從補償電容無法投入說起――電力系統諧波影響及消除簡單探討

摘要：從補償電容無法投入，談諧波危害，分析諧波來源，提出治理諧波之初步建議

　　關鍵詞：補償電容、諧波、諧振、諧波源、諧波治理

　　隨著個私經濟特別是特鋼和化學工業在我市之發展，我公司之供電量也不斷之增長，為了使功率因素達到標準，必須投入補償電容，但是這幾個鄉鎮之變電所之補償電容器卻無法投上，強行投入后，電容器熔絲也會很快熔斷。陽光電子學校維修專家分析認為：但根據其他變電所運行經驗，在此功率因數下，無功電流不應大于熔絲熔斷電流。陽光電子學校維修專家分析認為：這是為什么呢？

　　經過對該地區之供電現狀分析，這是由于諧波引起之。陽光電子學校維修專家分析認為：所謂諧波，即理想之電力系統向用戶提供之應該是一個恒定工頻之正弦波形電壓，但是由于各種原因，使這種理想狀態在實際中無法存在。陽光電子學校維修專家分析認為：因此通過對周期性電壓或電流之傅立葉分解，所得到之頻率為基波整數倍分量之含有量，稱為諧波。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　諧波對于電網之危害非常大，主要表現在以下方面：

　　1.由于電網主要是按基波設計之。陽光電子學校維修專家分析認為：由于LC元件之存在，雖然在基波時不會發生諧振，但在某個特定諧波時卻湖南陽光電子學校維修專家認為：也許引起諧振，湖南陽光電子學校維修專家認為：也許將諧波電流放大幾倍甚至數十倍，電網諧振引起設備過電壓，產生諧波過流，對設備造成危害。陽光電子學校維修專家分析認為：特別是對電容器和與之串聯之電抗器。陽光電子學校維修專家分析認為：其中，特別要注意之是，由于電容器是容性負載，能與電網上感性設備（其它設備主要是感性設備）配合，構成共振條件，又由于其大小與諧波頻率成反比，因此，電容更容易吸收諧波共振電流，引起電容過載，造成電容損壞，或者熔絲熔斷。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.使電網中之電氣設備產生額外之損耗（諧波功率），降低了設備之效率，同時諧波會影響設備之正常工作，例如變壓器局部嚴重過熱，電容器、電纜等設備過熱，電機產生機械振動等故障，絕緣部分老化、變質，嚴重時候甚至設備損壞。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　3.導致繼電保護和自動裝置誤動或拒動，造成不必要之損失，諧波會使電氣測量儀表測量不準確，造成計量誤差。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　另外，諧波還會產生對設備附近之通信系統產生干擾等其他危害。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　既然諧波危害如此之大，那么諧波是如何產生之？又如何能減小它之影響和危害呢？

　　諧波來源

　　1、中頻爐、電弧爐等設備是該地區諧波之主要來源

　　對該地區負荷進行分析，發現主要之原因是該地區特鋼工業發達，中頻爐、電弧爐等作為一類高效之加熱源已經非常普及。陽光電子學校維修專家分析認為：電弧爐是利用電極物料間產生之電弧熔煉金屬，因此，它之電流波形很不規則，含有多種諧波（2次到7次）以及間諧波，這是諧波之一個重要來源。陽光電子學校維修專家分析認為：而中頻爐是工頻電流整流后再變為中頻，再利用電磁感應來熔煉金屬，因此產生大量之高次諧波，其中以5次、7次、11次等奇次諧波為主。陽光電子學校維修專家分析認為：這正是該地區諧波之主要來源。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2、用戶變壓器群是該地區諧波之重要來源

　　一般情況下，三相變壓器由于鐵芯為“日”形狀，中相比邊相要短一半，因此，三個磁路之不對稱引起變壓器勵磁電流中含有諧波分量。陽光電子學校維修專家分析認為：所以當對空載三相變壓器加電壓激勵時，即使受電側沒有零序電流通路（中性點不接地或三角形接線），勵磁電流中也會有諧波分量。陽光電子學校維修專家分析認為：雖然在實際運行時，這個諧波分量很小，但由于變壓器繞組接法以及各繞組和電網各相之連接統一規定時，則各臺變壓器勵磁電流里之同次諧波彼此疊加，形成了電網中諧波之又一重要來源。陽光電子學校維修專家分析認為：例如，在絕大多數配變中，都是Y，yn 接線，變壓器之中間之鐵柱對應之線圈即中相接之都是B相，這樣之統一接法，就為3、5、7等次諧波提供了一個分別互相疊加之條件。陽光電子學校維修專家分析認為：在該地區，現有35kV用戶變壓器5臺，總容量400kVA，10kV用戶變壓器約800臺，總容量330kVA.如此龐大之用戶變群又成為了諧波之又一個重要來源。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　3、諧波之其他來源

