無功補(bǔ)償裝置諧波治理技術(shù)在配網(wǎng)線路上的應(yīng)用

王林莽

摘 要：諧波問題隨著配網(wǎng)系統(tǒng)中電子裝置產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用日趨突顯，它主要體現(xiàn)在電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生畸變，從而對電力設(shè)備和質(zhì)量造成影響。諧波的出現(xiàn)會給低壓電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成直接影響。諧波治理問題已成為當(dāng)今低壓電網(wǎng)運(yùn)行中亟待解決的問題之一。文章針對諧波污染對低壓配電網(wǎng)的不利影響，提出了無功補(bǔ)償裝置在低壓配電線路中的應(yīng)用及其注意事項。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；裝置；諧波治理技術(shù)；配網(wǎng)線路

中圖分類號：TM761+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0179-03

Abstract： With the wide application of electronic devices in distribution network system， the harmonic problem is mainly reflected in the distortion of current and voltage in the power network， which has an impact on the power equipment and quality. The appearance of harmonics will have a direct impact on the normal operation of low-voltage power grid. Harmonic treatment has become one of the most urgent problems in the operation of low-voltage power network. In view of the adverse effect of harmonic pollution on low voltage distribution network， this paper puts forward the application of reactive power compensation device in low voltage distribution line and the matters needing attention.

Keywords： reactive power compensation； device； harmonic control technology； distribution line

1 諧波污染對低壓配電網(wǎng)的不利影響

1.1 影響低壓配電線路的正常運(yùn)行

如果在正常的低壓配電線路的運(yùn)行過程中，發(fā)生了在低壓配電線路中通過諧波電流的情況，會導(dǎo)致低壓配電線路發(fā)生集膚效應(yīng)，并使其有功功率產(chǎn)生損耗，從而增大諧波的電阻，馬上增加電流在線路中的損耗，嚴(yán)重影響到低壓配電線路的供電效率，使其供電的質(zhì)量大幅度下降。另外，因為受中性線電流值在低壓配電線路中比較小的影響，一般情況下中性線會選擇相對較細(xì)的配線，但是如果產(chǎn)生諧波，會急劇加大中性線中的電流值，而中性線較細(xì)的配線并不能完全滿足通過的電流的需求，就容易造成中性線快速升高溫度、燒壞絕緣等的情況，更有甚者會導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)，造成無法想象的損失。

1.2 諧波污染會造成電網(wǎng)產(chǎn)生諧振情況

諧波出現(xiàn)在正常的低壓配網(wǎng)工作中，很容易使電網(wǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的諧振情況，因而會在內(nèi)部低壓配網(wǎng)中出現(xiàn)諧振點(diǎn)，如果低壓配網(wǎng)帶有諧振點(diǎn)長期運(yùn)行，會嚴(yán)重的損害低壓配網(wǎng)。如果出現(xiàn)了諧波電流或諧波電壓，會對繼電保護(hù)器在低壓配網(wǎng)中的正常工作產(chǎn)生不利影響，一般會造成其產(chǎn)生錯誤動作，為低壓配網(wǎng)和電力設(shè)備的正常的運(yùn)行留下隱患。另外，產(chǎn)生的諧波還會嚴(yán)重影響測量的回路，增大其測量結(jié)果的誤差，或使設(shè)備發(fā)生頻繁的二次動作，使繼電保護(hù)裝置發(fā)生接觸點(diǎn)情況不良的現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了正常的低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，對供電企業(yè)的利益造成不利影響。

1.3 諧波污染會影響主變壓器

在低壓配電網(wǎng)中出現(xiàn)諧波，也會對主變壓器造成比較明顯的影響。當(dāng)前主變壓器在低壓配電中的使用普遍具有固定的繞組特征，所以如果低壓配電線路產(chǎn)生了污染，會明顯加大主變壓器在低壓配電線路中繞組的損耗效率，造成主變壓器外部和內(nèi)部升高其溫度，在這種情況下長期運(yùn)行，嚴(yán)重破壞了主變壓器的絕緣體，既會造成使用主變壓器的壽命和其運(yùn)行的效果降低，還會留下不可預(yù)估的安全隱患。因為在低壓配電網(wǎng)中主變壓器也是一種非常重要的設(shè)備，所以諧波污染對主變壓器的影響也會對供電企業(yè)的效益造成間接影響，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益遭受巨大損失。

1.4 諧波污染會嚴(yán)重影響電容器

電容器也是低壓配電網(wǎng)中受諧波污染影響比較大的元件設(shè)備，如果在低壓配電線路中產(chǎn)生了諧波電壓，這種電壓會對電容器產(chǎn)生作用，而電容器在這種電壓的作用過程中會明顯提升本身的溫度，當(dāng)該溫度高于電容器的極限承受溫度時，就極容易導(dǎo)致爆炸，嚴(yán)重的影響到低壓配電網(wǎng)穩(wěn)定安全的運(yùn)行，同時為供電企業(yè)效益的提升造成不利影響。另外由于受諧波電壓的不利影響，會導(dǎo)致電容器產(chǎn)生諧波諧振，較大程度的影響低壓配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，特別是對低壓配電穩(wěn)定的供電造成很大的影響，并且需要在低壓配電網(wǎng)穩(wěn)定正常的運(yùn)行過程中對其引起充分的重視。

