商業綜合體諧波問題分析及治理方案

陳蕭殷

沈陽有色冶金設計研究院有限公司 遼寧沈陽 110003

1 問題的提出

2019年4月某Y商業綜合體投產后，出現了一系列電能質量相關問題：①2018年2月至2019年3月，商場內最終照明燈具安裝，均采用了led照明燈具；②進入夏季后，在檢查中發現，商場內幾處專用變配電室環境溫度升高，變壓器運行溫度有明顯升高，噪聲增大，電纜發熱，但負荷變化不明顯；③在對商鋪進行電氣安全檢查時，發現很多商鋪的中性母線上的電纜有高溫燒蝕，剩余電流檢測器不正常工作，漏電保護開啟；④監控中心的監控顯示屏上產生比較嚴重的木紋形狀干擾。

針對上述問題，建議Y商業綜合體對所有變壓器和配電室的電能質量進行了深入測試，并根據測試結果解決了問題。本文以Y商業綜合體的實測數據和諧波治理為例進行探討。

2 Y商業綜合體變配電室電能質量測試

Y商業綜合體于2019年投入使用。電梯、自動扶梯、空調水泵為變頻設備，專用變配電室采用7%電抗補償+30%電容補償。

2019年夏季，對Y商業綜合體1#專用變壓器和2#專用變壓器進行了電能質量測試。

3 測量數據分析

根據實測數據統計和國家標準GB/T14549-1993《公共電網電能質量諧波》可知，諧波的允許值：①變壓器三相電壓基本平衡，三相電壓偏差在規范允許的電壓總諧波畸變率5%以內；諧波電壓含量不高，諧波電壓含量在4%的允許范圍內。②Y商業綜合體的三相電流不平衡超過規范允許值，中性點電流漂移嚴重：諧波電流含量超標，主要是三、七、十一階等奇次諧波；奇次諧波含量三相平均值為140A，占27.1%；三次諧波電流平均值為92.85A，占17.98%，比三次諧波62A允許值超出49.76%。總諧波電流三相平均值為142.4A，電流總諧波畸變率THDi=27.55%。③變壓器輸出電流波形嚴重變形，諧波電流的平均值和比例均嚴重超過規范允許值。④由于諧波電流過大，無功損耗和運行成本大大增加[1]。

4 諧波原因分析

2019年投入使用的Y商業綜合體負荷中的電梯、自動扶梯、冷凍水泵、冷卻水泵均為變頻調節設備；公共區域和商店的照明燈具均為LED照明燈具；同時，使用多個發光二極管顯示器。這些非線性負載的廣泛使用，如變頻負載和開關負載，導致電力系統中出現大量諧波。

5 諧波控制方案的選擇

諧波控制有兩種選擇：無源濾波和有源濾波。無源濾波改造方案成本低，但改造難度大，對商業運營影響大；有源濾波器改造方案難度大，不影響商業運營，但成本高。經商業綜合體運營團隊研究決定，采用有源濾波方案對現有項目進行諧波治理改造。

6 利用有源濾波裝置控制諧波

Y綜合商體1#專用變壓器和2#專用變壓器諧波治理（集中治理法）試點。治理目標：①減少配電系統中三次諧波疊加造成的中性線電流過大現象；②降低無功補償諧振概率；③降低諧波引起的鐵損和線損；④提高設備的可靠性和使用壽命；⑤減少諧波對公共電網的污染；⑥減少對通信設備的干擾，提高通信信號質量。

6.1 治理方案

3#專用變壓器的主諧波為三次諧波，最大三次諧波電流為107.506A，總諧波電流值為152.833A，選擇200A有源濾波補償裝置集中處理。

4#專用變壓器的主諧波也是三次諧波，最大三次諧波電流平均值為196.2A，總諧波電流值為218A，因此選擇300A有源電力濾波器集中處理。結合現場用電和數據測試分析，本工程集中處理采用機柜地板安裝。APF將在原有低壓配電系統的基礎上安裝，安裝接線位置將在400伏配電系統中，在補償輔助柜和負荷柜之間，以確保系統的基波電流流經補償柜的400伏母線。

6.2 治理效果

（1）工程部于2019年10月14日至10月19日進行了為期6天的諧波治理效果對比試驗，其中有源濾波設備于10月14日、10月16日和10月18日關閉，有源濾波設備于10月15日、10月17日和10月19日開啟。與1#變壓器諧波治理設備停機3天相比，開機3天共節約用電719.9千瓦時，占節能量的6.50%。與2#專用變壓器諧波治理設備停機3天相比，開機3天共節約電能925.6千瓦時，占4.81%。從諧波處理后的檢測結果可以看出，1#專用變壓器的諧波含量從處理前的10.81%下降到2.78%，下降了8.03%；2#專用變壓器諧波含量由處理前的22%降至0.9%，下降21.1%。

（2）燈具故障率降低90%，燈具更換數量由諧波治理前每月50臺左右降至每月5臺。

（3）處理后仍存在的問題：諧波處理裝置溫度偏高，達到43℃；諧波控制裝置的噪聲偏高，達到72.6分貝。

6.3 處理后的經濟效益

根據Y綜合商體1#專用變壓器和2#專用變壓器的中試處理結果，計算了Y綜合商體諧波處理后6臺負荷性質相近的變壓器的節能費用。商業綜合體中類似負荷性質的6臺變壓器每年節電36萬千瓦時以上。經過諧波治理，Y綜合商體燈具故障率下降90%。

7 有源濾波器設備選型注意事項

①選擇具有高精度電流閉環算法的有源濾波器，具有較強的電網環境適應能力；②選擇高效散熱設計的有源濾波器；③選擇故障檢測、控制和保護功能完善的有源濾波器；④選擇補償精度高的有源濾波器；⑤選擇低功耗的有源濾波器，功耗不超過額定輸出功率的3%；⑥選擇諧波濾波率高的有源濾波器，濾波率不小于97%，系統電流諧波不大于3%；⑦選擇能同時濾除2-51次諧波的有源濾波器；⑧選用低噪聲有源濾波器，噪聲不超過65dB；選擇可靠性高的主要部件。

8 結語

商業綜合體中的諧波產生主要是由于LED照明燈具、變頻裝置等非線性負載的廣泛應用，導致電力系統中產生大量奇次諧波。本文以Y商業綜合體為諧波治理試點項目，對業主持有的其他商業綜合體項目進行了諧波治理，取得了良好的諧波治理效果和長期的節能降耗效益。