低壓配網(wǎng)中頻爐諧波治理的技術(shù)措施

由彬 徐偉

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國各行各業(yè)的發(fā)展都得到了有力的推動，鋼鐵業(yè)、鑄造業(yè)的產(chǎn)量劇增，而大量非線性器件也得到了廣泛的應(yīng)用，但是此類設(shè)備容易給電能質(zhì)量問題造成一定的影響。例如，中頻爐產(chǎn)生的諧波污染就會在很大程度上影響低壓配網(wǎng)的運行。因此，針對低壓配網(wǎng)中頻率諧波危害，采取有效的措施進(jìn)行治理尤為重要。文章對低壓配網(wǎng)中頻爐諧波進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的治理技術(shù)措施，希望能夠為相關(guān)工作提供一些參考意見。

【關(guān)鍵詞】低壓配網(wǎng)；諧波；治理；技術(shù)措施；中頻爐

【中圖分類號】TM73 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0173-02

0 引言

電能是人們生活中尤為重要的組成部分，對電能的科學(xué)合理應(yīng)用，可以促進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯恼＿\行。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各項新技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，而非線性的負(fù)荷容量也呈現(xiàn)出急劇上升的趨勢，在此背景下，電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生了諸多異常現(xiàn)象。在低壓配網(wǎng)中，非線性電力負(fù)荷存在著較大的比例，而非線性電力負(fù)荷也產(chǎn)生了不少的諧波電流，諧波電流進(jìn)而對低壓配網(wǎng)的正常運行造成了較大的影響。世界各國都在積極著手研究相關(guān)諧波治理技術(shù)，我國近年來也加大了諧波治理方面的研究。通過對諧波進(jìn)行治理，可以避免諧波產(chǎn)生的危害，進(jìn)而促進(jìn)低壓配網(wǎng)正常安全運行。

1 諧波概述

諧波是指電流中所包含的頻率是基波整數(shù)倍的電量，由于交流電網(wǎng)環(huán)境下得到的有效性分量是工頻，其頻率又非常單一，因此其他和工頻頻率相異的部分均為諧波。諧波的基本原理是在一個周期內(nèi)電氣量的頻率高出整數(shù)倍基波頻率，其次數(shù)一定要高于1。在電力體系下，產(chǎn)生諧波的設(shè)施就是諧波源。就一般的電網(wǎng)運作而言，發(fā)電機、變壓器、輸電線路都不會出現(xiàn)明顯的諧波電流[1]。但是諧波源在整個電力系統(tǒng)環(huán)境中卻占有較大的比重，幾乎各行各業(yè)都存在諧波源。諧波源主要包括兩種，即半導(dǎo)體非線性組件的設(shè)施、電弧及鐵磁非線性器件的設(shè)施。變流器、變頻器、電焊機、電弧爐都有可能是諧波源。不同用電設(shè)備的工作原理有所不同，因此所產(chǎn)生的諧波及諧波內(nèi)在的原理與特點也有著較大的差異。因此，要想有效治理諧波，必須對諧波的產(chǎn)生原因、內(nèi)在原理、特點等有充分的了解。

2 中頻爐諧波分析

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國采礦業(yè)、鑄造業(yè)、冶煉業(yè)都得到了飛速的進(jìn)步，與此同時，諧波污染問題卻日益嚴(yán)重。中頻爐是最大的諧波產(chǎn)生源之一。中頻爐是將電網(wǎng)提供的50 Hz正弦交流電源輸入可控硅全控橋整流電路后，變成直流電再進(jìn)入逆變電路，最終變?yōu)?00 Hz～20 kHz的中頻電源，供給負(fù)載。當(dāng)中頻電流通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生中頻磁場，利用電磁感應(yīng)原理就可以使中頻爐中的材料自身產(chǎn)生渦流發(fā)熱，爐中溫度不斷升高，最后融化，提煉成鋼坯原料。在中頻爐運行過程中，由于受到逆變負(fù)荷等因素的影響，在變頻器的影響下就會產(chǎn)生多元化的整數(shù)次諧波，并且甚至出現(xiàn)高出2配的分?jǐn)?shù)諧波。當(dāng)中頻爐產(chǎn)生諧波，那么帶來的影響是多面的[2]。中頻爐產(chǎn)生的諧波危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，諧波危害會導(dǎo)致變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗，這不僅會導(dǎo)致電能的浪費，同時也會加速絕緣體的老化。其次，諧波危害會改變繼電保護(hù)和自動裝置的動作特性，從而容易引起保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動作，甚至導(dǎo)致保護(hù)裝置產(chǎn)生故障，進(jìn)而影響到整個低壓配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。最后，中頻爐中所產(chǎn)生的諧波危害還會影響到電力測量儀表的準(zhǔn)確性，進(jìn)而降低電力測量儀表的工作效率和質(zhì)量，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的失誤和披露。因此，必須高度重視中頻爐諧波的危害，對中頻爐諧波產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，進(jìn)而采取有效的治理措施。

