现代电力与电力污染

【摘 要】本文叙述了现代电力的特点,以及日益严重的电力污染.比较了电力污染与电磁污染的联系和区别.论述了一门新的边缘分支学科“电磁工程学”的形成过程概况.

【关 键 词】电力污染电磁工程学

电能或电力是公认的清洁动力.但众所周知,它也存在着污染.在电能的形成过程中,如火力发电厂的烟气、灰渣造成的常规环境污染、核电站可能造成的核辐射污染,大型水电站的建设可能出现的生态平衡问题等等.电能形成后,在传递、变换过程中电磁波辐射造成的环境污染等等.电能已成为经济发展、社会生活的重要部分.随着电磁能利用范围的扩大与利用能量的日益提高,存在于地球上的电磁波不断地增强而且频带极宽.这种电磁波与宇宙杂波相比较,对人类的社会生活和国民经济有着巨大的影响.它不仅直接影响到各个领域中电子设备的正常工作,使之信息失真,控制失控,更为严重的是,在大强度电磁辐射长期作用下,可使生物的生理、生态受到影响和危害,影响人的健康和活力.这也造成了环境污染,即所谓电磁烟雾.

现代电力的超高电压,特大电流形成强大电磁场对环境的污染日趋严峻了.这是电磁环境工程学的任务.电力工业的发展出现了新的情况、出现了新的污染.

一、机电设备容量增大,应用广泛,节省材料变得十分有意义,如铁芯正常工作点选得比较饱和,设备工作于十分接近非线性状态.

二、电能的使用范围扩大,电力用户中涌进了大量的冲击、非线性负载及不平衡负荷,如电弧炉、电焊、电气化铁道等.

三、电力电子技术的发展,电力用户采用了大量时变控制的非线性元件,晶闸管自从1957年问世以来,由于它独特的优点,从上世纪六十年始逐渐取代了水银整流器,到七十年代就只用采半导体整流器了.除此之外,在逆变、变频和交流电压调整方面得到了很大的发展,使电力变换技术与控制技术发生了革命性的变化.目前在各工业、交通部门及家用电器都得到越来越广泛的应用.首先大功率整流装置既提高了变流效率,又提高了电解产品的质量,因而首先得到了发展.其次,在交流调速技术上广泛使用,如在风机、水泵类负载中用晶闸管串级调速技术,已是一项节电效果比较显著的措施.晶闸管脉冲调速的机车、晶闸管调速的矿山提升设备,隔爆型充电设备等的半导体装置,均因其安全、可靠、节能、便于控制等优点正在矿业部门广泛采用.晶闸管调压器和调功器与常用电磁型的同类产品比较,它具有节能、维修量少、运行可靠等优点,故已广泛应用于民用工业、机杨调光、国防设施等.为了改善电炉冶炼的负载特性,提高电炉冶炼的效率与冶炼产品质量,近年来发展了直流电弧炉,直流精炼炉也采用晶闸管换流装置.此外在金属轧制、轻纺、制糖、水泥等行业中的交直流拖动系统都广泛采用晶闸管.据1981年日本电力协调研究会对九个电力公司的调查,电力半导体装置所占负荷的比重已达总负荷的73%.我国国务院、国家科委已把推广使用电力电子技术作为我国的技术政策之一,这意味着我国供电系统的负荷已日趋非线性化与时变化.

四、新的发电方式与贮能方式的推广使用,输电技术的进步,控制方式的完善,非线性元件必将成为电力系统的主要组成元件.例如,为了克服机械整流的缺点,提高同步发电机的控制性能,已广泛使用静止励磁装置,并正在研究交流励磁的同步发电机异步化；为了改善电压调整率,提高系统的静态和暂态稳定,降低过电压,减小电压闪变,对次同步振荡进行阻尼,减小电压和电流的不平衡,推广使用静止补偿器实施电力系统无功控制.

五、现代技术装备,要求高质量的电能,电能质量,包括电压、频率与波形.电能的质量不仅直接影响用电器具的使用效能,而且它影响到整个国民经济的整体效益以及我国产品在国际上的竞争能力.许多电气设备（包括电子仪器）为适应电能质量的低下而增设的技术措施不仅降低了设备的使用效率,而且使成本大大提高.

大量非线性元件引人电力系统,使系统电压波形及电流波形发生畸变.波形畸变给产生畸变波形电流的装置自身、与其相接的其它装置以及电力系统运行都带来不良影响,这些不良影响或危害可以归纳为以下八个方面：（一）激发谐振,引起破坏性的过电流与过电压；（二）产生附加功率损耗,降低效率；（三）引起发热,加速绝缘老化,缩短设备使用寿命；（四）使测量仪表误差增加,影响监控效果与经济效益；（五）使自动装置失灵,控制失控,使设备不能正常运行；（六）使继电保护不能正确动作一误动或拒动；（七）大的有功和无功冲击,造成电压和频率的大幅度波动,将会造成负载,甚至系统的不稳定；（八）电压闪变,恶化工作环境,有害人体健康与工作效率.

近十几年间电力谐波的研究,更准确一点说电力污染的研究,已经超过了电力系统（习惯上）的范畴,渗透到了电工理论、电网理论、电力电子学、电气技术、数字信号处理、计算技术、系统仿真、控制理论与控制技术等其它学术领域.并已形成自己特有的理论体系、分析研究方法、控制与治理技术、监测方法与技术、限制标准与管理制度.通过这些研究与实践,一门新的边缘分支学科正在形成.这门新学科与<环境电磁工程学》类比,可叫做《电力环境工程学》.〈电力环境工程学>研究电力污染产生的物理机理和分析方法；电力污染的测量技术、信息处理与监控系统；危害的机理、范围及可容度；控制、消除或抑制的措施等以及由此而引起的理论与技术问题.这门新学科的雏形已经可以从近年出版的一些论著中看到.

电力污染随着现代电力的发展不断出现并日趋严重.电力污染与系统关系密切,实质上是电能质量问题,涉及面广,具有独特的复杂性,难于认识并难于治理.电力污染也随着技术的发展可以得到有效的控制,并最终将与电网运行控制结合起来.电力污染的理论发展与实践,逐步形成自己的理论体系与工程实践,并因此而形成一门新的边缘分支学科一电力环境工程学.