電力用戶諧波源分析與對策

1、電力用戶諧波源分析與對策日期：2007-03-02來源：浙江省紹興電力局 作者：陳根奇字體：大 中 小 電力系統(tǒng)中諧波主要是由冶金、化工、電氣化鐵路及其他行業(yè)的換流設(shè)備產(chǎn)生的。它們向公用電網(wǎng)注入諧波電流，在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波分量，不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護(hù)裝置與自動化裝置的正常運(yùn)行，造成了這些裝置的誤動與拒動，直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，浙江省紹興地區(qū)的供電能力和供電質(zhì)量有了較大的提高，但隨著用戶各類變頻節(jié)能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使地區(qū)電網(wǎng)的諧波污染問題日趨嚴(yán)重，影響了供電質(zhì)量。2005年，紹興電網(wǎng)110 kV大和變電所，經(jīng)常發(fā)生主變壓器差動保護(hù)報(bào)警，經(jīng)查找分析發(fā)

2、現(xiàn)大和變電所主變壓器電流5次諧波達(dá)10%，再對10 kV出線進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)有5條10 kV線路5次諧波電流超過10%，其中諧波電流最大的安中線5次諧波電流達(dá)20%，隨時有可能發(fā)生主變差動保護(hù)誤動跳閘事故。 系統(tǒng)中諧波電流普遍存在，因諧波電流造成的電氣設(shè)備故障及受電設(shè)備故障與日俱增，對其潛在的危害，容易誘發(fā)事故，提高成本代價(jià)，對經(jīng)濟(jì)效益造成損失。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，在我國每年有近數(shù)百億元的損失。種種跡象表明，諧波已逐漸成為影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、劣化電能質(zhì)量的潛在威脅。 1 用戶諧波源現(xiàn)狀分析 通過對諧波源進(jìn)行簡單分類，發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類：一是含半導(dǎo)體的非線性元件，如各種整流設(shè)備、變流

3、器、交直流換流設(shè)備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備；二是含電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐及鐵磁諧振設(shè)備等。通過對紹興電網(wǎng)用戶諧波源情況進(jìn)行調(diào)查，對該地區(qū)負(fù)荷進(jìn)行分析，紹興電網(wǎng)用戶諧波源情況也可分為兩種： 一種是集中的較大諧波源，如金屬冶煉、電氣化鐵路等。對這類諧波源，由于用電負(fù)荷相對集中，供用電雙方對諧波治理容易達(dá)成共識，也容易落實(shí)治理措施。如中外合資的友誼特種鋼有限公司，其新建的年產(chǎn)200 kt不銹鋼帶鋼工程，其主要諧波源設(shè)備，包括20 t電弧爐3臺，25 t精煉爐2臺。通過對其電壓波動和閃變的評估，其在冶煉過程中，特別是在熔化期，隨機(jī)且大幅度波動的無功功率會引

4、起供電母線電壓的嚴(yán)重波動，并構(gòu)成閃變干擾。為此，在該用戶配電設(shè)備安裝過程中，要求用戶配套加裝了響應(yīng)時間小于10 ms的SVC補(bǔ)償裝置，TCR部分容量為10000 kvar。該裝置投運(yùn)后，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。另一種是分散的變頻器。紹興地區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是輕紡行業(yè)，在近年來不斷的技術(shù)改造中，其生產(chǎn)設(shè)備中多采用變頻器。用變頻器驅(qū)動的電動機(jī)系統(tǒng)，因其節(jié)能效果顯著、調(diào)節(jié)方便、維護(hù)簡單，在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。它把工頻（50 Hz）變換成各種頻率的交流電，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。由于變頻器輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，這些都是由非線性原件組成的，在開斷過程中，其輸入端和輸出端都會產(chǎn)生高次諧波。諧波通過

5、輸入電源線對公用電網(wǎng)產(chǎn)生影響。雖然單臺的諧波電流不大，但由于其總量大，諧波產(chǎn)生的干擾就不可低估。而且由于其點(diǎn)多面廣，幾乎每個企業(yè)都采用，給治理工作帶來了難度。 2 諧波治理現(xiàn)狀 電力供應(yīng)與供電質(zhì)量是不可分割的。諧波治理通常采用變電所集中治理和非線性用電設(shè)備處分散治理兩種方法。但長期以來，由于用戶對諧波的危害認(rèn)識不足，諧波治理工作往往是供電企業(yè)單方努力，用戶方諧波一直得不到有效的控制。盡管國家已經(jīng)明確規(guī)定了，諧波治理依據(jù)“誰污染，誰治理”的原則。但由于缺乏有效的制約手段，在實(shí)際工作中，供電部門往往只能局限于對有治理愿望的用戶落實(shí)措施，用戶往往占更多的主動地位。只有在治理諧波的同時，能使用戶獲得明