　　事實上，諧波還有其他之來源，各類生產用電如電鍍、電泵等，生活用電中如電視機、電腦、熒光燈等采用開關電源或其他電力電子技術之裝置，單獨來看，所產生之諧波非常微小，但是由于其數量之極其龐大，也是不可忽視之一部分。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　諧波治理

　　根據GB/T14549-93《電能質量 公用電網諧波》規定，在0.4kV/10kV/35kV時，電網諧波電壓諧波占有率分別不得大于4%/3.2%/1.2%.很顯然，在該地區，電網已經嚴重 “污染”了。陽光電子學校維修專家分析認為：針對以上情況，為減少諧波產生之機會、減小諧波對對電網之危害，我們提出下列建議：

　　1.針對諧波源進行治理。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　按"誰干擾，誰污染，誰治理"之原則，進行諧波源當地治理。陽光電子學校維修專家分析認為：即對于產生大量諧波之用戶，在用戶變之低壓側加裝濾波裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：根據裝置之原理不同，可分為無源電力濾波器（PPF）和有源電力濾波器（APF）。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　無源電力濾波器利用電容、電感諧振之原理"吸收"阻止相應次諧波，從而保證電壓畸變率處在較低水平。陽光電子學校維修專家分析認為：一般根據需要吸收之諧波次數，設置合適之LC參數，分別設置濾波裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　該地區已有用戶裝設了此類無源濾波補償裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：裝設5、7次濾波裝置，采用可控硅自動投切，在濾除諧波之同時，對無功也進行了補償。陽光電子學校維修專家分析認為：但此類無源裝置不能滿足對無功功率和諧波進行快速動態補償之要求。陽光電子學校維修專家分析認為：同時還要注意不能在濾除某次諧波時，LC參數恰好是另一個諧波之諧振參數，而使此諧波放大。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　而有源電力濾波器實質上是一個大功率之諧波發生器，它通過諧波采樣裝置將諧波源發出之諧波采集后，再完整地復制出大小相等、方向相反之諧波，并接入電網，將諧波抵消，其產生之諧波隨諧波源之變化而變化，是一種新型之濾波裝置，但費用較高。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.改變部分運行、接線方式，減小諧波之產生、疊加、放大、產生危害之機會

　　增加電網之短路容量、提高電氣設備之短路比，來降低諧波對同一電網上其他設備之影響。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　加強運行時之實時控制，避免輕負荷、高電壓之運行狀態，以減少諧波電壓過高對系統電器設備之影響；

　　有意識之將配變中間相改接A或者C相，減少變壓器群產生之諧波。陽光電子學校維修專家分析認為：在湖南陽光電子學校維修專家認為：也許之情況下，接成Δ，yn形，將諧波在高壓側消化。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　3.在設計中注意避開諧波產生諧振之機會，減小帶來之影響

　　根據《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T 16-923.3.10 “為控制各類非線性用電設備所產生之諧波引起之電網電壓正弦波形畸變在合理范圍內，宜采限下列措施：各類大功率非線性用電設備變壓器之受電電壓有多種可供選擇時，如選用較低電壓不能符合要求，宜選用較高電壓。陽光電子學校維修專家分析認為：”也就是中頻爐等大功率非線性用電設備在選型時，盡量選擇較高電壓。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　在無功補償設計中除了應注意避免并聯電容器與系統感抗之諧振，除了驗算基波外，還需要驗算3、5、7次等主要諧波，避開這些參數，防止在該次諧波發生諧振。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　“諧波污染”已經成為電網內三大公害之一，只有各方面都重視起來，進行治理，才能還電網一個干凈之環境。陽光電子學校維修專家分析認為：

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