淺談配電網絡的諧波治理

摘要:該文針對本市某電子廠和某印刷廠0.4kV低壓無功補償柜的情況，通過對負荷分析，確定故障的諧波原因，然后采用了造價相對較低和易于實現的串聯電抗器和無源濾波器LC串聯濾波等方法，并取得了一定的諧波治理效果。

關鍵詞:諧波源 諧波電流 濾波器 電容器無源濾波器

一、引言

隨著工業技術的發展，電力負荷中的非線性負載(象直流電機和變頻器、電弧爐等)逐步增加，其產生的諧波也就越來越大，功率因數低，因此傳統的無功補償方式已經不那么奏效了，因為按按傳統的方式投切電容后，補償回路與系統產生諧振，從而使諧波放大。在投入大量的補償電容后，表面上是提高了功率因數，但是同時諧波電流，尤其是對5次諧波電流的放大是非常驚人的，這對用電電器，及電動機和變壓器以及計算機控制系統等是非常不利的。

二、系統中的諧波源

主要是非線性的用電設備接入電網，產生諧波電流，它注入電網后，通過電網阻抗產生諧波壓降，疊加在電網基波上，引起電網的電壓畸變。

這些非線性負荷有:

1、電弧爐。煉鋼電弧爐由于電弧的 非線性和電弧燃燒的不穩定性，導致電流波形的嚴重畸變，產生含有2、3、4、5、6、7等高次諧波。

2、整流電源與直流傳動(如鐵路運輸的牽引機車、大型的直流電動機等)。以三相交流為輸入、直流輸出的整流電路，含有高次諧波，其次數隨整流器的脈動數而定。

3、循環變流器(交-交變頻器)如大型的變頻裝置。交-交變頻器除產生整數次的高次諧波外，還產生旁諧波和次諧波。

4、交-直-交變頻器。交流電動機若由交-直-交變頻器供電，而交直流整流部分不論采用二極管或晶閘管均產生高次諧波電流。

5、氣體放電燈。如氣體放電燈(熒光燈、高壓鈉燈和高壓汞燈的電路本身含有電弧，電弧的阻抗特性產生諧波電流，其中主要是三次諧波電流。

三、諧波電流的危害

1、使電機、變壓器等電氣設備產生附加損耗，加速絕緣老化、噪聲加大、效率降低，縮短設備的使用壽命。

2、在某一諧振頻率下還會使電容器組和電力系統發生危險的并聯諧振，引起很高的諧振電壓。

3、產生脈動轉矩，引起電機角速度脈動，嚴重時發生機械共振。

4、使測量和計量的

5、干擾通訊設備的正常工作。

6、影響電子設備的運行，可能造成計算機、數控機車、電子調節系統、遠動裝置和繼電保護等重要設備的誤動作和距動作。

四、案例一

位于本市開發區工業園的某電子廠，該廠主要負荷有熔煉爐90kW、電阻退火爐80kW、連續擠壓機180kW、縱剪機4kW、收卷機4.5kW、水泵4.5kW氣泵7.5kW及其他電動機等負荷。其中上述負荷其中電阻爐采用三相半控橋式整流電路，連續擠壓機，縱剪機等采用變頻器調速，這些設備都會產生諧波干擾，其中熔煉爐也為電弧爐之一會產生2、3、4、5、6、7等高次諧波。

A、治理措施。

為抑制均衡的3次諧波電流傳回電源，采用D，yn11變壓器進行隔離，因為D，yn11接法的變壓器可以讓3、9、15次等諧波在變壓器原邊繞住內形成回路，而不注入我公司10kV電網。

2、為避免電容器對3、5、7次等諧波電流放大及電容器投入困難，在無功補償電容器前串聯12%的電抗器。

3、由于在電容器前串聯了12%的電抗器，會使電容器兩端電壓升高。為解決這一問題，選用BSMJ金屬氧化膜自愈式干式電容器，電容器額定電壓采用0.45kV。

4、為了降低設備投資費用，本工程采用靜態補償。為解決電容器合閘涌流的影響，自動控制回路的接觸器選用能有效地抑制合閘涌流的CJ19-63/220型接觸器。

5、為防止諧波對計量表計的影響，該廠選用常規感應式電度表進行計量。

五、案例二

位于本市安居區工業園的某印刷廠，該廠主要負荷為刮刀機、傳動機、分切機、壓光機、風機、水泵等電動機負荷，其中促鼓風機電機，其他都是三相異步變頻調速電機并采用變頻器控制，因此其諧波電流也比較大。

A、治理措施。

由于該廠印刷生產線自動化程度較高，為避免諧波電流對PLC等工控器的影響，造成產品次品增加。采用交流濾波器抑制諧波電流。

交流濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向系統注入補償諧波電流，以抵消非線性負荷所產生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能對變化的諧波進行迅速的動態跟蹤補償，且補償特性不受系統阻抗影響。其結構相對復雜，運行損耗較大，設備造價高;在補償諧波的同時，也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網。LC濾波器結構簡單，吸收諧波效果明顯;但僅對固有頻率的諧波有較好的補償效果;且補償特性受電網阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網阻抗和LC濾波器之間可能會發生并聯諧振或者串聯諧振。

決定對該廠的諧波治理采用與母線并聯的固定串聯LC調諧濾波器，即當生產線啟動時，LC濾波器投入，當生產線停工時，LC濾波器退出;濾波器的電容器容量用來補償生產線諧波源所需的無功功率，原無功補償柜的電容器要求能滿足其它設備的無功補償，同時控制器更換為帶諧波閉鎖功能的補償控制器，以便諧波畸變率超限時切除電容器。對于3、5、7次諧波采用單調諧濾波器。

六、結束語

電能質量對供配電系統經濟運行有較大影響。有關部門在《電網電能質量技術監督管理規定》中，提出了“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則，并指出:為保證電力系統安全、穩定、經濟、優質運行，全面保障電能質量是電力企業和用戶共同的責任和義務。只有各方面都重視起來，進行治理，才能還電網一個干凈的環境。[來源:論文天下論文網 lunwentian

參考文獻:

《城市電網諧波手冊》

《工廠與民用配電設計手冊》

《民用建筑電氣設計規范》