淺論煙廠配電系統(tǒng)的諧波問題

朱寶公

摘 ? ?要：隨著煙廠用電需求量的不斷增加，其配電系統(tǒng)也出現(xiàn)一些頻發(fā)性問題，由配電系統(tǒng)的諧波問題引起的事故和安全隱患尤為突出。配電系統(tǒng)中的諧波問題主要有人為性、非技術(shù)性以及不確定性等特點(diǎn)，屬于一種典型的配電系統(tǒng)事故，對(duì)配電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的安全作業(yè)有著嚴(yán)重的影響。因此必須要做好配電諧波檢測排查工作，及時(shí)的針對(duì)諧波事故做好應(yīng)對(duì)措施，快速的處理配電諧波問題所造成的安全隱患，從而確保煙廠配電系統(tǒng)的良性、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng);諧波;有源濾波器;無源濾波器

中圖分類號(hào)：TM711 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1004-7344（2019）03-0072-02

1 ?引 言

煙廠配電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波安全能夠直接反映著電力系統(tǒng)的運(yùn)行的狀況，不但有效的確保了煙廠輸電線路的安全，同時(shí)也能客觀的反映出煙廠產(chǎn)業(yè)效益的經(jīng)濟(jì)水平。隨著煙廠生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各類電氣設(shè)備大量的被投入到生產(chǎn)運(yùn)營中，由于這些電氣設(shè)備中負(fù)荷的非線性關(guān)系，導(dǎo)致電壓與電流間的波形出現(xiàn)畸變，這就會(huì)造成諧波電壓和諧波電流，如果諧波電壓與諧波電流在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)超過標(biāo)量負(fù)荷，必然會(huì)給電氣設(shè)備的運(yùn)行帶來諸多不利影響，如電壓不穩(wěn)定、大面積短路和線路癱瘓等問題。因此為了確保煙廠配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障煙廠的正常生產(chǎn)，必須要重視配電系統(tǒng)中的諧波問題，對(duì)配網(wǎng)諧波問題進(jìn)行技術(shù)革新，使得配網(wǎng)系統(tǒng)的諧波問題引發(fā)的事故得到有效控制，而這也是現(xiàn)階段煙廠配電系統(tǒng)亟需解決的問題。

2 ?案 例

在“十五”技改之后，某煙廠在生產(chǎn)運(yùn)營時(shí)，其電容器柜出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，并且其工藝控制系統(tǒng)主機(jī)頻繁發(fā)生死機(jī)和卡機(jī)，經(jīng)成套柜生產(chǎn)商與電氣工程人員研究分析，一致認(rèn)為該現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于配電系統(tǒng)的諧波問題所導(dǎo)致。

按照電氣設(shè)計(jì)人員在規(guī)劃初期的建議，利用電能質(zhì)量分析儀對(duì)煙廠配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行諧波測試。車間變電所1的配置主要有：補(bǔ)償柜為單體電容器，為35kVAR，型號(hào)是LCMD-35kVAR-0.44kV，每柜9只，有10路投切，分為兩柜;變壓器的參數(shù)為10000/400，1250kVA，Z=5.27%;系統(tǒng)電壓400V。車間變電所2的配置主要有：補(bǔ)償柜為單體電容器，為45kVAR，型號(hào)是LCMD-35kVAR-0.44kV，每柜10只，有10路投切，分為兩柜;變壓器的參數(shù)為10000/400，2000kVA，Z=6.08%。表1和表2為測量結(jié)果，從表中能夠得出，其總畸變率超過或者靠近有關(guān)諧波標(biāo)準(zhǔn)，特別是第五次諧波的測量，畸變增大尤為明顯，則需要對(duì)其進(jìn)行專業(yè)的諧波處理。

3 ?諧波的產(chǎn)生

對(duì)于配電系統(tǒng)而言，一般都是希望交流電流與交流電壓之間呈正弦波。當(dāng)在電感、電容以及線性無源元件電阻上施加正弦電壓，此時(shí)仍然是相同頻率的正弦波。但在非線性電路上施加正弦波電壓，此時(shí)電流則會(huì)改變，變成非正弦波，由于受到電網(wǎng)阻抗的影響，非正弦波電流則會(huì)出現(xiàn)壓降，則會(huì)對(duì)電壓產(chǎn)生影響，使電壓變?yōu)榉钦也āＪ艿椒钦也娏骱头钦也妷旱挠绊?，電力機(jī)車、電弧爐、調(diào)光設(shè)備以及變頻空調(diào)等電氣設(shè)備在運(yùn)行中都會(huì)受多次諧波的影響。

4 ?諧波的危害

在煙廠運(yùn)行生產(chǎn)中，諧波的產(chǎn)生對(duì)公用電網(wǎng)以及其他系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生一定的危害。

（1）由于受到諧波的影響，導(dǎo)致公用電網(wǎng)中的相關(guān)器件在運(yùn)行中產(chǎn)生了附加的諧波損耗，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和電氣設(shè)備的用電效率都有著巨大的影響，此外當(dāng)中線流過大量的3次諧波電流，則會(huì)導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，甚至還會(huì)引起火災(zāi)。

（2）諧波還會(huì)對(duì)煙廠生產(chǎn)運(yùn)行中的各類電氣設(shè)備的性能產(chǎn)生影響，不但會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生附加的損耗，還會(huì)使得電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪音、機(jī)械振動(dòng)以及過壓，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。諧波會(huì)導(dǎo)致電纜和電容器過熱、線路加速老化、絕緣性能降低、設(shè)備使用壽命降低以及損壞。

