淺論煙廠配電系統的諧波問題

朱寶公

摘 ? ?要：隨著煙廠用電需求量的不斷增加，其配電系統也出現一些頻發性問題，由配電系統的諧波問題引起的事故和安全隱患尤為突出。配電系統中的諧波問題主要有人為性、非技術性以及不確定性等特點，屬于一種典型的配電系統事故，對配電網各個環節的安全作業有著嚴重的影響。因此必須要做好配電諧波檢測排查工作，及時的針對諧波事故做好應對措施，快速的處理配電諧波問題所造成的安全隱患，從而確保煙廠配電系統的良性、穩定、安全的運行。

關鍵詞：配電系統;諧波;有源濾波器;無源濾波器

中圖分類號：TM711 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0072-02

1 ?引 言

煙廠配電網系統中的諧波安全能夠直接反映著電力系統的運行的狀況，不但有效的確保了煙廠輸電線路的安全，同時也能客觀的反映出煙廠產業效益的經濟水平。隨著煙廠生產規模的不斷擴大，各類電氣設備大量的被投入到生產運營中，由于這些電氣設備中負荷的非線性關系，導致電壓與電流間的波形出現畸變，這就會造成諧波電壓和諧波電流，如果諧波電壓與諧波電流在運轉時超過標量負荷，必然會給電氣設備的運行帶來諸多不利影響，如電壓不穩定、大面積短路和線路癱瘓等問題。因此為了確保煙廠配電系統的正常運行，保障煙廠的正常生產，必須要重視配電系統中的諧波問題，對配網諧波問題進行技術革新，使得配網系統的諧波問題引發的事故得到有效控制，而這也是現階段煙廠配電系統亟需解決的問題。

2 ?案 例

在“十五”技改之后，某煙廠在生產運營時，其電容器柜出現過熱現象，并且其工藝控制系統主機頻繁發生死機和卡機，經成套柜生產商與電氣工程人員研究分析，一致認為該現象的產生是由于配電系統的諧波問題所導致。

按照電氣設計人員在規劃初期的建議，利用電能質量分析儀對煙廠配電網系統進行諧波測試。車間變電所1的配置主要有：補償柜為單體電容器，為35kVAR，型號是LCMD-35kVAR-0.44kV，每柜9只，有10路投切，分為兩柜;變壓器的參數為10000/400，1250kVA，Z=5.27%;系統電壓400V。車間變電所2的配置主要有：補償柜為單體電容器，為45kVAR，型號是LCMD-35kVAR-0.44kV，每柜10只，有10路投切，分為兩柜;變壓器的參數為10000/400，2000kVA，Z=6.08%。表1和表2為測量結果，從表中能夠得出，其總畸變率超過或者靠近有關諧波標準，特別是第五次諧波的測量，畸變增大尤為明顯，則需要對其進行專業的諧波處理。

3 ?諧波的產生

對于配電系統而言，一般都是希望交流電流與交流電壓之間呈正弦波。當在電感、電容以及線性無源元件電阻上施加正弦電壓，此時仍然是相同頻率的正弦波。但在非線性電路上施加正弦波電壓，此時電流則會改變，變成非正弦波，由于受到電網阻抗的影響，非正弦波電流則會出現壓降，則會對電壓產生影響，使電壓變為非正弦波。受到非正弦波電流和非正弦波電壓的影響，電力機車、電弧爐、調光設備以及變頻空調等電氣設備在運行中都會受多次諧波的影響。

4 ?諧波的危害

在煙廠運行生產中，諧波的產生對公用電網以及其他系統都會產生一定的危害。

（1）由于受到諧波的影響，導致公用電網中的相關器件在運行中產生了附加的諧波損耗，對電力系統的發電、輸電和電氣設備的用電效率都有著巨大的影響，此外當中線流過大量的3次諧波電流，則會導致輸電線路出現發熱現象，甚至還會引起火災。

（2）諧波還會對煙廠生產運行中的各類電氣設備的性能產生影響，不但會對電動機的運轉產生附加的損耗，還會使得電動機的運轉產生噪音、機械振動以及過壓，導致變壓器出現過熱現象。諧波會導致電纜和電容器過熱、線路加速老化、絕緣性能降低、設備使用壽命降低以及損壞。

