淺析低壓配電線路無功補償裝置諧波治理技術

王熹瞳

（鄭州大學產業技術研究院，河南鄭州，450000）

0 引言

當下人們的用電需求與日俱增，對電力供電系統提出了更高的供電要求。但是配電系統在運營的過程中仍然存在著一些問題，諧波的存在就是問題之一。諧波會對電力系統的設備造成一定影響，這些設備會在諧波的作用下性能退化、壽命減少。所以如何有效解決電力系統的諧波問題是值得深入研究的課題。

1 諧波對低壓配電線路造成的不良影響

如果在低壓配電線路中存在諧波電流，線路中就會發生集膚效應，還會發生有功功率損耗的不良情況。此時諧波的電阻就會變大，線路上損耗的電流就會隨之增大。也就是說諧波會影響低壓配電線路的運行效率，會降低供電的質量。在低壓線路中，通過中性線的電流不大，一般情況下，都會使用比較細的線。如果其中存在著大量的諧波，線路的絕緣性能就會明顯降低，進而發生線路短路的情況，如果沒有及時發現，就有可能發生火災事故。此外，諧波會對電容器的電容量產生一定的破壞作用。如果在線路中出現了諧波電壓，電容器的溫度就會持續升高，當溫度上升至一定的高度，超過電容器所能承受的極限溫度，此時電容器就會爆炸，這會給電力系統帶來巨大的經濟損失[1]。另外電容器在諧波的作用下，會發生諧波諧振，這會對電網的正常運行產生影響。如圖1所示為檢測到的多種諧波的特征曲線。

圖1 多種諧波特征表示圖

2 目前市面上出現的無功補償裝置

諧波的存在會對低壓配電網的運行產生不良影響，會嚴重破壞設備的功能，也會降低設備的使用年限。當下我國科學技術獲得了良好發展，科學技術水平在不斷提高。供電企業引進先進的科學技術，讓配電網的運行更加穩定，也增加了配電網運行的安全性能。選擇合適的低壓配電網無功補償裝置能夠實現對諧波的有效抑制，這對電力系統來說有著十分重大的意義。一般情況下，低壓配電網出現的諧波都是1次諧波、7次諧波和13次諧波，低壓諧波濾波器對諧波產生的是防治作用。市面上出現的抗諧無功功率自動補償裝置如圖2所示。固定式的單調諧波濾波器由電容器和濾波電抗器組成。在選擇時要注意電抗器的電感值。要確定兩個數值，一個是一般回路形成的諧波頻率，另一個是電網間存在的最低次諧波頻率，正常情況下后者的數值會高于前者的數值，利用這一特點能夠保證諧波的頻率達到正常的標準。有源濾波器也是目前已經廣泛應用于實際的一個有效治理諧波的裝置。這是一種新型裝置，制作這一裝置所用的技術十分先進[2]。國內能夠生產這一裝置的廠家數量不多，如今使用的裝置大多數來自于國外。這種裝置的優勢就是能夠在較短的時間內響應要求，通常情況下發出響應的時間不會超過1ms，這一特點能夠有效提高對三相諧波電流補償的效率。還有一個優點就是，有源濾波器的諧波次數是50次以上，這一水平十分高，會明顯降低企業的經濟損失。

