電網(wǎng)諧波對(duì)線損的影響及實(shí)施對(duì)策

電力系統(tǒng)中諧波分量不僅影響電能質(zhì)量，也增加了輸電網(wǎng)的電能損耗。2012年6月份尉氏縣供電局洧川供電所抄表員在抄表核算過程中發(fā)現(xiàn)一銅冶煉廠所接線路線損比以往升高2%，并且用戶低壓考核表與供電局的高壓收費(fèi)計(jì)量表相差20%，解決這個(gè)問題對(duì)用戶和電力系統(tǒng)都具有重要的意義。

一、主要諧波源

1.1 銅冶煉廠的主要用電設(shè)備都是非線性用電設(shè)備，電弧加熱設(shè)備如大型電弧爐、電焊機(jī)。電弧爐運(yùn)行引起電壓波動(dòng)隨著冶煉工業(yè)的發(fā)展，當(dāng)然會(huì)更多地使用電弧爐，這是一個(gè)重要負(fù)荷。運(yùn)行時(shí)，電極和金屬碎粒之間會(huì)發(fā)生頻繁斷路，而在熔化期間，電源兩相短路，一旦熔化金屬從電極上落下，電弧熄滅，電源又開路，因此，可以說冶煉過程是頻繁的短路-開路-短路的過程，會(huì)引起用戶端電壓波動(dòng)及白熾燈閃爍，這種諧波是以3次諧波為主。此外，弧電流的波形還有一定的非對(duì)稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染比較大。

1.2 開關(guān)電源：開關(guān)電源設(shè)備目前應(yīng)用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過開關(guān)管控制變壓器初級(jí)電流的開通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流，供給用電設(shè)備。此外，開關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz 左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開關(guān)開閉時(shí)，反射40kHz左右的波至電源。這類用電設(shè)備同樣是單臺(tái)容量不大，但它是應(yīng)用面最廣、量最大的非線性用電設(shè)備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中性線電流居高不下，而且三次諧波還會(huì)通過配變污染到10kV電網(wǎng)。

1.3 變壓器空載合閘涌流產(chǎn)生諧波：鐵心中磁通變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生8~15倍額定電流的涌流，由于線圈電阻的存在，變壓器空載合閘涌流一般經(jīng)過幾個(gè)周波即可達(dá)到穩(wěn)定。所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流所含的諧波成份以3次諧波為主。

1.4 電壓互感器鐵磁諧振過電壓：在我國10kV、35kV電壓等級(jí)的中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)中，為了監(jiān)視對(duì)地絕緣，一般采用三相五柱式電壓互感器。在正常情況下，三相對(duì)地電壓是平衡的，但是由于發(fā)生單相接地故障等原因，會(huì)導(dǎo)致三相對(duì)地電壓平衡的破壞，還有可能使電壓互感器線圈電感L和系統(tǒng)對(duì)地電容C在參數(shù)上配合，而產(chǎn)生諧振過電壓。

二、造成的影響

2.1不滿足電力企業(yè)對(duì)客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的市場要求。

2.2不能達(dá)到企業(yè)降損節(jié)能技術(shù)指標(biāo)，企業(yè)效益不能最大化。

2.3用戶懷疑供電局計(jì)量表過快，對(duì)企業(yè)不信任。

三、調(diào)查原因

3.1供電所負(fù)責(zé)人向局計(jì)量檢定中心申請對(duì)高壓計(jì)量裝置和低壓考核裝置進(jìn)行現(xiàn)場檢定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)量表計(jì)都合格，并把表拆回計(jì)量檢定室進(jìn)行諧波模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：諧波對(duì)表計(jì)計(jì)量影響不大。

3.2沒有無功補(bǔ)償設(shè)備，功率因數(shù)過低，造成線損增大，設(shè)備出力下降。

3.2不了解設(shè)備：組織人員對(duì)銅冶煉廠設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該廠引進(jìn)一套200KW微機(jī)控制的高頻感應(yīng)加熱裝置。并對(duì)客戶電量考核兩天，發(fā)現(xiàn)高壓計(jì)量比低壓計(jì)量多出19%的電量。向設(shè)備操作人員咨詢，工人說在生產(chǎn)時(shí)，設(shè)備附近手機(jī)沒信號(hào)，收音機(jī)收不到臺(tái)。變壓器發(fā)熱并曾經(jīng)燒毀一臺(tái)變壓器。

3.3缺少消諧裝置：計(jì)量外勤人員用示波儀進(jìn)行現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)2N+1次諧波。用戶設(shè)備發(fā)出諧波，污染電網(wǎng)，造成變壓器損耗加大。

四、制定對(duì)策

4.1諧波抑制：通過理論聯(lián)系實(shí)際并經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，做出一臺(tái)專用濾波器：用硅鋼片疊加成諧波抑制棒，串聯(lián)到三相負(fù)荷上，用電容器并聯(lián)到三相負(fù)荷上，利用鐵芯通低頻阻高頻，電容通高頻阻低頻的原理，來消除大部分諧波。

4.2無功補(bǔ)償：在高頻設(shè)備控制柜刀閘下側(cè)直接接入，隨器補(bǔ)償。

對(duì)策實(shí)施原理圖如下：

五、濾波器和無功補(bǔ)償投入前后對(duì)比

此外，濾波器和無功補(bǔ)償投入后，其他各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯改善:

六、結(jié)束語

隨著非線性電力設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴(yán)重，一方面造成了電力設(shè)備的損壞，加速絕緣老化，另一方面也影響了計(jì)算機(jī)、電視系統(tǒng)等電子設(shè)備正常工作，直接擾亂了人們的正常生活。 諧波問題涉及供電部門、電力用戶和設(shè)備制造商，諧波問題已引起人們的高度重視。應(yīng)合理規(guī)劃電網(wǎng)，電力電子設(shè)備(特別一次設(shè)備)應(yīng)符合電磁發(fā)射水平，電子設(shè)備、電子儀器應(yīng)滿足電磁兼容性要求。

參考文獻(xiàn)： 朗文川--《高電壓技術(shù)》

孫書敏《工程電氣設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)文集》