2] 王葵，李建超，潘贞存. 电气化铁路电能质量监测平台设计[J].电力自动化设备，2008，28（ 7） ： 94-97.
[3] 刘兵，李群湛. 电能质量监测装置的优化配置[J]. 电力系统及其自动化学报，2009，21（ 6） ： 69-73.
邮寄地址：宜都市陆城滨江大道20号，宜都市供电公司
18771752088 刘维