翁朝晨

（西安利君制藥有限責(zé)任公司，陜西西安 710077）

1 引言

隨著制藥企業(yè)的發(fā)展各種電力電子裝置在企業(yè)大量應(yīng)用，其中整流裝置所占的比例最大，逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來(lái)自整流電路，常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴(yán)重的諧波源，電氣設(shè)備的單臺(tái)容量雖然很小，但數(shù)量卻極為龐大，其內(nèi)部大都含有開(kāi)關(guān)電源，各類開(kāi)關(guān)電源、變頻器的用量越來(lái)越多，加上熒光燈產(chǎn)生的諧波，使電源的諧波污染日益突出，諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴(yán)重畸變，影響到對(duì)電力用戶的供電質(zhì)量。電力系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。電網(wǎng)諧波使得電壓、電流的波形發(fā)生了畸變，使公司電力系統(tǒng)、用電設(shè)備出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象和故障，產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害和影響。對(duì)其進(jìn)行有效的抑制，已成為企業(yè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行工作的重要內(nèi)容之一。

2 諧波產(chǎn)生的原因

理想的干凈供電系統(tǒng)向用戶提供的是一個(gè)恒定工頻的正弦波形電壓，在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡(jiǎn)單電路里，流過(guò)的電流與施加的電壓成正比，流過(guò)的電流是正弦波。在實(shí)際的供電系統(tǒng)中，由于具有非線性阻抗特性的用電設(shè)備(即非線性負(fù)荷)的存在，當(dāng)流過(guò)的電流與施加的電壓不呈線性關(guān)系時(shí)，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個(gè)基頻正弦波加上基頻整數(shù)倍的一系列分量，該分量統(tǒng)稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n = fn / f1)稱為諧波次數(shù)。例如：基頻為50 Hz，二次諧波為100 Hz，三次諧波則為150 Hz。應(yīng)該注意，電力系統(tǒng)所指的諧波是穩(wěn)態(tài)的工頻整數(shù)倍數(shù)的波形，電網(wǎng)暫態(tài)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過(guò)壓、欠壓均不屬諧波范疇。

3 諧波對(duì)企業(yè)電力系統(tǒng)設(shè)備的影響

電網(wǎng)諧波對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在幾方面。

3.1 對(duì)變壓器和電動(dòng)機(jī)，諧波電壓使鐵芯渦流損耗增加，諧波電流使銅損增加，溫度上升，絕緣加速老化，降低了效率和利用率，縮短使用壽命。

3.2 在諧波電壓作用下，電容器會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗，加快絕緣介質(zhì)的老化。更為嚴(yán)重的是，大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，造成對(duì)某次諧波電流的放大和諧波電壓的增高。這種危險(xiǎn)的諧波過(guò)電壓和過(guò)電流，不僅會(huì)使電容器超載而損壞，也會(huì)使與電容器聯(lián)接的配電回路中所有線路、設(shè)備因電壓閃變超壓過(guò)負(fù)荷而損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上的諧波故障發(fā)生在電容器裝置上。

3.3 對(duì)電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻增大，線損加大，發(fā)熱增加，絕緣過(guò)早老化，容易發(fā)生接地短路故障，形成潛在的火災(zāi)隱患。同時(shí)，3次諧波使三相平衡負(fù)荷的N線電流顯著增加。

3.4 配電回路的諧波電流含量高會(huì)使斷路器遮斷能力降低。這是因?yàn)榛冸娏鬟^(guò)零點(diǎn)時(shí)，電弧電流隨時(shí)間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢復(fù)要迅速得多，使電弧容易重燃。事實(shí)表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)波形畸變率超過(guò)50%的故障電流，還會(huì)導(dǎo)致斷路器損壞。

3.5 諧波對(duì)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)、計(jì)量?jī)x表信號(hào)產(chǎn)生干擾和損害。

4 我公司供電系統(tǒng)分析

我公司用電系統(tǒng)中分6 kVⅠ段、6 kVⅡ段，在每段母線下主要負(fù)載為異步電機(jī)和動(dòng)力變壓器，也有同步電機(jī)，據(jù)了解同步電機(jī)與異步電機(jī)不同時(shí)使用，同步電機(jī)主要是備用（異步電機(jī)不用時(shí)），電機(jī)的參數(shù)、數(shù)量及所帶負(fù)載見(jiàn)系統(tǒng)圖所示：