（3）諧波還會使得公用電網中局部的串聯諧振與并聯諧振，使得諧波不斷放大，產生的諧波過電流與過電壓，對無功補償設備造成巨大的損害。

（4）由于平行的通信系統和電力線路之間存在磁場與電場的耦合，因此諧波的產生還會對周圍的通信系統產生不利影響，輕則產生噪音，使得通信質量降低，重則使得通信信息故障甚至丟失，導致通信系統無法順利開展。

（5）諧波的產生還會對繼電保護與自動裝置產生影響，甚至會出現誤動作現象的發生。

許多國家針對諧波的危害都出臺了限制電網諧波的有關標準，或者是由有關權威機構制定有效限制諧波產生的規定，例如IEEEStd-1992和IEC1000-3-2等相關標準和規定。這些標準和規定的原則就是為了限制電網的諧波電流注入到諧波源，將電網諧波有效的控制在合理范圍內，這就能使得電氣設備的運行不受諧波的影響。

5 ?降低和治理煙廠配電系統諧波問題的有效措施

現階段，針對煙廠配電系統諧波問題而言，主要的治理和降低諧波問題的措施有：

（1）增加換流裝置脈動數量，通過將換流裝置進行改造或者利用相互之間一定移相角的換流變壓器;

（2）增加交流濾波裝置，可以在諧波源周圍安裝一定數量的單調諧或者高通濾波之路，這樣就能有效的吸收諧波電流;

（3）對諧波源的工作方式或者配制進行改變，對于諧波互補性的電氣設備應該進行集中布置與管理，否則就需要進行交錯使用或者分散使用，對于諧波量大的工作方式要進行適當的限制;

（4）還可以在用戶線路中加裝串聯電抗器，這樣就可以將系統間的電氣距離提升，有效的降低了諧波對不同區域電網的影響;

（5）需要從電壓電流、線路阻抗、負載特性等參數分析出三相不平衡的原因，改善線路三相不平衡度;

（6）加裝靜止無功補償裝置，可以利用TCT、TCR、以及SR等靜止補償裝置，將其容性部分改為濾波器;

（7）也可以將諧波源合理的改裝為高一級電壓的電網或者更大容量的供電點，這樣能夠提升配電系統的抗諧波能力;

（8）為了有效的提升裝置或者電氣設備抗諧波的干擾性能，提升抗諧波保護的能力，可以在諧波敏感設備上加裝保護裝置;

（9）為了有效的抑制諧波的產生，也可以利用有源濾波器和無源濾波器等新型抑制措施。

由于煙廠生產對工藝的要求較為嚴格，變頻設備和大容量的電機頻繁使用，這就會導致諧波含量偏大，同時諧波源的設備無法集中，較為分散。因此電氣設計工作人員，在電氣設計時，就必須要充分考慮諧波的影響，按照實際生產的技術要求和經濟性，制定出有效降低諧波產生的生產模式和工作方式。

現階段，治理煙廠配電系統諧波問題最有效的措施就是合理的加裝濾波器。無源濾波補償技術是當前應用效果最好、應用最為廣泛且價格也相對合理的解決措施。無源濾波器主要是由電阻R、電容器C、電抗器L構成，按照結構特性可以分為單調諧濾波器、雙調諧濾波器以及高通濾波器，其工作原理接線圖如圖1中的（a）、（b）、（c）。

近幾年，隨著電子技術的不斷發展，有源濾波補償技術也不斷推廣和應用，其技術也不斷成熟，相較于無源濾波補償技術，有源濾波補償技術具有響應及時、適應性強以及功能齊全等優點。

為了有效的抑制高次諧波，降低諧波對電網的影響，提升煙廠供電的質量，針對煙廠配電系統中存在的諧波問題，我建議加裝無源濾波器或者有源濾波器，在加裝濾波裝置后，就可以有效的吸收80%以上的諧波，大大的降低了諧波對配電系統以及電氣設備的影響，防止電氣設備的誤動作，提升了設備的計量性能，使煙廠的電氣設備能夠安全高效的運行。

6 ?結束語

在煙廠配電系統運行，如果產生諧波問題，就會出現電壓不穩定、大面積短路和線路癱瘓等問題。因此為了確保煙廠配電系統的正常運行，保障煙廠的正常生產，必須要重視配電系統中的諧波問題，采取有效的措施來降低和治理諧波問題。

參考文獻

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收稿日期：2018-12-2