某工廠諧波治理節能潛力分析

張健榕

摘 要：通過對某工廠進行節能診斷和測試數據分析，發現該工廠T3專變存在諧波現象，對諧波危害進行說明，并提出諧波治理解決方案，以及進行諧波治理的改造效益分析，改善用戶電能質量，提升電氣設備運行可靠性，達到節能降耗目標，具有較好的經濟和社會效益。

關鍵詞：諧波治理;諧波危害;效益分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.193

0 引言

在國家大力推進節能降耗、保衛藍天的戰略背景下，從對某工廠生產現場進行全面調查、資料收集、能效監測和現場測試著手，重點針對供配電系統等生產相關的設備進行綜合分析，查找問題及漏洞，挖掘工廠的節能潛力，進行切實可行的節能潛力分析，降低能源消費成本、提高經濟效益，促進企業順利完成節能減排任務，從而提升企業市場競爭力，實現生產和環境可持續發展。

1 現場基本情況

某工廠屬于電子產品制造行業，根據行業特性及其配電情況，對C2配電房的T3專變低壓側進行電能質量測試和節能診斷。

由測試數據分析，對于諧波，T3專變諧波均超出《電能質量—公用電網諧波（GB/T14549-93）》允許范圍內，需對其進行諧波治理。T3專變諧波測試數據見表1、表2。

2 諧波危害

高含量的諧波電流和畸變電壓，將引起變壓器鐵損、變壓器銅損、傳輸線路損耗、電容器損耗及其它雜散損耗增大，當中的變壓器鐵損最大，主要緣由是變壓器鐵芯損耗與頻率息息相關?；〒p耗時，市電頻率為50Hz，也就是電磁場在鐵芯中每秒交變50次，而工廠的配電系統中受低次諧波污染為主，電網中5次諧波，其頻率為250Hz，也就是電磁場在鐵芯中每秒交變250次，其鐵芯損耗大幅度增加，如果電網中含有頻次更高的諧波，其損耗將會更大。當繞組導線施加畸變電流時，發生第一次集膚效應;繞組磁化變壓器鐵芯后，產生了畸變磁場，又施加在繞組上，在繞組導線上發生第二次集膚效應，因此變壓器銅損鐵損都會相應增加。

諧波附加損耗以基波損耗成倍數增加，當變壓器受諧波的長期影響，附加損耗以振動、發熱形式出現，甚至會燒毀。在電力系統中，諧波電流會造成在線路上的有功功率損失，這也是電網線損的組成部分。從現場節能測算數據分析可見，諧波電流較大時，諧波頻率也較高，在導線中的集膚效應促使諧波電阻大于基波電阻，也造成諧波引起的附加線損增大;同時諧波和間諧波的集膚效應使輸電線等效截面積變小，線路損耗增加。

3 解決方案

通過對T3專變低壓側監測的電能質量數據分析，得知該變壓器中低次諧波電流存在超標情況，本方案采用的諧波治理裝置對超標諧波進行濾除，本著就地治理的原則，將本次諧波治理點設在變壓器低壓側。

采用有源電力濾波裝置APF，主要基于高速數字信號處理器的數字信號處理技術制成的電力諧波治理專用設備，能夠實現動態無功補償和諧波濾除，諧波治理結構框圖見下圖：

4 改造效益分析

諧波電流實質上是不做功，會造成電網的線損增加。因為導線產生的集膚效應，同樣大小的諧波電流導致的電網線損遠比基波無功電流引起的線損大，下面按補償無功功率的節能標準來計算分析濾波帶來的節能效果。衡量無功功率補償經濟效益的指標為無功經濟當量，無功經濟當量的定義：每補償1kVar無功功率在整個電力系統中節約的有功功率損耗。

其中，Q為原有無功功率， QC為補償裝置容量，△PC補償裝置本身損耗。k為無功功率經濟當量，主要根據經驗進行取值，這里根據行業特點，無功功率的經濟當量k取0.08。

T3變壓器諧波電流421A，造成的損耗等效的無功電流可能達到諧波電流3倍以上，此處以1263A計算。

補償容量：

可減少的電網損耗為：

通過安裝1套額定電流為500A的有源濾波裝置（自身功耗4kW左右）后，可每年節約電量為（按照年平均運行時間7200小時計算）。

年節電量：

年節電金額：=×電價=50.11×0.7=35.077萬元（電價按0.7元/kWh計算），實施改造效益簡表見表3：

5 結束語

除了上述節能效益，其他效益主要有：改善用電質量、增容降損、增強設備運行可靠性和提高生產效率。所以，積極實施諧波治理，具有較好的經濟和社會效益。

參考文獻：

[1]王兆安，楊君，劉進軍等.諧波抑制和無功功率補償 （第3版）[M].北京：機械工業出版社，2016.

[2]姚錦衛，張國興，張穎.采用APF進行諧波治理和無功補償的工程應用[J].電力系統及其自動化學報，2018（06）.