工廠配電中諧波的處理分析

郝伶

摘要：由于配電過程中產生的諧波直接提升了電力的損耗率，將嚴重降低工廠的配電質量，因此諧波的存在是工廠配電質量發生下降趨勢的主要原因，為此提升配電質量、減少諧波產生非常重要。文章針對工廠配電中諧波的處理進行了分析。

關鍵詞：工廠配電；諧波處理；配電過程；電力損耗率；配電質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2016）13-0132-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.063

伴隨先進工廠的配電系統在規模上的擴大，滋生了許多不間斷式電源、高低壓的變頻式裝置以及其他設備等，這些配電設備提升了我國配電系統在自動化、智能化方面的性能，其中非線性特性為配電系統帶去了較為嚴重的諧波影響。在日常生活實際中，人類在認知諧波問題上主要是其自身在實現配電過程中產生的諸多危害。為此，國家配電網應高度且深入地鉆研工廠對諧波問題的處理，以此全面提升工廠內部系統中的配電質量以及配電設備運行的安全性能。

1 工廠配電過程中諧波的產生機理

其配電系統產生諧波的原因主要是與系統內部的大量非線性電量負荷密切相關，主要來源于電阻、電容以及電感等元器件，還包括具有高頻性能的電子電力元器件等。針對工廠而言，其硅制整流器和變頻設備等都含有電弧，而變壓器等內部鐵芯由于具有相應的磁飽和、暫態放電等工作特性，致使配電系統增加了諧波產生率。因此，在該運行狀態下，必然使設備的電流工作波形為正弦以及其諧波頻率是基波頻率的整數倍等。諧波不僅威脅了工廠的配電質量，還提升了其輸電線路在功率方面的損耗率，進而致使配電系統應用的儀表在測量環節中產生誤差，使工作電機產生過多額外的熱量，影響了配電設備的正常使用年限。

2 諧波在工廠實現配電過程中的主要危害

基于諧波在工廠配電實現過程中的嚴重危害性，干擾了輸電線路安裝保護、測度等。在配電設備中安裝的電磁繼電器元器件等，來自諧波干擾致使配電設備出現誤動、拒動，因而突顯了諧波干擾對工廠配電系統內部的安全、穩定運行造成嚴重威脅，同時對變壓器設備的危害是損耗了銅元件、鐵元件等自身使用壽命。然而，諧波的噪音會影響工廠周邊環境，進而還會干擾工作者正常工作。此外，諧波給設備帶去過多熱量，嚴重損壞了設備，加速了其老化速度。諧波又影響了電能表在測量中的精準度，導致其測量結果的混亂。然而，其諧波最嚴重的危害是威脅人類健康，通過刺激人體細胞致使心臟、大腦等遭受嚴重危害。

3 對諧波處理方法的具體分析

根據當前電力運行形勢分析，其工廠配電的系統在處理諧波問題時應從多途徑展開分析，通過控制諧波的高低產生源、優化與完善配電內部系統、加裝抑制諧波的相關裝置三方面落實；從原理展開分析，可將其分為主動型、被動型兩種，其中主動型是在設計原理上不會產生諧波的變流配電設備，然而被動型則在當前配電系統的內部空間上加裝能夠濾除諧波的處理裝置，因此綜合處理方法的分析包含以下兩點：

3.1 提升其配電內部的系統功率

3.1.1 運用提升自然功率法。所謂的自然功率法主要是在配電系統的籌劃與構建前夕，在源頭上考慮運用無功功率，進而提升自然功率。因此，要求工廠的配電系統在籌劃、設計的過程中，需進行嚴格的配電實況考察，并要做好與之對應的配電容量分析等。還應綜合工廠配電的系統擴容、擴建等方面，以此避免由于設備的大功率消耗、高頻運行等問題帶來的不良影響，最大程度地實現自動控制的配電工作指標。

3.1.2 加裝一些無功補償的處理裝置。雖然運用自然功率提升法在源頭上大大提升了配電系統內部的功率，但是配電系統內部的配電質量有待完善，這需在其內部空間上加裝一些具有無功補償性能的處理裝置。針對系統內部的負載集中區，通常在理論上運用并聯式的電容法去實現快速無功補償的工作，以此高效降低該負載集中區在不斷交換能量同時所產生的一些無功功率，同時還能穩定配電系統的內部電壓。其諧波補償具體措施有三種：個別補償，針對鋼鐵廠或是機械廠一類需大功率配電的部分工廠，必然會運用大功率的電機設備去實現配電工作，而這些大型設備會在工作中產生大量的無功功率，因此必須通過個別補償的處理方式去實現系統功率的提升規劃，其加裝一些單機式的無功、電容補償裝置是最佳選擇；分組補償，該措施是當前眾多工廠實現安全配電的常用方式之一。它主要先把線路分支，而后根據分支采取分組實現補償。在該種方式之下能把無功補償的設備有針對性地安裝在線路的前端，提升了線路的整體運行功率，進一步實現了高效率補償；集中補償，該種方法比較適用于較大型的工廠降壓、變電所當中，主要對高低壓的母線進行集中式補償。通過加裝動態、無功式補償處理裝置，全面提升工廠配電的總

