配電系統(tǒng)的諧波問題與對策

摘要：在我國城市居民用電需求量和消耗量持續(xù)呈現(xiàn)直線上升的態(tài)勢背景下，電能行業(yè)也面臨著配電網(wǎng)絡(luò)具體的一些頻發(fā)性瓶頸問題，其中尤其以配電系統(tǒng)中的諧波問題事故發(fā)生率居高不下、諧波安全隱患普遍存在等階段性問題最為突出。諧波問題作為一種非技術(shù)性、人為性、不確定性互相糅合交雜的典型配電事故，很大程度上制約影響配電網(wǎng)絡(luò)各個環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定作業(yè)。認(rèn)真貫徹配電諧波檢測排查的指導(dǎo)方針，切實(shí)做好諧波事故的應(yīng)對處理，迅速有效地降低既存的諧波問題所導(dǎo)致的安全隱患，從而保證電能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、良性、協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng) 諧波問題 解決應(yīng)對 可行措施

配電網(wǎng)絡(luò)中的諧波問題安全系數(shù)作為一項(xiàng)衡量電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的行業(yè)性指標(biāo)，不僅直觀地反映了輸電線路的安全質(zhì)量信息，也從側(cè)面體現(xiàn)了其產(chǎn)業(yè)效益的經(jīng)濟(jì)指數(shù)。伴隨著人民群眾生活水平的不斷提高，大量整流交互設(shè)備、電弧爐以及各種家用電器等也在逐年增多，由于這些家用電器中的負(fù)荷的非線性特性，從而使得電流和電壓的波形發(fā)生畸變，這就導(dǎo)致了一系列諧波電壓和諧波電流，當(dāng)諧波電壓和諧波電流超標(biāo)量負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，就會給電氣設(shè)備的正常運(yùn)行帶來諸如大面積短路、電壓系數(shù)不穩(wěn)定以及部分線路癱瘓不利影響。所以加強(qiáng)配電網(wǎng)諧波處理的技術(shù)革新，降低居高不下的諧波事故發(fā)生率，已經(jīng)勢在必行。

1 配電系統(tǒng)諧波的內(nèi)涵屬性與諧波問題的集中表現(xiàn)

配電系統(tǒng)內(nèi)的諧波是指配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電流由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變從而產(chǎn)生的頻率為基波的倍數(shù)的輔波或分量的電磁波，該類電磁波的出現(xiàn)不僅使得電力能源的生產(chǎn)、傳輸以及利用的效率大幅度降低，而且附帶產(chǎn)生了電氣設(shè)備散熱功耗過大、振動噪聲污染嚴(yán)重以及通電設(shè)備絕緣體老化燒毀等一系列惡劣后果。而具體細(xì)致地進(jìn)行劃分，配電網(wǎng)絡(luò)中的諧波的危害影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：首先，諧波的出現(xiàn)會引發(fā)配電系統(tǒng)串聯(lián)、并聯(lián)諧振，從而不同程度地破壞損耗無功補(bǔ)償設(shè)備；其次，由于電壓和電流的波形畸變，從而使得測量儀表的誤差增大，最終引發(fā)繼電保護(hù)和控制裝置誤動作；第三，諧波電流與電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場相互作用所產(chǎn)生的大幅度、高強(qiáng)度的脈動轉(zhuǎn)矩，不僅會造成電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動，降低電機(jī)系統(tǒng)的工作效率，同時還會附帶產(chǎn)生劇烈刺耳的噪聲雜音；第四，諧波產(chǎn)生的附加損耗會增加電氣設(shè)備的實(shí)時溫度，增大其熱設(shè)計(jì)功耗，從而加速絕緣體的硬件老化，嚴(yán)重縮短電氣設(shè)備的使用壽命。

