簡述諧波評估

陳 琪(中國建筑設計研究院， 北京 100044)

1 諧波的危害

大型可控硅調光設備的諧波量較大，而諧波會引起變壓器、電動機的損耗增加、中性線過熱、載流導體的集膚效應加重、功率因數降低等，諧波對于控制、通信網絡、繼電保護、電能計量等二次系統(tǒng)及電容器、電機、變壓器、開關設備等一次系統(tǒng)都可能造成影響和危害，故諧波較大時，建議就地設置諧波抑制裝置。

一般而言，諧波電壓總畸變率控制在原國家標準以內時，諧波對用電設備的影響雖然已經顯現(xiàn)，但不會造成太大影響，較明顯的影響或危害通常和諧波嚴重超標或出現(xiàn)諧波放大相關聯(lián)，最明顯的是補償電容器在某些條件下與系統(tǒng)產生諧振，在小諧波源的激發(fā)下，將導致諧波量被嚴重放大。

諧波的影響一般按三類考慮，即冷影響、熱影響、諧振影響。

冷影響主要是指瞬間、很短時間內產生的損害，主要是諧波或者合成諧波瞬時產生的幅值或相位在起作用。這種影響主要是對繼電保護裝置和自動控制裝置等設備的動作產生影響，對電容器組及絕緣電纜電介質的損壞等均屬于此類影響。

熱影響主要是指因發(fā)熱而產生的損害，這種損害有長期性，會形成積累，主要是諧波或合成諧波的幅值產生的損害。如對感應及同步電機的影響，對電容器組的熱效應、電度表計量精度及機械振動的損害等。

諧振影響主要是指對網絡的拓撲結構和參數的影響以及對諧波源激勵的一種響應，這種影響將引起相關元件的過電壓或者過電流。

諧波是一種污染源，必須嚴格控制。但控制諧波是需要付出成本的。隨著電子技術普及，諧波源也越來越多，按目前技術水平，任何諧波畸變都是可以解決的，只是性價比的問題，抑制措施要求過嚴，將導致社會資源的浪費。

2 諧波治理前的評估

《電能質量 公用電網諧波》(GB/T 14549-93)目前正在修編，將諧波評估分為預測評估和監(jiān)測評估兩種。預測評估分三級進行：第一級為簡單評估；第二級為詳細評估；第三級評估。

1)第一級簡單評估

對于低壓電氣設備或者小型低壓諧波源用戶(Un≤1kV)，設備每相輸入電流≤16A，符合國家標準GB 17625.1-2003規(guī)定的低壓電氣以及電子設備發(fā)出的諧波電流限值，就可以直接接入公共電網。

對于低壓電氣設備或者小型低壓諧波源用戶(Un≤1kV)，設備每相輸入電流>16A，符合國家標準GB/Z 17625.6-2003(IEC61000-3-4:1998)規(guī) 定的低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值，即可接入公共電網。

對于一般10kV～35kV高壓的小用戶或諧波源數量不多的用戶，若滿足Si/SPCC≤0.1%，就可以直接接入市政電網，而不必作進一步的詳細評估。

式中，Si為第i個用戶的用電協(xié)議容量，SPCC為公共連接點的短路容量。

2)第二級詳細評估

當供電系統(tǒng)滿負荷時，在公共連接點上的所有用戶都按各自限值最高值注入諧波電流時，應保持公共連接點的電壓諧波畸變率不超過諧波電壓限值。一般需要做以下工作：

(1)通常以評估用戶接入公共電網的母線作為公共連接點。收集本級及上一級供電網絡的結構和數據參數、運行方式；

(2)用戶需要提供用電設備及電源的相關參數、接線方式、諧波特性；

(3)通過分析和輔助測量，諧波源水平按95%概率大值選取，確定用戶總的諧波電流注入值；

(4)依據上述諧波源及電網信息，建立諧波評估模型，評估公共連接點各次諧波電流數值、電流總諧波畸變率、各次諧波電壓水平、電壓總諧波畸變率。建模中，電網按正常最小運行方式考慮，電網中的電氣設備均采用諧波阻抗模型；

(5)通過與諧波電壓限值比較，得出諧波電壓是否滿足標準的結論。根據短路比得到評估諧波源應滿足的諧波電流允許值，通過比較得出諧波電流是否滿足標準的結論；

(6)公共連接點諧波電壓水平的數值，還應考慮與背景諧波的疊加。對于已存在的公共連接點，背景諧波量通過實際測量獲得。對于公共連接點，也可采用電氣距離最近母線的諧波測量值，作為疊加背景諧波計算；

(7)對于評估諧波源對應的供電區(qū)域內電網可能出現(xiàn)的諧波放大進行分析評估。這里的供電區(qū)域通常指諧波源所連接的主變壓器二次側電氣設備所覆蓋的區(qū)域。

3)第三級評估

針對不能滿足第一級評估和第二級評估條件的某個用戶，經分析在確保電網諧波電壓不超過規(guī)劃值的前提下，可以經過特別允許接入電網；如果某個用戶接入電網后諧波電壓會超過規(guī)定值，則供電、用電方應通過協(xié)商，簽訂有條件接入電網的協(xié)議，協(xié)議中需明確諧波抑制的措施，將來如果電網諧波水平增大超標時，這類用戶仍必須采取抑制措施。

監(jiān)測評估內容包括：

(1)預測評估中進行了第二級評估的非線性用戶及特定設備，投入運行時的驗收評估或工況測試；

(2)運行中的電網諧波水平實際狀況評估。

監(jiān)測評估的要點：

(1)依據評估內容，確定諧波測量點。

對于監(jiān)測評估內容(1)，測量點即為諧波源接入點。

對于監(jiān)測評估內容(2)，測量點通常選取電網中樞紐變電站母線、重要發(fā)電廠出線母線、大型非線性用戶接入點、規(guī)模化非線性電源接入點、分布式非線性負荷或電源的集中接入點等；

(2)根據諧波測量，實施諧波測量，記錄測量數據；

(3)通過諧波疊加與分解方法，確定諧波源的實際諧波水平；

(4)對諧波測量數據進行統(tǒng)計分析，采用95%概率大致確定諧波發(fā)生水平。通過與諧波電壓限值比較，得出諧波電壓是否滿足標準的結論。根據短路比得到評估諧波源應滿足的諧波電流允許值，通過比較得到諧波電流是否滿足標準的結論；

(5)當PCC點并接有補償電容時，應分別測量電容投切對應的電流，對可能出現(xiàn)的諧波放大進行評估。

3 結束語

綜上所述，不是只要出現(xiàn)諧波就必須治理，而是應該進行相關評估，當諧波達到影響電網及設備運行時，才必須進行治理。

[1]《電能質量 公共電網諧波》 GB/T 14549修編說明.