陶瓷企業(yè)的諧波污染及其治理

全劍棠（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東　肇慶　526000）

陶瓷企業(yè)的諧波污染及其治理

全劍棠
（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東肇慶526000）

摘要：隨著越來越多的陶瓷企業(yè)進(jìn)入肇慶電網(wǎng)，陶瓷企業(yè)在大量的應(yīng)用變頻設(shè)備進(jìn)行電機(jī)的調(diào)頻調(diào)速的同時(shí)，也產(chǎn)生大量的諧波污染。本文通過對(duì)陶瓷企業(yè)內(nèi)部負(fù)荷特征的分析，發(fā)現(xiàn)諧波源，同時(shí)對(duì)陶瓷企業(yè)進(jìn)行了實(shí)時(shí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，得出變頻器產(chǎn)生大量的諧波，特別是5次和7次諧波。最后針對(duì)陶瓷廠諧波超標(biāo)和諧波危害的問題，提出3種治理的措施，對(duì)于不同的回路適用措施有所不同。

關(guān)鍵詞：諧波；變頻器；治理

一、前言

近些年，越來越多的陶瓷企業(yè)落戶高要市，使肇慶電網(wǎng)的出現(xiàn)了較快的負(fù)荷增長(zhǎng)，最高負(fù)荷與日供電量不斷創(chuàng)新高，但與此同時(shí)，由于陶瓷企業(yè)負(fù)荷的非線性，在生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生大量的高次諧波，對(duì)電網(wǎng)造成了污染，使電能質(zhì)量變差，如何幫助陶瓷企業(yè)的治理諧波污染成為了我們供電部門的一個(gè)工作的課題。

圖1　陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)流程

二、陶瓷企業(yè)的負(fù)荷組成

陶瓷成品制作的主要由原料加工、成形、燒制三大工序組成，其生產(chǎn)流程如圖1所示。

在上述生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中，主要的負(fù)荷是球磨機(jī)、水泵、傳輸帶、鼓風(fēng)機(jī)等電機(jī)類設(shè)備，而為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速，在電機(jī)負(fù)荷的前級(jí)往往配置了變頻器。變頻器是一種把電壓和頻率固定不變的交流電變換成電壓或頻率可變的交流電的轉(zhuǎn)換裝置，市電經(jīng)過變頻器后，轉(zhuǎn)變成了電壓或頻率可變的交流電，電機(jī)輸入頻率的隨之調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使企業(yè)的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)有效銜接。

圖2　甲廠2#變壓器低壓側(cè)出線A相電壓總畸變率

三、陶瓷企業(yè)的諧波檢測(cè)及結(jié)果分析

對(duì)于陶瓷企業(yè)來說，一個(gè)廠區(qū)內(nèi)的變頻器數(shù)量不少于30臺(tái)，容量從幾百瓦到幾十千瓦不等，總體的負(fù)荷占全廠的負(fù)荷比例也相當(dāng)高。從變頻器的構(gòu)造原理上分析，它主要由將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞯摹罢髂K”、“平波電路”和將直流轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧慕涣麟姷摹澳孀兡K”三部分組成，由于在現(xiàn)行的技術(shù)層面上不可避免會(huì)產(chǎn)生諧波，而且所占的負(fù)荷比重較高，諧波的影響更為突出。為了驗(yàn)證這一說法，我們利用fluke435電能質(zhì)量分析儀對(duì)部分陶瓷企業(yè)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間不間斷的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在10kV配電變壓器的低壓出線側(cè)。以下是我們?cè)诒敬螠y(cè)量中得到的典型數(shù)據(jù)。

從圖2可以看出，在甲廠的測(cè)量點(diǎn)，電流總畸變率幾乎都在20%以上，部分甚至高達(dá)70%以上，另外根據(jù)我們對(duì)其諧波含量測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示，該處的5次以上的奇數(shù)次諧波含量均超出其對(duì)應(yīng)的國標(biāo)允許范圍。同樣的情況，在其他廠區(qū)也同時(shí)存在。