（3）諧波還會(huì)使得公用電網(wǎng)中局部的串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振，使得諧波不斷放大，產(chǎn)生的諧波過電流與過電壓，對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備造成巨大的損害。

（4）由于平行的通信系統(tǒng)和電力線路之間存在磁場與電場的耦合，因此諧波的產(chǎn)生還會(huì)對(duì)周圍的通信系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，輕則產(chǎn)生噪音，使得通信質(zhì)量降低，重則使得通信信息故障甚至丟失，導(dǎo)致通信系統(tǒng)無法順利開展。

（5）諧波的產(chǎn)生還會(huì)對(duì)繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置產(chǎn)生影響，甚至?xí)霈F(xiàn)誤動(dòng)作現(xiàn)象的發(fā)生。

許多國家針對(duì)諧波的危害都出臺(tái)了限制電網(wǎng)諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，或者是由有關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)制定有效限制諧波產(chǎn)生的規(guī)定，例如IEEEStd-1992和IEC1000-3-2等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的原則就是為了限制電網(wǎng)的諧波電流注入到諧波源，將電網(wǎng)諧波有效的控制在合理范圍內(nèi)，這就能使得電氣設(shè)備的運(yùn)行不受諧波的影響。

5 ?降低和治理煙廠配電系統(tǒng)諧波問題的有效措施

現(xiàn)階段，針對(duì)煙廠配電系統(tǒng)諧波問題而言，主要的治理和降低諧波問題的措施有：

（1）增加換流裝置脈動(dòng)數(shù)量，通過將換流裝置進(jìn)行改造或者利用相互之間一定移相角的換流變壓器;

（2）增加交流濾波裝置，可以在諧波源周圍安裝一定數(shù)量的單調(diào)諧或者高通濾波之路，這樣就能有效的吸收諧波電流;

（3）對(duì)諧波源的工作方式或者配制進(jìn)行改變，對(duì)于諧波互補(bǔ)性的電氣設(shè)備應(yīng)該進(jìn)行集中布置與管理，否則就需要進(jìn)行交錯(cuò)使用或者分散使用，對(duì)于諧波量大的工作方式要進(jìn)行適當(dāng)?shù)南拗?

（4）還可以在用戶線路中加裝串聯(lián)電抗器，這樣就可以將系統(tǒng)間的電氣距離提升，有效的降低了諧波對(duì)不同區(qū)域電網(wǎng)的影響;

（5）需要從電壓電流、線路阻抗、負(fù)載特性等參數(shù)分析出三相不平衡的原因，改善線路三相不平衡度;

（6）加裝靜止無功補(bǔ)償裝置，可以利用TCT、TCR、以及SR等靜止補(bǔ)償裝置，將其容性部分改為濾波器;

（7）也可以將諧波源合理的改裝為高一級(jí)電壓的電網(wǎng)或者更大容量的供電點(diǎn)，這樣能夠提升配電系統(tǒng)的抗諧波能力;

（8）為了有效的提升裝置或者電氣設(shè)備抗諧波的干擾性能，提升抗諧波保護(hù)的能力，可以在諧波敏感設(shè)備上加裝保護(hù)裝置;

（9）為了有效的抑制諧波的產(chǎn)生，也可以利用有源濾波器和無源濾波器等新型抑制措施。

由于煙廠生產(chǎn)對(duì)工藝的要求較為嚴(yán)格，變頻設(shè)備和大容量的電機(jī)頻繁使用，這就會(huì)導(dǎo)致諧波含量偏大，同時(shí)諧波源的設(shè)備無法集中，較為分散。因此電氣設(shè)計(jì)工作人員，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，就必須要充分考慮諧波的影響，按照實(shí)際生產(chǎn)的技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)性，制定出有效降低諧波產(chǎn)生的生產(chǎn)模式和工作方式。

現(xiàn)階段，治理煙廠配電系統(tǒng)諧波問題最有效的措施就是合理的加裝濾波器。無源濾波補(bǔ)償技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用效果最好、應(yīng)用最為廣泛且價(jià)格也相對(duì)合理的解決措施。無源濾波器主要是由電阻R、電容器C、電抗器L構(gòu)成，按照結(jié)構(gòu)特性可以分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器以及高通濾波器，其工作原理接線圖如圖1中的（a）、（b）、（c）。

近幾年，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，有源濾波補(bǔ)償技術(shù)也不斷推廣和應(yīng)用，其技術(shù)也不斷成熟，相較于無源濾波補(bǔ)償技術(shù)，有源濾波補(bǔ)償技術(shù)具有響應(yīng)及時(shí)、適應(yīng)性強(qiáng)以及功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。

為了有效的抑制高次諧波，降低諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，提升煙廠供電的質(zhì)量，針對(duì)煙廠配電系統(tǒng)中存在的諧波問題，我建議加裝無源濾波器或者有源濾波器，在加裝濾波裝置后，就可以有效的吸收80%以上的諧波，大大的降低了諧波對(duì)配電系統(tǒng)以及電氣設(shè)備的影響，防止電氣設(shè)備的誤動(dòng)作，提升了設(shè)備的計(jì)量性能，使煙廠的電氣設(shè)備能夠安全高效的運(yùn)行。

6 ?結(jié)束語

在煙廠配電系統(tǒng)運(yùn)行，如果產(chǎn)生諧波問題，就會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定、大面積短路和線路癱瘓等問題。因此為了確保煙廠配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障煙廠的正常生產(chǎn)，必須要重視配電系統(tǒng)中的諧波問題，采取有效的措施來降低和治理諧波問題。

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收稿日期：2018-12-2