淺談石化行業(yè)中諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響

田 飛，寧 旭

（海工英派爾工程有限公司，山東青島 266100）

淺談石化行業(yè)中諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響

田 飛，寧 旭

（海工英派爾工程有限公司，山東青島 266100）

對(duì)石化行業(yè)中諧波給電力系統(tǒng)中的設(shè)備帶來(lái)的影響進(jìn)行分析和討論，并總結(jié)幾種治理諧波的方法

諧波；影響；抑制

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，石油化工行業(yè)生產(chǎn)水平的提高，電力系統(tǒng)中的非線性用電設(shè)備被大量投入使用，導(dǎo)致了電網(wǎng)中的諧波分量所占比重持續(xù)增大。諧波的存在，不僅增加了電網(wǎng)運(yùn)行的損耗，降低供電可靠性，而且還會(huì)加速設(shè)備老化，危害生產(chǎn)安全與穩(wěn)定。本文針對(duì)諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響，進(jìn)行分析和討論。

1 諧波的基本概念

隨著電網(wǎng)中非線性負(fù)載的大量投入使用，使系統(tǒng)電壓和電流從正弦波形畸變成非正弦波形。通過(guò)高等數(shù)學(xué)模型中的傅里葉級(jí)數(shù)分解，可將非正弦波分解為基波部分，以及整數(shù)倍基波的諧波部分。

電力系統(tǒng)中具有非線性特性的用電設(shè)備就是諧波源，具體到石油化工行業(yè)來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的諧波源包括直流電機(jī)、變頻器、新型LED照明燈具、不間斷電源裝置（UPS）等。非線性功率用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流，一方面導(dǎo)致電壓諧波，另一方面能顯著地導(dǎo)致電容器組的過(guò)載。

2 諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響

石油化工行業(yè)中受諧波影響比較敏感的電氣設(shè)備包括電容器、變壓器、電動(dòng)機(jī)、中性線電纜、發(fā)電機(jī)、集中遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、可控整流器、UPS系統(tǒng)等。

2.1 對(duì)電容器的影響

受諧波的影響，電容器會(huì)產(chǎn)生諧波電流，假如電容器的電容與電網(wǎng)的感抗恰好組成諧振回路，其諧振頻率與某次諧波分量的頻率相同或接近時(shí)，就會(huì)放大諧波電流，放大倍數(shù)通常可達(dá)10～20倍，這樣電容器就必須通過(guò)過(guò)量負(fù)荷，最終會(huì)導(dǎo)致電容器鼓包損壞。同時(shí)，諧波電流與基波電流進(jìn)行疊加，使得電容器運(yùn)行的電流有效值增加，導(dǎo)致其工作溫度升高，電容器過(guò)熱，進(jìn)而降低其使用壽命，損壞設(shè)備。

疊加在電容器基波電影上的諧波電壓，一方面使電容器運(yùn)行電壓有效值增加，另一方面還會(huì)增大峰值電壓。這就會(huì)造成電容器在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)局部放電無(wú)法熄滅，這也往往是造成電容器損壞的一個(gè)主要原因。當(dāng)電容器的端電壓為非正弦電壓時(shí)，電容器介質(zhì)中產(chǎn)生的附加有功損耗就會(huì)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生額外的熱量，這就會(huì)繼續(xù)提升電容器的運(yùn)行溫度，加劇絕緣介質(zhì)的老化頻率，降低電容器的使用壽命。

2.2 對(duì)變壓器的影響

采用星形接法的變壓器，如果變壓器繞組中性點(diǎn)接地，而該側(cè)電網(wǎng)中具有比較大的分布電容，或并聯(lián)電容器組進(jìn)行中性點(diǎn)接地，就有可能產(chǎn)生3次諧波諧振，增加了變壓器的損耗，使其運(yùn)行可靠性降低。同時(shí)，諧波電流會(huì)造成變壓器外殼、外層硅鋼片和某些緊固件溫度升高，進(jìn)而產(chǎn)生更大的噪聲。

諧波對(duì)變壓器的影響主要表現(xiàn)在，隨著溫度的升高和損耗的增加，含有諧波電流的負(fù)荷，通過(guò)阻抗時(shí)會(huì)形成諧波電壓，而諧波電壓在鐵心疊片中將產(chǎn)生渦流電流，使其產(chǎn)生發(fā)熱和損耗。這部分損耗以引起渦流的諧波電流的頻率的平方成正比。進(jìn)而導(dǎo)致變壓器基波負(fù)載容量下降，這就是由于諧波的干擾而造成的。

