企業(yè)供電系統(tǒng)諧波的處理策略

史永輝 張學(xué)鵬

摘要：諧波廣泛存在于企業(yè)的供電系統(tǒng)中，諧波的產(chǎn)生會(huì)對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電安全造成嚴(yán)重影響。因此，研究和探討企業(yè)供電系統(tǒng)諧波的有效處理策略，最大程度地降低諧波對(duì)供電系統(tǒng)的危害程度，減少企業(yè)因供電系統(tǒng)諧波而遭受的損失，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，本文在分析企業(yè)供電系統(tǒng)諧波危害的基礎(chǔ)上，提出了幾條處理企業(yè)供電系統(tǒng)諧波的有效策略，希望本文能為提高我國(guó)企業(yè)供電系統(tǒng)諧波處理水平提供一些有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);諧波;處理策略

干凈理想的供電系統(tǒng)能為企業(yè)提供工頻恒定的正弦波電壓，但在企業(yè)供電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，因存在具有阻抗特性的非線性用電設(shè)備，當(dāng)施加電壓與流過(guò)電流不呈線性關(guān)系時(shí)，供電系統(tǒng)中就會(huì)產(chǎn)生非正弧波電流。所有波形電壓都可分解成一個(gè)基頻正弧波加上基頻整數(shù)倍的一系列分量，該分量統(tǒng)稱為諧波。諧波的產(chǎn)生會(huì)使部分設(shè)備發(fā)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故。因此，企業(yè)應(yīng)高度重視供電系統(tǒng)諧波問(wèn)題，強(qiáng)化對(duì)電能質(zhì)量的管理，采取多種措施有效抑制諧波產(chǎn)生的源頭，不斷提高供電系統(tǒng)的純凈度，為企業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)可靠的電源。

一、企業(yè)供電系統(tǒng)諧波的危害

（一）對(duì)設(shè)備的危害

電力設(shè)備主要是指電力變壓器和電力電容器，諧波會(huì)嚴(yán)重危害這些設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)電容器兩端存在諧波電壓時(shí)，由于諧波頻率較高，電容器無(wú)法阻抗諧波，會(huì)使電容器電流增大，溫度增高，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p耗系數(shù)增大，附加損耗增加，極易引發(fā)電氣設(shè)備故障，縮短電容器使用壽命，甚至有可能因電容器負(fù)荷太大而引發(fā)爆炸。另外，在諧波與電容器的共同作用下，有可能導(dǎo)致電力諧波諧振，增大諧波的危害程度。

（二）對(duì)線路的危害

諧波會(huì)對(duì)線路運(yùn)行的穩(wěn)定性造成影響。為確保設(shè)備和線路安全性，使線路能夠穩(wěn)定運(yùn)行，企業(yè)在電力線路中增設(shè)了很多繼電保護(hù)裝置、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備等。而受到諧波的影響，上述根據(jù)基波量設(shè)定的靈敏度較高的自動(dòng)保護(hù)裝置，如復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)裝置、母線差動(dòng)保護(hù)元件、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、故障錄波器等很可能出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)，將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，還可能影響各種斷路器功能的正常發(fā)揮，諧波電流可增加斷路器的銅耗和鐵耗，使其發(fā)熱，導(dǎo)致額定電流降低、脫扣困難、脫扣電流降低等異常現(xiàn)象，從而產(chǎn)生不動(dòng)作或誤動(dòng)作。

二、企業(yè)供電系統(tǒng)諧波的處理

（一）改造諧波源

要想消除供電系統(tǒng)諧波，最根本的辦法就是消除諧波產(chǎn)生的根源。諧波產(chǎn)生的來(lái)源主要是各種非線性元件，所以企業(yè)首先應(yīng)從電子裝置入手，設(shè)法降低諧波產(chǎn)生的可能性。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，增加變流裝置周期可減少脈動(dòng)次數(shù)，消減起伏的幅值，從技術(shù)層面達(dá)到消減諧波源的目的。使用該方法時(shí)應(yīng)借助波段測(cè)試裝置，通過(guò)技術(shù)方式對(duì)異常波段進(jìn)行干預(yù)。另外，將高頻率因數(shù)整流器運(yùn)用到供電系統(tǒng)中，也可對(duì)諧波源進(jìn)行自動(dòng)改造。