2 在低壓配電線路中無功補(bǔ)償諧波治理技術(shù)

對諧波對低壓配電線路的污染進(jìn)行有效的治理，是低壓配電線路安全、穩(wěn)定、低能耗、有效運(yùn)行的保障。現(xiàn)階段無功補(bǔ)償裝置在低壓配電線路中的治理諧波的技術(shù)主要分為無功補(bǔ)償諧波治理技術(shù)在電能用戶端的應(yīng)用和無功補(bǔ)償諧波治理在變電站的應(yīng)用兩種。

2.1 無功補(bǔ)償諧波治理技術(shù)在電能用戶端的應(yīng)用

把無功補(bǔ)償諧波治理的方法在電能用戶端有效的實施，是把有源或無源濾波器植入電能用戶端，使其實現(xiàn)諧波治理的目的。在無源濾波器植入的過程中，包括電容、電阻、電感等重要組成部分的無源網(wǎng)絡(luò)是其中不可或缺的部分，它之所以被許多企業(yè)廣泛的應(yīng)用，究其原因是無源網(wǎng)絡(luò)可以做到對諧波電流進(jìn)行充分的吸收。無功償諧波治理技術(shù)在電能用戶端有效的應(yīng)用，主要的任務(wù)是對濾波器的科學(xué)選擇，根據(jù)實際情況合理的選擇單調(diào)或雙調(diào)的濾波器，對于諧波在配電線路中的污染的有效吸收得以實現(xiàn)。

2.2 無功補(bǔ)償諧波治理技術(shù)在變電站的應(yīng)用

把諧波治理技術(shù)在低壓配電網(wǎng)變電站中有效的應(yīng)用也是一種治理諧波污染的非常重要的方式，并且其便捷的管理也使治理的效果變得更加的系統(tǒng)。現(xiàn)階段治理低壓配電網(wǎng)的變電站諧波污染，主要依靠混合型電力濾波器完成，該電力濾波器有效的整合了有源和無源濾波器的全部功能，使配電網(wǎng)吸收諧波的目標(biāo)得到更好的實現(xiàn)?；旌闲碗娏V波器主要包括串聯(lián)和并聯(lián)混合型電力濾波器，所以在具體的應(yīng)用過程中應(yīng)該按照實際情況進(jìn)行靈活的選擇，使其治理諧波達(dá)到最佳的效果。

3 無功補(bǔ)償裝置在低壓配電線路中應(yīng)用時需要注意的事項

3.1 詳細(xì)了解諧波的含量和負(fù)載的性質(zhì)

根據(jù)相關(guān)實驗資料證明，普通的低壓電容補(bǔ)償設(shè)備和可以對諧波起抑制作用的成套濾波器都可以使低壓無功補(bǔ)償?shù)玫接行У膶崿F(xiàn)，重要的是合理的區(qū)分諧波的大小含量和負(fù)載的性質(zhì)。其中測試諧波的含量需要對諧波測試儀進(jìn)行有效的運(yùn)用。區(qū)分電力負(fù)載的性質(zhì)應(yīng)該從以下方面引起注意：（1）負(fù)載變化的頻率和幅度；（2）三相負(fù)載統(tǒng)一協(xié)調(diào)的高低程度；（3）諧波源在負(fù)載中的容量。但是在如造紙業(yè)、商用大型場所、制造起重設(shè)備行業(yè)等這些相對比較特殊的場所或行業(yè)，用到的容量較大的變頻器和熒光燈會比較多，對其抑制諧波的要求較高，所以應(yīng)該根據(jù)實際情況合理的選擇所需要的設(shè)備。

3.2 重視搜集整理配電網(wǎng)和負(fù)載技術(shù)參數(shù)

因為濾波器的設(shè)計過程中準(zhǔn)確的電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息是重要的部分，所以需要搜集配電網(wǎng)和負(fù)載的參數(shù)，涉及到的內(nèi)容主要有電壓運(yùn)行的大小和范圍變化、額定的電網(wǎng)電壓、實際測試的電網(wǎng)電壓畸變率的值、無功基波頻率負(fù)載情況、諧波電流電壓相關(guān)行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)等。

3.3 預(yù)測諧波的含量

根據(jù)搜集的配電網(wǎng)和相關(guān)負(fù)載性質(zhì)的技術(shù)參數(shù)，利用計算機(jī)仿真模型對提出的初期補(bǔ)償方案進(jìn)行仿真計算，可以提前預(yù)測在低壓線路運(yùn)行過程中是否會出現(xiàn)諧波放大或共振情況，以便提前采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