3 中頻爐諧波治理的技術(shù)措施

3.1 無源濾波器治理

無源濾波是中頻爐諧波治理的一種常用方案。無源濾波器是由電抗器、電阻器、濾波點電容器組成的設(shè)備，其與諧波源中頻爐進(jìn)行并聯(lián)工作，當(dāng)中頻爐產(chǎn)生諧波時，通過無源濾波器可以進(jìn)行有效的過濾，進(jìn)而在一定程度上消除濾波危害。無源濾波器的成本較低，所以在早期中頻爐諧波治理中應(yīng)用較為廣泛[3]。但是隨著治理技術(shù)的不斷發(fā)展，無源濾波器顯然無法滿足治理需求，其中存在一些難以克服的缺點。無源濾波器只能針對單次諧波，并且容易發(fā)生諧波共振。因此，無源濾波器需要結(jié)合實際情況合理應(yīng)用。

3.2 有源濾波器治理

有源濾波器是治理中頻爐諧波的一種比較新的方案。有源濾波器的基本原理是先檢測出諧波電流，進(jìn)而由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等的極性相反的補償電流，這樣就可以使電網(wǎng)電流中諧波電流得到有效治理。有源濾波器能夠?qū)χC波進(jìn)行跟蹤補償，并且其補償特性不會受到電網(wǎng)阻抗的影響。在中頻爐諧波治理中，有源濾波器得到了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮著重要的作用。

3.3 改善電壓波動

通過加強電壓波動的治理，也可以有效消除中頻爐運行中產(chǎn)生的諧波，進(jìn)而減少諧波危害。加強電壓波動治理最主要的就是改善電壓波動，比如選擇適當(dāng)?shù)墓╇姺绞剑瑢⒅蓄l爐負(fù)荷與其他設(shè)備用電負(fù)荷進(jìn)行分離，使用單獨的變壓器接帶中頻爐負(fù)荷，這樣能夠有效增大線路的短路容量，進(jìn)而達(dá)到改善電壓波動的目的[4]。要改善電壓波動，還可以根據(jù)需求安裝無功功率補償裝置，比如靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器等。此外，還可以通過將負(fù)荷接在較大的供電網(wǎng)絡(luò)上來改善電壓波動。這是因為中頻爐引起的電壓波動與供電網(wǎng)絡(luò)的短路容量成反比，而通過將中頻爐的負(fù)荷接在較大的供電網(wǎng)絡(luò)中，就可以改善中頻爐引起的電壓波動。

3.4 TCR+FC型SVC治理

在中頻爐諧波治理中，為了能夠達(dá)到更好的治理效果，可以采用無源濾波器和加裝TCR支路的方案進(jìn)行治理，形成TCR+FC型SVC。SVC能夠有效改善電壓波動，達(dá)到更好的治理諧波效果。首先，需要在35 kV母線加裝無功補償兼波治理裝置。其次，增加TCR支路，TCR支路容量必須滿足考核點電壓波動[5]。最后，形成TCR+FC型SVC。SVC的運行方式如下：首先，在中頻爐負(fù)荷運行時，從低到高的順序投入5、7、9次支路。其次，在LF爐中中頻爐運行過程中，從低到高順序投入3、4、5、7、9次支路。通過應(yīng)用TCR+FC型SVC治理方案，電壓波動指標(biāo)、諧波電壓、諧波電流等都可得到有效的治理，進(jìn)而有效提高電能質(zhì)量。

3.5 加強諧波治理的管理

為了能夠更好地保證低壓配網(wǎng)的運行質(zhì)量，還需要加強對諧波治理的管理和監(jiān)督。供電企業(yè)可以在用電營銷部門中設(shè)立諧波治理專職，由專業(yè)技術(shù)人員定期組織對用戶的諧波進(jìn)行檢查和監(jiān)測，如產(chǎn)生諧波危害，立即采取措施進(jìn)行處理。對于新報工程，首先要做好用電分析工作，并做好帶負(fù)荷中有非線性負(fù)載用戶的對接工作。在設(shè)計配電工程中，諧波治理設(shè)計需要同時進(jìn)行。如果生產(chǎn)設(shè)備超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，必須進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試，直到設(shè)備滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為止。

4 結(jié)語

中頻爐諧波的產(chǎn)生會構(gòu)成較大的影響，如造成發(fā)電機整體功率下降，形成電網(wǎng)污染，對電網(wǎng)用戶產(chǎn)生不利，甚至影響到電網(wǎng)的整體有效運行。對此，必須提高對低壓配網(wǎng)中頻爐諧波的重視，切實采取有效的治理技術(shù)措施解決諧波危害。例如，增強低壓配網(wǎng)整個運行系統(tǒng)的規(guī)范化處理，對治理技術(shù)不斷創(chuàng)新優(yōu)化，形成對整個控制系統(tǒng)的全面掌握，從而有效減少諧波危害，進(jìn)而提高整體電力系統(tǒng)的供電效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王鵬，李春霞，孫艷榮，等.探析低壓配網(wǎng)中頻爐諧波治理的技術(shù)措施[J].通訊世界，2016（6）：170-171.

[2]鄭長青，方勁松.中頻爐用電的諧波危害及治理[J].農(nóng)村電工，2016，24（1）：36-37.

[3]駢亞洲，譚曉東，杜輝.中頻加熱爐啟動運行對電網(wǎng)影響的分析與諧波治理[J].節(jié)能，2015，34（8）：73-76，3.

[4]劉晶東.典型冶金負(fù)荷諧波問題分析與治理[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.

[5]陳慧穎.淺談中頻爐諧波治理及其電能計量裝置的選擇[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（9）：198.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]