2 諧波問題的改進(jìn)探索以及可行措施

2.1 進(jìn)一步加強(qiáng)諧波源的監(jiān)控排查力度，從根本上遏制事故發(fā)生 我們知道，配電系統(tǒng)中的諧波主要來源于非線性負(fù)荷的無規(guī)則釋放，因此，諧波的治理也應(yīng)該釜底抽薪，從問題的根本源頭進(jìn)行處理應(yīng)對，從而將隱患消滅在萌芽狀態(tài)。而目前減少非線性負(fù)荷產(chǎn)生的控制方法比較多樣，最為主流的基本包含以下三種方法：第一種是增加三相整流電路的脈動波數(shù)。三相整流電路所產(chǎn)生的諧波主要集中在特征諧波，非特征諧波的含量通常情況下都很少。因此，通過增加整流電路的脈動波數(shù)，就可以有效減少整流電路產(chǎn)生的諧波電流。第二種則是通過限制整流設(shè)備的容量進(jìn)行控制。系統(tǒng)短路容量與所供電的整流器容量之間呈現(xiàn)正比例關(guān)系，短路比愈大，允許注入的諧波電流也就越大。因此，在進(jìn)行實(shí)地排查檢測時，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)短路容量的實(shí)際大小來限制新輸入的非線性負(fù)荷的容量。第三種方法是在整流電路中串接電抗器。一般情況下，整流電路內(nèi)部的感抗越大，換流時間就越長，而電流波形變化也越緩慢。所以，在整流電路中針對性地串接適當(dāng)?shù)碾娍蛊饕部梢杂行p少高次諧波電流。

2.2 進(jìn)一步細(xì)化分配交流濾波器的架設(shè)適用 交流濾波器采用三相交流電的輸送運(yùn)作模式，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，功能比較多樣。按照目前行業(yè)主流的使用量數(shù)據(jù)分析，主要包含無源式濾波器、有源式濾波器以及混合式濾波器。

無源式濾波器的組件通常是電容器、電抗器以及電阻器，而根據(jù)其架構(gòu)功能的差異化，又可以進(jìn)一步劃分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器以及高通（Qualcomm）濾波器。這里筆者重點(diǎn)介紹高通濾波器。

高通（Qualcomm)濾波器由美國頂尖的通訊設(shè)備科技公司高通公司研制開發(fā)，其濾波器由軟件程序與硬件載體兩部分構(gòu)成，濾波器內(nèi)置90nm的基于ARM11架構(gòu)的移動微型處理器，最高時鐘頻率達(dá)到245mhz，并且可以根據(jù)濾波器放置所處的電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行智能化、自動化地升降頻率，不僅穩(wěn)定保證了作業(yè)效率，而且實(shí)現(xiàn)了資源合理配置，優(yōu)化集約使用。在具體的諧波處理作業(yè)過程中，當(dāng)頻率低于標(biāo)額系數(shù)時，電抗隨之增大，處理器的控制內(nèi)核（core)就會自動增大時鐘頻率的脈沖振蕩數(shù)，從而提高濾波器對低次諧波的過濾強(qiáng)度；而當(dāng)頻率高于標(biāo)額系數(shù)時，由于容抗迅速減小，所以高次諧波電流通過電容器和電阻器的阻礙度也隨之大幅度降低，濾波器的處理器頻率也實(shí)時降低工作頻率，從而減小功耗以及發(fā)熱量。基于集約經(jīng)濟(jì)的基本理念出發(fā)，高通濾波器具備高性能、低價格的雙重優(yōu)勢，所以在單雙調(diào)濾波器形成作業(yè)群組的基礎(chǔ)上，再添加一組高通濾波器作為輔助外設(shè)，是實(shí)惠效率的雙贏方案。

有源式濾波器是相對于無源濾波器而劃歸的與之對應(yīng)的一類濾波器，有源濾波器的構(gòu)造主要是由電能轉(zhuǎn)換器與儲能裝置兩大組件構(gòu)成，儲能裝置是有源式濾波器的核心部件。按照儲能裝置的種類，又可以進(jìn)一步劃分為電壓源型與電流源型兩種。電壓源型需要架設(shè)在電壓轉(zhuǎn)換器的直流側(cè)，這樣就將其形成一個電壓源；而電流源型則必須安置在電能器的直流側(cè)，實(shí)現(xiàn)電流樞紐的能源流線輸。通過將電能轉(zhuǎn)換器與儲能裝置以串聯(lián)方式進(jìn)行線路銜接，組建成一個部件化、系統(tǒng)化的小范圍電力控制中心，從而分別對諧波電壓和諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。