6、顯的立即見效的利益時，用戶才肯投入資金進(jìn)行諧波治理。紹興電網(wǎng)中大量用戶中存在諧波源，但真正落實(shí)措施治理的卻寥寥無幾，通過對已經(jīng)治理的用戶進(jìn)行分析，主要有以下幾種情況。當(dāng)前供電部門對電力用戶電費(fèi)都實(shí)行功率因數(shù)考核，規(guī)定一般工業(yè)用戶功率因數(shù)不得低于0.85。由于用戶在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝時未考慮諧波影響，實(shí)際使用中電容器無法投入，月度功率因數(shù)偏低，造成電費(fèi)扣罰，數(shù)額大的用戶每月達(dá)幾千甚至上萬元，用戶不得不下決心進(jìn)行諧波治理。由于諧波原因，造成用戶正常生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量受損。諧波會使交流電壓波形嚴(yán)重失真，從而導(dǎo)致部分電機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)熱，甚至燒毀電機(jī)。諧波也會影響電子設(shè)備工作精度，使精密機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降

7、低。當(dāng)諧波嚴(yán)重超標(biāo)，影響本企業(yè)的安全運(yùn)行時，用戶為了保證正常連續(xù)生產(chǎn)，不得不下決心進(jìn)行諧波治理。企業(yè)在申請用電時，不得不對供電部門提出的治理要求投入資金。由于紹興電網(wǎng)嚴(yán)格業(yè)擴(kuò)報(bào)裝審批手續(xù)，對新上用戶設(shè)備的負(fù)荷特性嚴(yán)格審查，對于新投產(chǎn)的項(xiàng)目，必須根據(jù)用戶用電負(fù)荷性質(zhì)對電能質(zhì)量造成污染的影響，加裝消除電能污染的設(shè)備。尤其對大容量的諧波源，其相關(guān)的諧波抑制設(shè)備不配套，諧波注入量不達(dá)標(biāo)，供電部門將不予驗(yàn)收送電。因此，對于新裝與增容用戶，盡管用戶不情愿，但為了用電也不得不進(jìn)行諧波治理。3 加強(qiáng)諧波治理的措施諧波治理是個系統(tǒng)工程，諧波問題的解決需要供電部門、用戶及設(shè)備制造商的協(xié)調(diào)合作。為了減輕和限制諧波的

8、影響，供電部門必須把諧波管理納入日常的生產(chǎn)管理中，建章建制，采取技術(shù)措施，強(qiáng)化諧波監(jiān)督管理。針對紹興電網(wǎng)的實(shí)際，從以下幾方面著手。要建立諧波監(jiān)測隊(duì)伍。為及時發(fā)現(xiàn)對電網(wǎng)電能質(zhì)量有影響的諧波源，必須加強(qiáng)對用戶諧波的監(jiān)測。因此，要建立以諧波普測與專業(yè)檢測相結(jié)合的諧波監(jiān)測隊(duì)伍。諧波普測以用電檢查人員為主，為其配備便攜式諧波檢測裝置，監(jiān)測用戶電壓、電流變化，掌握電壓偏差、諧波、閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量水平。專業(yè)檢測組織應(yīng)對重點(diǎn)用戶進(jìn)行24 h在線監(jiān)測，并形成書面檢測報(bào)告，為最終督促用戶整改提供依據(jù)。要建立諧波治理設(shè)備廠家?guī)臁ＶC波治理是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的工作，用戶比較陌生。同時，生產(chǎn)提供諧波治理的廠家眾多，良莠不齊，供電部門也難辨真?zhèn)?，用戶更是無所適從。供電部門可以從為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的角度，為用戶選擇幾個產(chǎn)品質(zhì)量好，性能價(jià)格比適當(dāng)、售后服務(wù)好的廠家組成廠家?guī)?，推薦采用無源濾波器、有源濾波器等治理措施，并通過實(shí)踐不斷調(diào)整與優(yōu)化，使有諧波治理意愿的用戶能盡快付諸實(shí)施。要建立諧波治理的評估體系。對實(shí)施諧波治理措施后，供電部門要及時組織對諧波治理工程的驗(yàn)收和效益評估。必要