淺談工業(yè)供配電的諧波危害與治理

張至棟

能拓電力股份有限公司

1、供配電系統(tǒng)諧波的來(lái)源

在供配電系統(tǒng)中，發(fā)電、配電及用電等每個(gè)環(huán)節(jié)中都可能會(huì)有部分諧波產(chǎn)生，尤其是在供配電系統(tǒng)中，含半導(dǎo)體的非線(xiàn)性元件是產(chǎn)生諧波的主要來(lái)源，例如通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)及各種變頻器等。變壓器非線(xiàn)性負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在非線(xiàn)性磁化曲線(xiàn)及鐵芯內(nèi)飽和等特征，因此會(huì)直接造成磁化電流呈堅(jiān)定性，其中存在大量的奇性諧波，變壓器飽和度直接決定了諧波產(chǎn)生的尖頂，變壓器鐵芯飽和度越高，工作點(diǎn)偏離線(xiàn)形就越遠(yuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生大量諧波電流，嚴(yán)重時(shí)三次諧波電流都會(huì)達(dá)到額定電流的5%。

2、諧波所產(chǎn)生的危害

首先，我們要充分認(rèn)識(shí)到諧波是具有一定危害性的，并且如果不加以及時(shí)處理的話(huà)，那么還極容易造成次生災(zāi)害的出現(xiàn)，在這種情況下，配電系統(tǒng)最常出現(xiàn)這一問(wèn)題，并且在電路并聯(lián)的過(guò)程中，也存在諧振的可能性，當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用到電容器件時(shí)，這一問(wèn)題就會(huì)突出的顯現(xiàn)出來(lái)，在這種情況下，無(wú)論是串聯(lián)的設(shè)備還是并聯(lián)的設(shè)備，都會(huì)造成極大的影響，設(shè)備的損壞尤為突出，這就是諧波問(wèn)題對(duì)配電系統(tǒng)造成的不良影響。

在諧波的影響下，電流以及電壓也會(huì)在這種情況下出現(xiàn)變形的情況，波形會(huì)發(fā)生畸變，此時(shí)如果使用測(cè)量?jī)x器對(duì)電流以及電壓進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，那么結(jié)果與真實(shí)的結(jié)果也會(huì)存在較大的差異性，在這種情況下，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行繼電裝置的保護(hù)，進(jìn)而引發(fā)一系列的錯(cuò)誤指令，配電系統(tǒng)就不能正常的為工業(yè)生產(chǎn)提供電力的支援。

在電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，諧波電流會(huì)在這一環(huán)境中產(chǎn)生相互作用的影響，這一影響是負(fù)面的，在這一環(huán)境中還會(huì)出現(xiàn)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的狀況，與電機(jī)有關(guān)的設(shè)備在這種情況下會(huì)出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)，這時(shí)就會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面的影響，尤其是對(duì)工作效率造成不良反應(yīng)，同時(shí)伴有極大的噪聲污染，工作人員的健康也受到了極大的威脅，因此，諧波在工業(yè)生產(chǎn)中的不良影響是極為嚴(yán)重的，必須要及時(shí)加以制止才能有效的將配電系統(tǒng)控制在安全的使用范圍內(nèi)。

除此之外，諧波所產(chǎn)生的危害還在于會(huì)將相關(guān)的危害進(jìn)行累加，這樣一來(lái)電氣設(shè)備就不能進(jìn)行正常的應(yīng)用，電力設(shè)備在使用中自身的溫度無(wú)法得到有效的控制就會(huì)不斷升溫，最終就造成了電氣設(shè)備的運(yùn)行超出了正常的范圍之內(nèi)，因而大大縮短了設(shè)備的使用壽命，在工業(yè)生產(chǎn)中，電力設(shè)備是重要的組成部分，如果設(shè)備的正常運(yùn)行都不能得到有效的保障，那么就會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)生活造成嚴(yán)重的損害。

3、工業(yè)供配電的諧波治理

3.1 耦合干擾

解決耦合干擾就是合理布置諧波源輸電線(xiàn)路和被干擾線(xiàn)路的距離、走向。諧波源輸電線(xiàn)路與被干擾設(shè)備輸電線(xiàn)路，控制線(xiàn)路平行敷設(shè)時(shí)，若未采取穿鋼管等屏蔽措施，間隔最好不小于30cm，控制線(xiàn)與諧波源的輸電線(xiàn)路交叉時(shí)，應(yīng)成90度交叉布線(xiàn)。

