從電容器投不上談電力系統諧波產生的原因及消除辦法

摘要：電力系統諧波越來越成為電網的重要危害，本文從電容器投不上談起，分析了電力系統諧波的產生，及諧波的治理措施。

關鍵詞：諧波；產生；治理

中圖分類號：TM314 文獻標識碼：B 文章編號：1006-3315(2009)02-155-001

近一段時間以來，我局范圍內有3組電容器每到晚上11點后頻繁出現跳閘現象，直到第二天早上8點以后才能投上，但到大部分工廠放假后，這種現象自然消除。經過對電網運行分析及接有電容器的母線的各分路負荷特性進行分析，從現象上可以看出，每當出現波動比較大的負荷就會出現以上現象。經過對我縣以上供電區域內的用戶進行調查研究后，我們發現電力系統諧波是造成電容器投不上的原因。

所謂諧波，即理想的電力系統向用戶提供的應該是—個恒定工頻的正弦波形電壓，但是由于各種原因，使這種理想狀態在實際中無法存在。因此通過對周期性電壓或電流的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數倍分量的含有量，稱為諧波。

一、產生諧波的來源

通過對諧波源進行簡單分類，發現電力系統中的主要諧波源可分為三大類：一是含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節能和控制用的電力電子設備；二是含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐及鐵磁諧振設備；三是飽和設備，如用戶變壓器群、電動機等也是該供電區域諧波產生的重要來源。通過對以上供電區域用戶諧波源情況進行調查，對該供電區域內負荷進行分析，該供電區域用戶諧波源情況也可分為三種：

1、集中的較大諧波源

主要是金屬冶煉用中小功率的中頻電弧爐。由于具有技術含量低、投資少、使用方便等特點，中小功率的中頻電弧爐在這一供電區域的鄉鎮冶煉企業得到了普遍應用。一些企業為了降低投資成本，采用設計和制造標準低的設備，使得產生的諧波電流普遍偏高，對這一區域的電網形成了嚴重的諧波污染。對這類諧波源，通過對其電壓波動和閃變的評估，其在冶煉過程中，特別是在熔化期，隨機且大幅度波動的無功功率會引起供電母線電壓的嚴重波動，并構成閃變干擾。

2、分散的變頻器

該供電區域另一個主導產業是輕紡行業，在近年來不斷的技術改造中，其生產設備中多采用變頻器。用變頻器驅動的電動機系統，因其節能效果顯著、調節方便、維護簡單，在工業中廣泛應用。它把工頻(50Hz)變換成各種頻率的交流電，以實現電機的變速運行。由于變頻器輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，這些都是由非線性原件組成的，在開斷過程中，其輸入端和輸出端都會產生高次諧波。諧波通過輸入電源線對公用電網產生影響。雖然單臺的諧波電流不大，但由于其總量大，諧波產生的干擾就不可低估。

3、用戶變壓器群

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，三個磁路的不對稱引起變壓器勵磁電流中含有諧波分量。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。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的連接統一規定時，則各臺變壓器勵磁電流里的同次諧波彼此疊加，形成了電網中諧波的又一重要來源。

二、治理的措施

1、10千伏線路入口加裝串聯電抗器

串入電抗器的作用是阻礙電流中含有的較高次諧波，減小對系統的沖擊，如果設計時選擇較高磁密，會使電流波形呈現平頂特征。該方法對減少注入系統的較高次諧波有好處，同時可以減少電壓波形中的毛刺，使燒損用電器件的危險性減小，但對減少總的畸變率作用不大，優點是安裝方便、造價低，缺點是將會帶來額外的電量損失。

2、采用濾波器

對于中小功率的中頻電弧爐，其電流波形頻譜很寬，要達到理想效果最少要用5、7、高通三組濾波器，有兩種方案選擇：在10kV側或電爐變低壓側，前者要有開關、柜體、場地，對鄉鎮中小企業來說，其投資一般難以承受，如果同一變電所供電的其他廠家不同時采取措施，還會出現諧波電流大量涌入導致設備燒毀，運行中還要與電爐同時投切，不然會出現無功倒送的問題。在低壓側裝設濾波器難度較大，以2×500kVA的電爐為例，其單變的二次額定電流大約720安培，其5、7次諧波電流分別會達到130、90安培，可見需要濾除的諧波分量很大，電容器的容量也會需要很大，而這種負荷的功率因數—般都在0.90以上，電容組數多也會出現無功倒送問題，真正進行方案設計會很難，一般只能對起主要作用的5、7次諧波采取分流或濾波的方法。

3、設備改造

改變變壓器的接線形式，抵消較低次的特征諧波，在整流與變頻回路中，回路采取一些技術措施，使非特征諧波不再進入系統。將兩臺同為Y/YO接線變壓器中的一臺改變為△/YO，則兩臺變壓器同時運行后就可以形成12脈動整流效果，如果變壓器的參數設計合理，則基本上可以完全抵消5、7、17、19次諧波，即使參數配合稍差，也會使這些分量在總畸變率中不起主要作用。

4、業擴時嚴加審批

業擴部門對擬人網運行的此類負荷所涉及的各種設備選型、接線形式、投運后注入系統各次諧波電流的含量提出明確的要求。由于用戶的用電負荷性質產生大容量諧波源的，必須加裝消除諧波的裝置，諧波注入量不達標的，不予驗收送電。

總之，諧波的危害是有目共睹的，只有各方面都重視起來，進行綜合治理，才能還電網一個干凈的環境。