治理諧波污染，提高電能質量的探索

陳茜，李鳳剛

(成都電業局，四川成都 610021)

電能作為當今社會應用最為廣泛、便利與潔凈的能源，在現代工業生產與居民生活中處于不可替代的地位。隨著科學技術和國民經濟的日益發展，一方面，用電負荷日趨復雜和多樣化，尤其是電力電子變流器的廣泛使用，大量具有非線性、諧波豐富、沖擊性和不平衡特征的負荷給電網電能質量帶來了諧波污染;另一方面，用戶對供電可靠性的要求越來越高，眾多基于計算機、微處理器控制的精密電子和電力電子裝置在電力系統大量應用，對供電質量的敏感程度越來越高，用戶對電力供應的關注目光將逐步由可靠性需求更多地轉向電能質量需求，電能質量問題已越來越受到電力部門和電力用戶的共同關注。對電網側而言，建立一套嚴密有效的諧波監督防范體系已成為供電部門共同關注的重要課題。

1 保證電能質量是供電企業的責任

1.1 新型負荷高速增長對電網電能質量管理提出了更高的要求

《電力法》規定:“供電企業應當保證供給用戶的供電質量符合國家標準。對公用供電設施引起的供電質量問題應當及時處理。用戶對供電質量有特殊要求的，供電企業應當根據其必要性和電網的可能，提供相應的電力?！?/p>

近年來，隨著地方經濟的蓬勃發展與招商引資成果的不斷擴大，地區電網中冶煉、化工電解、大功率變頻調速及交直流電焊設備等負荷高速增長，與此同時一些高新技術企業設備中對電能質量十分敏感的用電負荷也日益增多，對當前電力部門的電能質量監控與管理提出了更新更高的要求，如果不對此引起高度重視并采取有力措施，供電部門今后承擔的法律責任與風險將會加大。搞好諧波監督管理，對保證電網和用戶設備的安全、可靠、經濟運行，實現優質服務以提升供電企業的形象具有十分迫切的現實意義。

1.2 保證和提高電網電能質量是供用電雙方的責任

毋庸置疑，惡劣與超標的電能質量將給電網設備及用電設備帶來不容忽視的危害，直接影響到電網的安全穩定運行及用戶設備的正常生產。正本清源，公用電網諧波污染的來源除了不同電壓等級之間的諧波滲透與傳遞外，可歸結為輸配電設備及大量用電設備的非線性特性，而其中主要是各類非線性用電設備的諧波電流注入電網所致，因此，保證和提高電網電能質量應當是供用電雙方的責任。但就目前的現狀而言，供電公司無疑承擔著電網供電質量的主要管理責任，供電企業的諧波管理首先應當在摸清地區電網諧波污染現狀的基礎上，積極開展諧波技術監督與全過程專業化管理。此外，必須抓住源頭，在供用電合同中針對諧波污染源用戶完善有關補充條款、明確相關責任是供電企業在諧波管理中取得主動權的有力手段。

1.3 圍繞諧波源及敏感負荷實施監督管理

諧波作為電能質量的一項重要指標，長期以來一直受到供電公司的重視。以蒲江供電公司為例，歷年來，通過不斷完善、修訂與深入貫徹諧波管理制度、強化落實管理職責與實施流程管理，地區電網諧波管理已逐步走向規范化。通過對蒲江地區非線性用戶建立臺賬與分類統計，目前的主要諧波源集中在冶煉、化工、電子、機械等行業，具體統計情況如表1所示。

表1 蒲江地區電網非線性負荷用戶情況統計表

蒲江地區近年來接入了較多的中頻爐用戶，對電網影響也較大。中頻爐利用感應渦流原理進行煉鋼，通常將工頻進行整流，再逆變為幾百赫茲的交流使用。中頻爐與交流電弧爐相比，具有體積小、效率高的特點，頗受私人投資者青睞。但中頻爐產生諧波量值較大，當中頻爐采用6脈整流時，主要產生5，7，11，13次諧波，而一般變電站多采用6%串抗的電容器組，雖然不會引起母線諧波電壓放大，但由于流入電容器的5，7次諧波量較大，使電容器電流總諧波畸變率較大，從而造成電容器組故障率較高，包括電容元件和串聯電抗器，用戶自身也遭受損害。

此外，開發區等一些自動化程度較高、工藝要求嚴格的敏感用戶也逐步增加，其負荷敏感特性對電網電能質量有較高的要求。對于大型諧波源負荷，蒲江供電公司幫助用戶側落實諧波治理措施，通過建立實時監控手段，防止其向電網注入超標諧波;對于敏感源用戶，在供電方式及技術措施上予以保障，確保向各類用電用戶提供符合國家標準規定的合格電能產品;對于在暫態電能質量方面有特殊要求的用戶，蒲江供電公司針對用戶設備的具體情況，積極提供技術方案供用戶選擇。