2.3 對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響

諧波的存在會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度升高，損壞增大，進(jìn)而引起工作效率降低，振動(dòng)與噪音問(wèn)題加劇，使用壽命大幅縮短。與此同時(shí)由于諧波含有各種特殊的頻率的諧波電流，所以會(huì)產(chǎn)生一定的附加轉(zhuǎn)矩，由此會(huì)產(chǎn)生一系列與諧波有關(guān)的干擾問(wèn)題。

2.4 對(duì)中性線電纜的影響

在三相系統(tǒng)中每個(gè)相線對(duì)星形接法的中性點(diǎn)電壓間有120°的相位角度差，因此當(dāng)每相的負(fù)荷相等時(shí)，在中性線上的電流為零。如果三相負(fù)荷不均衡時(shí)，只有去掉均衡值以后的電流流入中性線。電力工程人員本可以利用這一特點(diǎn)，將中線導(dǎo)線容量減少一半。雖然基波電流可相互抵消，但諧波電流卻不滿足此特性，實(shí)際上它們都是三次諧波有奇數(shù)次（“3N倍”的諧波）在中線上矢量疊加。因此三次諧波電流的出現(xiàn)有必要擴(kuò)大中心線電纜的截面。

2.5 對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的影響

受系統(tǒng)中諧波的影響，公用電網(wǎng)中元件會(huì)產(chǎn)生附加的諧波損耗，容易造成電網(wǎng)中部分發(fā)生串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。繼而造成繼電保護(hù)裝置以及電氣測(cè)量?jī)x表等設(shè)備的誤動(dòng)作，甚至對(duì)臨近通信系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性造成干擾。

3 抑制諧波的方法

目前，諧波已經(jīng)成為評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。諧波抑制的主要方法總結(jié)如下：

1）從用電設(shè)備的角度去考慮，通過(guò)新技術(shù)的改進(jìn)，減少諧波源的注入。但往往受制于設(shè)備本身以及其工作的效率、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性率等方面。

2）從減少諧波的共振放大角度考慮，加裝串聯(lián)失諧電抗器。但通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明該方法存在諧波濾出效果欠佳的缺陷。

3）使用LC無(wú)源濾波器治理諧波，該方法是當(dāng)前諧波治理使用最廣泛的方法，但是諧波治理的成效還達(dá)不到預(yù)期要求，還有可能帶來(lái)新的問(wèn)題，比如導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩，放大諧波等等。

4）使用有源濾波器進(jìn)行諧波治理。抑制效果比較理想，具有節(jié)約材料、能源的優(yōu)勢(shì)，是諧波治理方法研究的一個(gè)主要方向；但是目前來(lái)說(shuō)補(bǔ)償?shù)闹C波源容量較小，投資成本相對(duì)較大。

5）加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）

在高壓母線處并聯(lián)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，可根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償和諧波分量的大小，智能分組投切，與傳統(tǒng)方式相比更加節(jié)能。同時(shí)還可改善電能質(zhì)量，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功率因數(shù)。但同時(shí)存在一次性投資過(guò)大的不足。

4 結(jié)束語(yǔ)

諧波問(wèn)題對(duì)于石油化工行業(yè)電力系統(tǒng)中多種電氣設(shè)備都會(huì)造成不良影響，結(jié)合諧波治理要求與標(biāo)準(zhǔn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、效果等多層面，選擇合適的抑制諧波方法能減少損失，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和安全性。

[1] 王兆安，楊君.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)[M].第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，第2版，2006.

[2] 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第3版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3] 呂潤(rùn)馀.電能質(zhì)量技術(shù)叢書(shū)第三分冊(cè)—電力系統(tǒng)高次諧波[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[4] 宋小剛.電力諧波治理方案[J].上海電力，2008，6.

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《化工設(shè)計(jì)通訊》編輯部

Influence of Harmonics on Electrical Equipment in Petrochemical Industry

Tian Fei，Ning Xu

This paper analyzes and discusses the influence of harmonic on the equipment in the power system of the petrochemical industry and summarizes several methods of controlling the harmonics.

harmonic；influence；suppression

TM711

：A

1003-6490（2016）12-0075-02

2016-11-23

田飛（1986—），男，山東東營(yíng)人，助理工程師，主要從事石化行業(yè)電氣設(shè)計(jì)工作。