質量。

3.2 運用諧波抑制的良好措施

3.2.1 被動抑制的處理技術。該種被動抑制的處理技術實現抑制有三種方法：

通過加裝一個無源的濾波器，由于該濾波器具有較低成本的特點，因此其是補償方法中最普遍的一種。它通過R、C、L等進行組合形成并聯且低阻的電力通路，并把C、L以并聯方式接入對應整流器元件的輸入端。運用C元件維護直流電壓的穩定性，運用L元件降低脈沖

直流。

通過加裝一個有源的濾波器，將其加裝在與諧振頻率的周邊，進而將其等效成為一個并聯電力網絡且具有無窮大的導納。其中有源的濾波器在結構上包含一個交流逆變橋和一個直流逆變橋，和一個諧波同時接入電路中。與此同時，電力有源的濾波器并聯連接是運用能夠產生相反電流負載的諧波，去起到抑制并消除諧波的良好電力作用。因此，它相當適合于L型的負荷諧波實現濾除工作。縱觀現今的電力市場做出理性分析，其技術已經走向成熟軌道，尤其是在工廠的配電方面普及應用。但是由于其有源的濾波裝置自身具有強大的容量，因此該濾波裝置的選用涉及了較高費用。然而串聯方式有源的濾波裝置是運用能夠產生相反電壓負載的諧波進而被動抑制了諧波，因此該種裝置主要用于與C式二極管的相應整流回路當中，同時就也展現了其應用的限

制性。

通過加裝一些混合式的濾波器，其具有多種組合的可行性方案。方案主要有：（1）并聯APF、PF；（2）串聯APF、并聯PF；（3）APF、PF雙重串聯共同接入系統；（4）APF的串聯、并聯方式進行混合。基于APF在實現濾波工作時的靈活性、良好的控制塑性、響應度等，有力避免了來自系統內阻抗的相對干擾。故濾波裝置的多種混合方式具有較強的應用和動態補償的能力，但其高昂的配置造價、價值較大的系統損耗等缺點，相對制約了該濾波器在配電系統中的大量應用。而后伴隨半導體在技術上的飛躍以及對IGBT的擴用，滋長了該濾波器的應用與發展火焰，并為其發展前景提供了有利條件。

3.2.2 主動抑制的處理技術。該種處理技術與被動抑制進行對比，其主動抑制的處理技術應用了較多大功率的電力、電子元器件，其中包括多脈動的整流、多電平、變流技術以及脈寬的調制技術。多脈動的整流主要分為12、24兩種脈動去降低諧波的電流；多電平、變流技術疊加了方波電壓、電流波形，進而使內部電壓、電流能夠接近正弦值，以便達到調整為理想波形目的；脈寬的調制技術依附于傅里葉的級數理論，通過控制輸出波形的變換時間實現了諧波、基波的轉換。

4 針對工廠配電產生諧波進行處理的切實意義

由于諧波危害的嚴重性，致使對諧波問題進行處理已經成為工廠配電工安全落實的重點內容。當配電系統產生非線性的配電負荷時，其配電設備以及負荷在實現電量傳遞、變換、吸收等過程中提供的有限基波能量時，將部分能量轉換成諧波相應能量，進而向配電系統輸送較多量的諧波。其諧波的存在降低了配電廠生產的電能在傳輸過程中的使用效率，使設備在過熱運行、振動以及噪聲情況下，絕緣部位出現了老化現象，縮短了使用周期，進而引發配電事故等。因此，為了工廠實現安全配電的工作目標和從確保系統的穩定運行等多角度分析，對配電產生的諧波實施有針對性、合理性的處理，將諧波危害降至最低，控制在有限范圍內，有利于為工廠的配電系統提供高質量的運行環境。該處理工作是目前電廠配電工作的首要任務，其處理工作的落實在電力工作中具有重要影響意義。

5 結語

我國當前社會用電趨勢向高效率、高質量方向穩定發展，故此提升了對配電過程中諧波問題處理的重視度。通過了解諧波給人類、配電系統帶來的諸多危害以及來源等，相繼提出了有效的處理方法。將新型的電子元器件推廣至配電系統的抑制諧波裝置中，以此增強其系統內部非線性、復雜性。通過積極落實處理諧波工作，大大提升了配電系統的電能充分運用效率。只有持續完善工廠的配電質量，才能使電力事業為社會提供更好的配電服務。

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（責任編輯：秦遜玉）