陶瓷企業的諧波污染及其治理

全劍棠（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東　肇慶　526000）

陶瓷企業的諧波污染及其治理

全劍棠
（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東肇慶526000）

摘要：隨著越來越多的陶瓷企業進入肇慶電網，陶瓷企業在大量的應用變頻設備進行電機的調頻調速的同時，也產生大量的諧波污染。本文通過對陶瓷企業內部負荷特征的分析，發現諧波源，同時對陶瓷企業進行了實時電能質量監測和數據分析，得出變頻器產生大量的諧波，特別是5次和7次諧波。最后針對陶瓷廠諧波超標和諧波危害的問題，提出3種治理的措施，對于不同的回路適用措施有所不同。

關鍵詞：諧波；變頻器；治理

一、前言

近些年，越來越多的陶瓷企業落戶高要市，使肇慶電網的出現了較快的負荷增長，最高負荷與日供電量不斷創新高，但與此同時，由于陶瓷企業負荷的非線性，在生產的過程中產生大量的高次諧波，對電網造成了污染，使電能質量變差，如何幫助陶瓷企業的治理諧波污染成為了我們供電部門的一個工作的課題。

圖1　陶瓷企業的生產流程

二、陶瓷企業的負荷組成

陶瓷成品制作的主要由原料加工、成形、燒制三大工序組成，其生產流程如圖1所示。

在上述生產的環節中，主要的負荷是球磨機、水泵、傳輸帶、鼓風機等電機類設備，而為了實現對電機的調速，在電機負荷的前級往往配置了變頻器。變頻器是一種把電壓和頻率固定不變的交流電變換成電壓或頻率可變的交流電的轉換裝置，市電經過變頻器后，轉變成了電壓或頻率可變的交流電，電機輸入頻率的隨之調節，從而實現了對電機的轉速的調節，使企業的各生產環節有效銜接。

圖2　甲廠2#變壓器低壓側出線A相電壓總畸變率

三、陶瓷企業的諧波檢測及結果分析

對于陶瓷企業來說，一個廠區內的變頻器數量不少于30臺，容量從幾百瓦到幾十千瓦不等，總體的負荷占全廠的負荷比例也相當高。從變頻器的構造原理上分析，它主要由將交流轉變為直流的“整流模塊”、“平波電路”和將直流轉變為所需的交流電的“逆變模塊”三部分組成，由于在現行的技術層面上不可避免會產生諧波，而且所占的負荷比重較高，諧波的影響更為突出。為了驗證這一說法，我們利用fluke435電能質量分析儀對部分陶瓷企業進行了長時間不間斷的電能質量監測，監測點設在10kV配電變壓器的低壓出線側。以下是我們在本次測量中得到的典型數據。

從圖2可以看出，在甲廠的測量點，電流總畸變率幾乎都在20%以上，部分甚至高達70%以上，另外根據我們對其諧波含量測量的數據顯示，該處的5次以上的奇數次諧波含量均超出其對應的國標允許范圍。同樣的情況，在其他廠區也同時存在。

從圖3可以看出，在乙廠的測量點，電壓的總畸變率幾乎均高于允許值5.0%。另外，另外根據我們對其他次數電壓諧波測量的數據顯示，電壓的5次、7次、11次諧波95%概率值超出國標允許值的4.00%。同樣的情況，在其他廠區也同時存在。

總的來說，根據測量的數據統計分析，在陶瓷廠的變壓器低壓側出線處，在電流方面均不同程度的存在5次以上奇數次諧波超標，電流總畸變率偏大的問題；在電壓方面均不同程度的存在奇數次諧波95%概率值超出國標允許值，電壓總畸變率超標的問題，陶瓷廠的電能質量普遍存在電壓諧波含量不合格、電流諧波含量不合格的情況，特別是5次和7次諧波。

圖3　乙廠3#變壓器低壓側出線A相電壓總畸變率

四、諧波的治理措施

諧波所帶來的危害不容忽視，一方面諧波的存在增加了變壓器、電動機的損耗，使電力設備過熱，加速其絕緣老化。另一方面，部分廠為了解決用戶側的電壓問題，往往會增加無功補償容量，而在諧波不解決的情況下，大量地增加電容器，反而將增大諧振的風險，嚴重是會造成設備燒毀，甚至爆炸。因此針對諧波的質量顯得尤為重要，對于產生的諧波，應采取綜合治理的方式消除諧波。

（1）采取線路分開供電的方式，將產生諧波負荷的供電線路與其他易受諧波影響的負荷供電線路進行分離，使其避免互相干擾；將變頻器的供電電源與設備的電源進行獨立設置，或者在變頻器和設備輸入的旁邊安裝隔離變壓器，以減少諧波的影響。

（2）進行無源濾波器的安裝，將其安裝在變頻器的交流一側。目前常見的諧波濾波器如圖4所示。L、C、R共同構成了無源濾波器的共振回路，一旦LC回路的諧波與高次諧波電流頻率相同，就可以阻止高次諧波流入電網，對其他設備造成影響。其特點是投資少、構造簡單且好維護，可靠性強。缺點是易受系統參數干擾，耗費大，安裝體積大。對于陶瓷廠，一般的供電回路，安裝無源濾波器是比較合適的，因為它比較經濟，而且在性能上也不遜色。

（3）進行有源濾波器的安裝。有源電力濾波器通過電流互感器檢測負載電流，并通過內部DSP計算，提取出負載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號發送給內部IGBT，控制逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，達到濾波的目的。其特點是具有可控性和響應速度快，缺點是設備價格高，所需容量大。在陶瓷企業中，一般是適用在對供電可靠性要求高，供電于高精度生產設備的供電回路中。

圖4　典型無源濾波器

結語

在所有的電能質量問題中，諧波問題是已經被公認為影響最直接、最快、損失最大的的動態電能質量問題，在許多國家和地區都非常關注。我國社會在發展中，已經逐步認識到諧波對生產和生活的危害，如何將諧波帶了的損失降到最低已成為迫切需要解決的問題。作為電力工作者，特別是營銷戰線的人員，如何幫助企業減少諧波干擾帶來的損失，減少客戶的經濟損失，已成為我們客戶服務工作的一項重要內容。希望本文章給從事需求側管理的電力人員帶來啟示。

參考文獻

[1]閆世斌．煉化企業配電系統諧波污染與治理[J]．延安職業技術學院學報，2012，26（05）：85-85．

中圖分類號：TM711

文獻標識碼：A