2 建立完善的諧波監督防范體系是實現電網諧波規范化管理的保證

2.1 根據諧波管理辦法，有效開展地區電網諧波技術監督

蒲江供電公司對諧波源的管理堅持貫徹預防與治理相結合、重在預防的方針，堅持誰污染誰治理的原則。一方面，嚴格審查管理新建諧波源，從用電申請流程上把好諧波源用戶業擴增容環節;另一方面，對諧波超標的客戶，由營銷部門主動溝通，簽訂諧波治理協議，積極實施整改。通過對各類非線性用電設備注入電網的諧波進行限制管理，將電網各級諧波水平控制在國家標準允許的范圍。

蒲江供電公司在2000年即制定了有關諧波專業管理制度，專門成立了以總工程師為首的諧波技術監督管理網絡。2003年，在組織地區電網諧波普測分析的基礎上，重新修訂了《蒲江供電公司諧波監督管理實施細則》，規范并明確了生技、營銷、調度、運行等部門的管理職責與分工。目前公司諧波歸口管理部門為生產技術科，負責組織電網諧波的監測與分析、組織消諧濾波方案的專項審查驗收、督促檢查抑制電網諧波措施的落實。

2.2 理順內部流程，抓住諧波管理的關鍵環節

根據目前業擴流程規定，諧波源用戶申請新建或擴建項目時，要求提供與諧波注入量有關的設備技術資料，并委托進行諧波影響評估。在確定諧波源用戶的供電方案時，要求用戶提供其用電設備對公用電網電能質量影響的分析評估報告，在諧波注入量超標的新設備投運時，應同步采取諧波治理措施，能否投運以實測諧波數據為準，否則由用戶繼續實施治理，直到諧波注入量滿足國標要求為止。此外，在與用戶簽訂供用電合同時，統一在合同中特別注明:因諧波超標而造成電網或其他用戶的損失，應當由諧波源用戶負責賠償，并要求對諧波超標情況限期整改。由于諧波管理是一項“兩頭在外”的綜合性工作，除了按照《蒲江供電公司諧波管理實施細則》所明確的各部門分工各司其職，對生技部門而言，牢牢抓住諧波源用戶業擴初步設計與濾波工程實測驗收這兩個重要環節，是實現諧波監督全過程管理、有效把好諧波源入網關的成功關鍵。

2.3 有針對性、有重點地開展諧波實測

蒲江電網的諧波現場測試工作目前由計量中心負責實施，通過組織諧波測試技術培訓和請四川電力試驗研究院的專業技術人員進行地區電網諧波測試與分析工作。通過建立完善的用戶基礎資料及諧波數據庫檔案，將本地區新增非線性電力用戶全部納入諧波監督管理的范疇。通過對重點大型諧波源用戶實施定期監測，對發現諧波超標的用戶實施及時將報告與分析意見交營銷科處理。

2.4 諧波管理實時化與網絡化

電網諧波畸變率是表征電網電能質量的指標之一，為開展電網監測診斷分析、動態跟蹤掌握地區電網公共聯接點(PCC 點)諧波變化、為制定諧波治理措施提供依據。蒲江供電公司先后選擇壽安變電站等重點諧波源用戶接入點，建立了4個諧波在線監測點，初步形成了地區電網諧波在線監測網絡，實現了對部分重點諧波源用戶的實時監控。通過在線監測點所在變電站安裝在線電能質量監控單元以及光纖實現數據通信，動態統計電網母線諧波電壓指標及重點用戶供電線路注入電網的諧波電流含量，為諧波專業管理部門提供詳細的電能質量實時數據。

2.5 規范電網側的諧波分析評估，抓好電容器的運行管理

在一定的電網諧波背景下，電容容抗、電抗器感抗以及系統電抗可能在特定的諧振條件下造成諧波放大，從而影響電網設備的正常可靠運行。2005年，通過研究分析110 kV 金馬變電站諧波背景，組織分不同工況進行了3次現場諧波測試并進行了專題分析，對電容器支路及電抗器參數進行了選擇設計與仿真計算，結合金馬變電站改造安排同步實施，確保了該變電站投運后將電網各級母線諧波水平控制在國家標準以內，保證電容器設備正常可靠運行，發揮無功補償效果。

對于電網中運行的電容器組，做好了運行管理及故障原因分析，重點預防了因諧波超標引起的電容器損壞。此外，對于運行中的組架式電容器組，一旦出現單組熔絲熔爆及單組電容器損壞，對三相減容后的電容量必須重新進行核算，以防止諧振頻率逼近諧振點造成諧波放大。

3 有效治理諧波是改善電網諧波污染水平的決定性因素

3.1 預防性措施

3.1.1 加強電網和電源的建設，合理地安排運行方式，增強對諧波的抵御能力

堅強的電網是保證供電電能質量的基礎，目前蒲江地區正在積極進行的主網建設及兩網改造、增加新電源，都將使供電可靠性和電能質量得到提高。

3.1.2 把好變電站無功補償電容器的設計關，防止電容器諧波放大

在變電站無功補償電容器設計時，應考慮背景諧波及可能接入負荷的性質，合理選擇串聯電抗率及分組容量并進行諧波計算校核，防止電容器諧波放大。對于背景諧波較大的變電站，可以考慮將電容器設計成濾波器兼無功補償，在其投產時進行電容器各種組合方式的諧波測試，以驗證電容器設計的合理性。當發現有明顯諧波放大時，應向設計單位提出并進行整改，以避免給日后電容器的安全運行埋下隱患。