混合式濾波器。該類型的濾波器是將無源式濾波器與有源式濾波器有機(jī)有序地進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)以及串并聯(lián)的方式組合，從而發(fā)揮以上兩種濾波器的各自優(yōu)勢，同時通過這種混雜交互地結(jié)合適用，最大限度地降低減小上述兩種濾波器的自身缺陷，從而在保證濾波裝置基本效用全面實(shí)現(xiàn)的前提下，進(jìn)一步提高了工作效率、降低了實(shí)際作業(yè)失誤率。混合式濾波器也具備前期投入成本低、中期運(yùn)轉(zhuǎn)效率高、后期維護(hù)難度小等一系列顯著優(yōu)勢，所以也是目前普遍應(yīng)用的主流濾波處理模式。

2.3 建立長期高效的諧波監(jiān)測排查機(jī)制 在實(shí)際的用電諧波檢測中，違規(guī)竊電、無表用電也是不可忽視的諧波產(chǎn)生的“蛀蟲”。在廣大城鄉(xiāng)過渡區(qū)域以及農(nóng)村地區(qū)，這種集中性、群體化的惡劣現(xiàn)象已經(jīng)泛濫多年。違規(guī)用電導(dǎo)致了實(shí)際售電量大量減少，諧波的出現(xiàn)頻率急劇增加，從而使得整個輸送線路的電壓負(fù)荷的穩(wěn)定性大大降低，損失電量直線上漲，最終導(dǎo)致整個電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)效性大打折扣。所以加強(qiáng)區(qū)域用電管理，防止用戶私自竊電，最大限度地解決諧波問題，已經(jīng)刻不容緩。而在具體的實(shí)施措施方面，筆者羅列以下若干建議，可以作為借鑒：①加大電力合法使用的法規(guī)條例，側(cè)重宣傳普及諧波的危害后果，增強(qiáng)社會群體依法用電的法制觀念；②健全用電監(jiān)控檢查機(jī)制，形成“定期、定點(diǎn)檢測”、“劃區(qū)、劃片負(fù)責(zé)”的規(guī)范系統(tǒng)制度，將諧波問題控制在萌芽狀態(tài)；③加強(qiáng)違規(guī)用電的懲罰力度，配合當(dāng)?shù)鼐Y源做好協(xié)同巡查；④提高排查檢測人員的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能，尤其是對突發(fā)無序的諧波狀況的應(yīng)急處理能力。

3 結(jié)語

配電網(wǎng)的諧波問題的處理解決工作是一項(xiàng)具專業(yè)性、復(fù)雜性、制約性的綜合型作業(yè)工程，對于既存的諧波問題的安檢排查在整個電力運(yùn)營系統(tǒng)中起著連接性、協(xié)調(diào)性的關(guān)鍵作用。從滿足居民持續(xù)增長的用電需求以及保證電能輸送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的立足點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)配電網(wǎng)諧波隱患的檢測，穩(wěn)步細(xì)化具體的諧波問題的改進(jìn)步驟，快速有效地降低諧波事故發(fā)生率，進(jìn)行規(guī)范集約的實(shí)時管理，繼而提升整個電能行業(yè)的競爭力，最終實(shí)現(xiàn)電能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)增長。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳偉，宋秀英.淺談低壓配電系統(tǒng)的選擇[J].價值工程.2012(02).

[2]楊名.淺談路燈保護(hù)接地的常用方式及采用TT接地應(yīng)注意的問題[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊).2009(11).

[3]蘭吉祥.淺談電力系統(tǒng)中的接地和接零[J].價值工程.2011(09).

作者簡介：

郝軼兵，男，（1960-），遼寧北鎮(zhèn)人。秦皇島市奧萊特睛綸有限公司工作，地址：秦皇島市海港區(qū)秦山路72號。