從圖3可以看出，在乙廠的測(cè)量點(diǎn)，電壓的總畸變率幾乎均高于允許值5.0%。另外，另外根據(jù)我們對(duì)其他次數(shù)電壓諧波測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示，電壓的5次、7次、11次諧波95%概率值超出國標(biāo)允許值的4.00%。同樣的情況，在其他廠區(qū)也同時(shí)存在。

總的來說，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在陶瓷廠的變壓器低壓側(cè)出線處，在電流方面均不同程度的存在5次以上奇數(shù)次諧波超標(biāo)，電流總畸變率偏大的問題；在電壓方面均不同程度的存在奇數(shù)次諧波95%概率值超出國標(biāo)允許值，電壓總畸變率超標(biāo)的問題，陶瓷廠的電能質(zhì)量普遍存在電壓諧波含量不合格、電流諧波含量不合格的情況，特別是5次和7次諧波。

圖3　乙廠3#變壓器低壓側(cè)出線A相電壓總畸變率

四、諧波的治理措施

諧波所帶來的危害不容忽視，一方面諧波的存在增加了變壓器、電動(dòng)機(jī)的損耗，使電力設(shè)備過熱，加速其絕緣老化。另一方面，部分廠為了解決用戶側(cè)的電壓?jiǎn)栴}，往往會(huì)增加無功補(bǔ)償容量，而在諧波不解決的情況下，大量地增加電容器，反而將增大諧振的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重是會(huì)造成設(shè)備燒毀，甚至爆炸。因此針對(duì)諧波的質(zhì)量顯得尤為重要，對(duì)于產(chǎn)生的諧波，應(yīng)采取綜合治理的方式消除諧波。

（1）采取線路分開供電的方式，將產(chǎn)生諧波負(fù)荷的供電線路與其他易受諧波影響的負(fù)荷供電線路進(jìn)行分離，使其避免互相干擾；將變頻器的供電電源與設(shè)備的電源進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置，或者在變頻器和設(shè)備輸入的旁邊安裝隔離變壓器，以減少諧波的影響。

（2）進(jìn)行無源濾波器的安裝，將其安裝在變頻器的交流一側(cè)。目前常見的諧波濾波器如圖4所示。L、C、R共同構(gòu)成了無源濾波器的共振回路，一旦LC回路的諧波與高次諧波電流頻率相同，就可以阻止高次諧波流入電網(wǎng)，對(duì)其他設(shè)備造成影響。其特點(diǎn)是投資少、構(gòu)造簡(jiǎn)單且好維護(hù)，可靠性強(qiáng)。缺點(diǎn)是易受系統(tǒng)參數(shù)干擾，耗費(fèi)大，安裝體積大。對(duì)于陶瓷廠，一般的供電回路，安裝無源濾波器是比較合適的，因?yàn)樗容^經(jīng)濟(jì)，而且在性能上也不遜色。

（3）進(jìn)行有源濾波器的安裝。有源電力濾波器通過電流互感器檢測(cè)負(fù)載電流，并通過內(nèi)部DSP計(jì)算，提取出負(fù)載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號(hào)發(fā)送給內(nèi)部IGBT，控制逆變器產(chǎn)生一個(gè)和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波的目的。其特點(diǎn)是具有可控性和響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格高，所需容量大。在陶瓷企業(yè)中，一般是適用在對(duì)供電可靠性要求高，供電于高精度生產(chǎn)設(shè)備的供電回路中。

圖4　典型無源濾波器

結(jié)語

在所有的電能質(zhì)量問題中，諧波問題是已經(jīng)被公認(rèn)為影響最直接、最快、損失最大的的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題，在許多國家和地區(qū)都非常關(guān)注。我國社會(huì)在發(fā)展中，已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到諧波對(duì)生產(chǎn)和生活的危害，如何將諧波帶了的損失降到最低已成為迫切需要解決的問題。作為電力工作者，特別是營銷戰(zhàn)線的人員，如何幫助企業(yè)減少諧波干擾帶來的損失，減少客戶的經(jīng)濟(jì)損失，已成為我們客戶服務(wù)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。希望本文章給從事需求側(cè)管理的電力人員帶來啟示。

參考文獻(xiàn)

[1]閆世斌．煉化企業(yè)配電系統(tǒng)諧波污染與治理[J]．延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，26（05）：85-85．

中圖分類號(hào)：TM711

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