圖2 抗諧無功功率自動補償裝置

3 無功補償裝置的類型和特點

圖3 靜止式的無功補償裝置

無功補償裝置可以劃分為兩種，一種是靜態補償裝置，這種補償裝置抗阻確定，因此這種裝置不能符合無功需求隨時發生變化這一特點，所以起到的無功補償的作用有一定缺陷。只有在穩定不波動負荷的支持作用下，才能使用這種裝置。由于這種局限性，靜態的無功補償裝置在實際的應用中不是十分廣泛。無功補償裝置的另一種是動態的無功補償裝置。科學技術在不斷發展，電力系統也得到了很大程度的完善，動態的無功補償裝置得到了廣泛的運用，尤其是在低壓配電網領域，動態無功補償裝置比靜態無功補償裝置有明顯的優勢。在工作時，動態無功補償裝置會檢測電力系統，會分析控制芯片的運轉情況，然后讓電容器能夠根據實際需要自由切換模式。這樣就能實現對系統的無功補償。這種類型的裝置有一定的使用優點，就是即使電路中沒有電流也沒有電壓，仍然能夠實現電容器的投切，此時機械投切的危害明顯降低，裝置的使用壽命會有所增加。另外一個優點是動態無功補償裝置能夠快速檢測出電網中存在的無功電流，之后再分析芯片，進而判斷出是否進行無功功率補償，此時電路會快速恢復穩定，保證線路的供電質量，如圖3所示為靜止式的無功補償裝置。

4 運用無功補償裝置治理低壓配電網諧波需要注意的問題

安裝無功補償裝置是一項治理諧波的有效技術，能夠達到良好的治理效果。在選擇低壓無功補償裝置時，應該做到科學合理。要對諧波的含量有清楚的把握，要了解諧波的負載性質。可以使用諧波測試儀測量線路中諧波的含量。電力負載的變化幅度、電力負載的變化頻率以及三相負荷之間的平衡度這些都是電力負載的性質。要詳細掌握這些內容，并在此基礎上合理選擇無功補償裝置[3]。存在一些場合對諧波控制有著很高的要求，比如起重設備制造企業，各種大型的商場。為此在為這些場合選擇無功補償裝置時，需要具體考慮這些場合的具體情況。另外還要收集配電網的技術參數，因為有了這些參數才能設計濾波器。配電網的運行電壓值、電壓值的變化范圍、配電網的額定電壓值、電壓畸變率測試值以及配電網的基波頻率無功負荷狀態，這些都是配電網的基本參數值。參考這些參數，才能保證濾波器的設計符合使用的要求。選擇無功補償裝置還要用到仿真模型工具，這一工具能夠輔助計算，進而制定出無功補償大致的實施方案。同時仿真模型工具還具有預測的功能，能夠預測配電網中是否會出現諧波共振的情況，同時還能預測諧波放大的情況。這樣工作人員就能知道無功補償裝置在發揮作用時可能出現的問題，并在此基礎上制定出有效的解決方案。

5 運用濾波器治理諧波，將線路中的諧波有效過濾

無功補償諧波治理可以在用戶端進行，具體的操作是把有源濾波器或者是無源濾波器植入到用戶端。這樣就能在用戶端實現對諧波的治理。無源濾波器的治理的原理是將諧波電流充分吸收。使用這一方式進行治理需要用到無源網絡。無源濾波器的組成部分有電容、電阻和電感。目前這種方式已經得到了廣泛的應用。這項工作的關鍵之處就是要選擇合適的無源濾波器，無源濾波器的種類有單調濾波器和雙調濾波器，只有選擇合適的濾波器才能起到良好的濾波效果。還有一種方法就是在低壓配電網的變電站進行諧波治理，這種方式有著管理便捷的特點，而且能夠達到系統化的治理效果。在目前的發展階段中，這種治理方式普遍使用混合型的電力濾波器，這種濾波器不僅有著有源濾波器的治理特點，還有無源濾波器的治理特點。有著更為良好的配電網諧波治理效果。混合型電力濾波器的工作原理有兩種，一種是串聯的混合型，另一種是并聯混合型。在實際的治理工作中要靈活選擇治理原理，力求達到最好的治理效果，讓諧波對低壓配電網造成的影響降低到可以接受的范圍內。

6 總結

綜上所述，本文研究諧波對低壓配電網產生的危害，發現諧波問題會嚴重影響電力系統的穩定運行，導致系統供電質量下降，這會對人們的正常用電產生不良影響。供電企業在運用無功補償技術治理諧波時，應該仔細研究諧波污染產生的原因，更應該注意裝置的合理運用。