3.1.3 對用戶進行必要的用電和生產指導

根據預測評估結果指導用戶用電設計，例如提高用戶供電電壓等級，改變接線方式，如將6脈整流變組合成12脈整流;無功補償電容器參數合理設計、采用自動投切控制方式;改進生產工藝，在一定程度上減小用戶對電網電能質量的干擾。

3.1.4 堅持新諧波源用戶投產時消諧濾波裝置必須同步投運的原則

嚴格執行諧波管理實施細則，在規劃、設計、營銷、運行等環節落實各部門管理職責，抓好每一個諧波源用戶工程的初設審查與投運驗收，實現諧波源接入系統的閉環管理。2008年，在諧波污染用戶東駿激光接入系統工程中，蒲江供電公司針對其4臺大容量中頻爐技術參數與特點，明確要求用戶同步設計消諧濾波技術方案，并組織了消諧濾波技術方案的審查。通過對用戶消諧濾波工程的全過程監督，并在用戶正常投產后組織進行最大負荷24 h 諧波現場實測驗收，實現了諧波源接入系統的閉環管理，做到了在諧波源設備投運的同時用戶的消諧濾波裝置同步投運，成功把好了諧波源入網關。

3.2 補救性措施

3.2.1 安裝各種電能質量治理設備以及對用電設備接線、控制方式進行必要的改造

對存在多干擾源用戶可以考慮采用在變電站進行集中治理的措施。對典型用戶可提供典型治理方案推薦，采用單調諧加高通濾波器治理諧波效果較好，其成本較低，用戶容易接受，但其消諧效果易受系統運行方式影響，且不能解決負序不平衡和閃變問題。綜合解決電能質量問題且技術成熟的是SVC 靜止補償裝置。隨著對電能質量控制及治理原理研究的不斷深入，以及電力電子器件及控制技術的不斷完善和提高，有源濾波、靜止同步補償器、動態電壓恢復器等先進技術必將得到廣泛應用。

在實施諧波治理措施后，供電部門要及時組織對諧波治理工程進行驗收和效益評估。必要時可召開現場會或組織參觀，以便在同類行業中推廣。要建立和諧的供用電關系，這是諧波治理的基礎。

3.2.2 通過細致的宣傳與溝通，促進老諧波源用戶實施治理

原有的諧波含量超標的老用戶是諧波治理工作的難點。由于這些用戶投運時間較長，且往往企業經濟效益不佳，因此其落實諧波治理的主動性不夠。蒲江供電公司根據諧波污染對電網造成的影響，分別出具了詳細的諧波測試數據與分析報告，站在用戶的角度，綜合考慮用戶長遠經濟利益的平衡，積極主動地推薦消諧改造方案，通過宣傳有關規章制度，明確雙方的義務與責任，補充簽訂諧波治理協議，督促其及早實施整改;對于諧波污染嚴重且不配合治理甚至因消極拖延對電網安全運行造成危害的用戶，必要時考慮依照《電力法》采取停限電措施。

3.2.3 加強對電能質量干擾源用戶的管理

應建立新電能質量干擾源用戶的報裝及接入流程，包括預測評估、治理設計、供電協議明確責任、投產驗收測試、在線監測管理及評估，并實行閉環管理，防止先污染、再治理。對已接入電網的老用戶，供電部門應依據相關的法規和政策要求其限期整改;對拒不整改的用戶應考慮采取安裝諧波保護或限電等措施。

應建立、健全包括主接線、設備參數、用電方式等詳細內容的電能質量干擾源技術資料庫，積累治理的技術資料。應研究探討采取經濟杠桿促使用戶治理的對策。

3.2.4 加強宣傳和培訓

要重視與用戶協調，爭取用戶的支持合作?？赏ㄟ^走訪用戶、舉辦電能質量講座等形式，普及電能質量知識，提高用電意識，提高用戶對電力系統的了解及電能質量問題的認識，加強與用戶的溝通，改善與用戶的關系，建立雙贏的供用電關系。此外，還應做好與用戶的溝通工作，積極宣傳相關的法規政策，明確雙方的責任和義務，為用戶提供治理措施或途徑，本著互利互惠的原則，推動治理的開展，減少用戶諧波電流的注入，達到提高電能質量的目的。

4 結語

隨著經濟的發展、科技的進步，對電能質量敏感的高新技術用戶越來越多，用戶的用電意識將越來越高。諧波治理是綜合治理過程，是改善電能質量的重要手段。應將對電能質量干擾源的防治上升到營造綠色環保電網的高度，這項工作任重道遠，需要得到政府和社會的認可和支持，需要得到干擾源用戶的配合。作為電力企業，要為用戶提供優質的服務，而提供可靠優質的電力應當是優質服務的重要內容。

［1］George J.Wakileh.徐政，譯.電力系統諧波——基本原理、分析方法和濾波器設計［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［2］王兆安，楊君，等.諧波抑制和無功功率補償(第2版)［M］北京:機械工業出版社，2006.