3.2 安裝濾波器及靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

現(xiàn)階段所應(yīng)用的濾波器分為無(wú)源與有源兩種，前者是通過(guò)將串聯(lián)或并聯(lián)L、C的濾波器連接在變壓器二次側(cè)出口，使其產(chǎn)生與諧波相對(duì)應(yīng)的諧振，濾波器兩側(cè)的電壓在諧波發(fā)生時(shí)幾乎消失，縮減變壓器一次側(cè)諧波分量，但在應(yīng)用的過(guò)程中需要考慮電網(wǎng)抗阻和運(yùn)行狀態(tài)對(duì)補(bǔ)償實(shí)際效果的干擾，而且當(dāng)并聯(lián)應(yīng)用與濾波器形成并聯(lián)諧振會(huì)加大諧波的危害性，對(duì)濾波器的使用性能構(gòu)成直接的威脅，所以前者的實(shí)際應(yīng)用范圍受到嚴(yán)重的限制；而后者是在諧波電流從補(bǔ)償對(duì)象上已經(jīng)檢測(cè)出后，利用補(bǔ)償裝置生成與其大小相同但極性相反的補(bǔ)償電流，使基波分量這種不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際影響的因素生成，此種濾波器受電網(wǎng)抗阻的影響較小，所以應(yīng)用范圍較大。而針對(duì)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的軋鋼機(jī)等非線(xiàn)性沖擊負(fù)荷設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)諧波，應(yīng)針對(duì)行的安裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，使供配電系統(tǒng)整體抗諧波能力得到提升。

3.3 諧波源電源側(cè)加裝濾波電抗器

3.3.1 諧波源電源側(cè)加裝濾波電抗器為了不使電壓降得太低影響設(shè)備的運(yùn)行，加裝的電抗器其電抗率一般在3%～5%為宜。

3.3.2 變頻器對(duì)于變頻器，還可在其直流環(huán)節(jié)加裝直流電抗器，改善其輸入功率因數(shù)，從而減小諧波的產(chǎn)生。

3.3.3 諧波源諧波源的接地線(xiàn)與受干擾設(shè)備的接地線(xiàn)分開(kāi)，其接地極距離不小于5m。

3.4 合理選擇電力電纜

在供電系統(tǒng)中，如果電纜選擇出現(xiàn)了問(wèn)題，很容易會(huì)造成火災(zāi)，因此選擇電纜時(shí)應(yīng)該充分考慮由于諧波而導(dǎo)致的發(fā)熱問(wèn)題，按照諧波的影響程度來(lái)確定電纜的截面積。對(duì)于諧波擾動(dòng)源設(shè)備配線(xiàn)進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該保證載流量留有的裕量是足夠的，并盡可能選用放大一級(jí)的電纜截面，這樣可以有效提升電纜的負(fù)載承載能力及耐用性。除此以外，三相四線(xiàn)制系統(tǒng)中確定中性線(xiàn)截面積時(shí)，應(yīng)該綜合考慮高次諧波電流和三次諧波電流流入時(shí)所造成的集膚效應(yīng)，避免由于集膚效應(yīng)而引發(fā)的電纜發(fā)熱問(wèn)題，避免火災(zāi)的發(fā)生。

3.5 采取適當(dāng)?shù)母綦x、補(bǔ)償和減小措施

針對(duì)諧波的產(chǎn)生和傳播的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的隔離、補(bǔ)償和減小措施。在配電網(wǎng)中，主要存在的是三次諧波污染，可以在諧波檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)加裝濾波設(shè)備來(lái)減小諧波注入電網(wǎng)。對(duì)于各種電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)初始，就要考慮其設(shè)備的諧波污染度，采取措施將諧波限制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。

總之，諧波不僅會(huì)對(duì)工業(yè)供配電正常生產(chǎn)造成影響，而且會(huì)帶來(lái)不小的經(jīng)濟(jì)損失，因此，配電系統(tǒng)諧波分析與治理十分必要，需要重點(diǎn)加強(qiáng)研究。

[1]楊昌瑞.諧波對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)的影響及對(duì)策分析[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2015.

[2]尹曉落.工廠(chǎng)供配電諧波治理研究[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，35(03)：17-21.

[3]曾立群.芻議電力諧波對(duì)供配電系統(tǒng)的影響和治理策略[J].江西建材，2014(14)：213.

[4]楊建平.淺談煤礦供配電系統(tǒng)諧波的危害及治理[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014(28)：80.