（二）科學(xué)選擇變壓器

變壓器中的很多非線性元件都會(huì)產(chǎn)生大量諧波。因此，選擇變壓器時(shí)，應(yīng)選擇合理正確的接線方式，從而有效阻止3N次諧波電流和不平衡電力，避免諧波通過(guò)原邊傳至供電系統(tǒng)中。在企業(yè)經(jīng)常使用的三角形（星形）變壓器中，不平衡電力和3N次諧波電流僅在初級(jí)繞組里循環(huán)流動(dòng)，不會(huì)進(jìn)入供電系統(tǒng)中。為保證三角形變壓器的正常運(yùn)作，一定要按照負(fù)載確定變壓器額定容量，并為諧波畸變留出裕量，避免因諧波導(dǎo)致變壓器發(fā)熱，進(jìn)而造成變壓器損壞。

（三）科學(xué)選擇電纜線

在選擇電纜線時(shí)必須先考慮電纜截面，因供電系統(tǒng)中存在諧波會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱，因此凡是諧波可擾動(dòng)的設(shè)備一定要合理選擇配線，需運(yùn)用有關(guān)公式對(duì)電力承載流量時(shí)所需的裕量值進(jìn)行計(jì)算。影響裕量值的因素主要包括斜長(zhǎng)、弧垂、接續(xù)等。以接續(xù)為例，搭接電線必然會(huì)增加裕量，并會(huì)受到接線工藝和導(dǎo)地線長(zhǎng)度的影響，通常情況下接線長(zhǎng)度不宜超過(guò)1.1米，如果按照接地導(dǎo)線長(zhǎng)2000米來(lái)計(jì)算，那么會(huì)導(dǎo)致不到0.06%的裕量增量。

（四）實(shí)施諧波補(bǔ)償

針對(duì)礦業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，諧波產(chǎn)生的來(lái)源主要是大功率提升機(jī)械、通風(fēng)機(jī)械、傳輸機(jī)器等，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中容易生成嚴(yán)重的高次諧波污染。所以，要想減少變壓器造成的諧波，需要再增加諧波補(bǔ)償裝置，以保證電流以正弦波方式輸送。目前，在變頻器母線上增加五次單調(diào)諧濾波器是最為常見(jiàn)的方式，同時(shí)采取角形接線，對(duì)于單項(xiàng)則采用一串七并的方式。

（五）科學(xué)選擇整流器

選擇整流器時(shí)，最好選擇脈動(dòng)數(shù)或整流相數(shù)多的整流器，這樣能在很大程度上減少低次特征諧波，降低諧波源產(chǎn)生的諧波含量，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)。在供電系統(tǒng)中，整流器是產(chǎn)生諧波較多的裝置之一，其在交流側(cè)生成的高次諧波是tk±1次諧波，例如，整流裝置為6脈動(dòng)時(shí)，諧波次數(shù)是n=6K±1，假如增至12脈動(dòng)，則諧波的次數(shù)為n=12K±1，如此則能消除5、7等次諧波，所以增加整流器的脈動(dòng)數(shù)或整流相數(shù)，能對(duì)低次諧波起到抑制作用。不過(guò)，該方法盡管在理論上是成立的，但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中會(huì)耗費(fèi)大量資金，并且消除諧波的效果也不明顯，所以一般情況下僅在大容量整流裝置中使用該種方法。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，為確保企業(yè)正常、安全生產(chǎn)，必須高度重視供電系統(tǒng)諧波問(wèn)題，有效抑制諧波產(chǎn)生的根源，可采取改造諧波源、科學(xué)選擇變壓器、科學(xué)選擇電纜線、實(shí)施諧波補(bǔ)償、科學(xué)選擇整流器等多項(xiàng)有效措施，有效預(yù)防供電系統(tǒng)諧波給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的危害，確保企業(yè)實(shí)現(xiàn)健康有序運(yùn)行的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧文麗，戴朝華，薛聰聰.光伏接入牽引供電系統(tǒng)諧波交互影響及其適應(yīng)性分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2019（04）.

[2]劉明曉，王旭光.再生自動(dòng)狀況下?tīng)恳╇娤到y(tǒng)諧波特性分析[J].電子設(shè)計(jì)工程，2019（18）.

[3]王延青.牽引供電系統(tǒng)諧波特性測(cè)試分析及抑制方案研究[J].河南科技，2018（32）.

[4]樊道慶，郭賢朝，劉靜佳.模塊化多電平的諧波補(bǔ)償控制策略[J].自動(dòng)化與儀表，2018（02）.