4 合理的選擇無功補(bǔ)償裝置

無功補(bǔ)償裝置主要包括靜態(tài)和動態(tài)兩種補(bǔ)償裝置。其中無功補(bǔ)償裝置又被叫作靜態(tài)補(bǔ)償裝置，這種裝置的抗阻比較確定，對于無功補(bǔ)償隨時變化的需求無法滿足，使對于無功功率的補(bǔ)償達(dá)不到有效的實現(xiàn)目的。使用該裝置需要以不產(chǎn)生波動的穩(wěn)定的負(fù)荷為基礎(chǔ)。動態(tài)補(bǔ)償裝置是一種通過對電力系統(tǒng)進(jìn)行檢測，對其控制芯片進(jìn)行分析，使電容器輕松的實現(xiàn)切換，以達(dá)到無功補(bǔ)償系統(tǒng)目標(biāo)的實現(xiàn)的補(bǔ)償裝置。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的合理使用，可以在沒有電流或電壓的情況下實施電容器的切投，使機(jī)械因投切造成的不利因素減少；增加使用裝置的壽命，更加容易對其進(jìn)行維護(hù)；還可以對電路實現(xiàn)有效的保護(hù)，使其在電壓或電流比較高的狀態(tài)下仍能保障安全穩(wěn)定的運(yùn)行；動態(tài)補(bǔ)償控制器可以對電網(wǎng)的無功電流實現(xiàn)較快的檢測，并分析芯片，確定是否需要投切；可以及時準(zhǔn)確的補(bǔ)償無功功率，使電路更加穩(wěn)定，進(jìn)而使供電的質(zhì)量得到較大程度的保障。因此現(xiàn)在電力系統(tǒng)補(bǔ)償功率的時候主要選擇的是動態(tài)補(bǔ)償裝置。

因此選擇合理的低壓無功補(bǔ)償裝置應(yīng)該注意的方面有：（1）針對無功補(bǔ)償裝置的選擇類型的確定，應(yīng)該對技術(shù)的運(yùn)用原理和工作原理進(jìn)行充分的考慮，還應(yīng)該對無功補(bǔ)償裝置的功能和質(zhì)量進(jìn)行有效的分析，盡可能把智能型的裝置作為首選；（2）為了最大限度的發(fā)揮補(bǔ)償裝置的功能，有必要合理的分析其設(shè)置的部位。另外為了使補(bǔ)償?shù)男实玫教嵘?，?yīng)該選擇中心負(fù)荷位置安裝補(bǔ)償裝置，防止因為長時間、長距離的運(yùn)輸過程中產(chǎn)生無功功率，進(jìn)而達(dá)到降低成本的目的；（3）必須重視安裝裝置的維護(hù)和監(jiān)管，想要使補(bǔ)償裝置達(dá)到有效的補(bǔ)償成果，使配電網(wǎng)線和電壓的質(zhì)量得到有效的保護(hù)及保障，便需要采取合理的監(jiān)視措施，使無功補(bǔ)償裝置能發(fā)揮更大的作用，另外還應(yīng)該根據(jù)實際情況制定相應(yīng)的維護(hù)制度使工作人員的責(zé)任心得到培養(yǎng)，使其積極心被充分的調(diào)動起來，以保障設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定；（4）因為只有選擇的補(bǔ)償裝置符合本地區(qū)的電網(wǎng)特征，才能使其發(fā)揮的補(bǔ)償效果最佳，所以應(yīng)該根據(jù)地區(qū)實際情況合理的選擇無功補(bǔ)償裝置。

5 無功補(bǔ)償裝置在海南低壓配網(wǎng)應(yīng)用實例

海南的某礦井，主、副井提升機(jī)都采取晶閘管變流器傳動，電機(jī)容量都為1000kW，原來安裝的是ABB的基波容量為4600kVar的永久濾波裝置，初期礦井負(fù)荷比較小的時候，產(chǎn)生過補(bǔ)償而無法使用。礦井供配電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)只有0.72左右，被罰款。為了使這個問題得到解決，考慮使用TCR動態(tài)無功補(bǔ)償裝置實施諧波治理，并使功率因數(shù)得到提升。為了使諧波的特征準(zhǔn)確掌握，并便于綜合分析諧波及無功治理效果，分別對TCR動態(tài)無功補(bǔ)償裝置無功及諧波綜合治理前后的6kV母線進(jìn)線諧波功率和電流因數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測試。該裝置自2010年7月運(yùn)行以來其功率因素提升到0.98左右，基本濾除了諧波電流成分，因此提高了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)規(guī)定上級供電部門對此進(jìn)行了獎勵，沖減了電費(fèi)支出為17.24萬元。

6 結(jié)束語

低壓配電網(wǎng)運(yùn)行中常會發(fā)生的非線性負(fù)荷現(xiàn)象，會降低壓配電網(wǎng)的功率因數(shù)，進(jìn)而產(chǎn)生諧波污染，對低壓配電線路運(yùn)行效率和供電的穩(wěn)定可靠性造成較大影響，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對穩(wěn)定的電力支撐越來越依賴，如果在低壓配電線路供電時出現(xiàn)諧波污染會嚴(yán)重影響低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，降低供電效率。供配電企業(yè)需要選擇有效的治理諧波污染的補(bǔ)償裝置，使諧波污染得到有效抑制，低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電效率將會大大提高。

參考文獻(xiàn)：

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