供電系統(tǒng)示意圖

5 我公司諧波實(shí)際測(cè)試

測(cè)試工具為FULKE43B型電能質(zhì)量分析儀。

測(cè)試對(duì)象為6KVI母線側(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

表1 6KV I母線側(cè)實(shí)測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)

測(cè)試對(duì)象為6KVII母線側(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

表2 6KV II母線側(cè)實(shí)測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)

表1、表2中的數(shù)據(jù)表明，諧波電流超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3倍以上。

6 我公司的治理方案

補(bǔ)償用并聯(lián)電容器對(duì)諧波電壓最為敏感，諧波電壓加速電容器老化，縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過(guò)負(fù)荷、出現(xiàn)不允許的溫升，特別嚴(yán)重的是當(dāng)電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振時(shí)電流急速增加，開(kāi)關(guān)跳閘、熔斷器熔斷、電容器無(wú)法運(yùn)行。為避免并聯(lián)諧振的發(fā)生，電容器串聯(lián)電抗器。它的電抗率按背景諧波次數(shù)選取。電網(wǎng)的背景諧波為5次及以上時(shí)，宜選取4.5% ～ 6%；電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上時(shí)，宜選取12%

6.1 電抗率K值的確定

6.1.1 系統(tǒng)中諧波很少，只是限制合閘涌流時(shí)則選K = 0.5 ～ 1%即可滿足要求。它對(duì)5次諧波電流放大嚴(yán)重，對(duì)3次諧波放大輕微。

6.1.2 系統(tǒng)中諧波不可忽視時(shí)，應(yīng)查明供電系統(tǒng)的背景諧波含量，合理確定K值。電抗率的配置應(yīng)使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網(wǎng)背景諧波為5次及以上時(shí)，應(yīng)配置K=4.5～6%。通常5次諧波最大，7次諧波次之，3次較小。國(guó)內(nèi)外通常采用K=4.5～6%。配置K=6%的電抗器抑制5次諧波效果好，但明顯的放大3次諧波及諧振點(diǎn)為204 Hz，與5次諧波的頻率250 Hz，裕量大。配置4.5%的電抗器對(duì)3次諧波輕微放大，因此，在抑制5次及以上諧波，同時(shí)又要兼顧減小對(duì)3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點(diǎn)235 Hz與5次諧波間距較小。電網(wǎng)背景諧波為3次及以上時(shí)應(yīng)串聯(lián)K=12%的電抗器。在電抗器電容器串聯(lián)回路中，電抗器的感抗XLN與諧波次數(shù)成正比；電容器容抗XCN與諧波次數(shù)成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯(lián)回路的諧振次數(shù)小于5次。這樣，對(duì)于5次及以上諧波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈感性，消除了并聯(lián)諧振的產(chǎn)生條件；對(duì)于基波，電抗器電容器串聯(lián)回路呈容性，保持無(wú)功補(bǔ)償作用。

6.2 電抗器的安裝位置

串聯(lián)電抗器無(wú)論裝在電源側(cè)或中性點(diǎn)側(cè)，從限制合閘涌流和抑制諧波來(lái)說(shuō)都是一樣的。

電抗器裝在電源側(cè)時(shí)運(yùn)行條件苛刻，因它承受短路電流的沖擊，對(duì)地電壓也高（相對(duì)于中性點(diǎn)），因而對(duì)動(dòng)、熱穩(wěn)定要就高，鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。

電抗器裝在中性點(diǎn)側(cè)時(shí)，對(duì)電抗器要求相對(duì)低，一般不受短路電流的沖擊，動(dòng)、熱穩(wěn)定沒(méi)有特殊要求，承受的對(duì)地電壓低。可見(jiàn)它比安裝在電源側(cè)缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。

7 效益分析

7.1 改善電能質(zhì)量。我公司電網(wǎng)凈化裝置能全面改善電能的質(zhì)量，能濾除電網(wǎng)諧波，補(bǔ)償無(wú)功，防止電網(wǎng)串并聯(lián)諧振，防止電壓波動(dòng)和閃變，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，減少事故率，減少電氣設(shè)備維修費(fèi)用和維修時(shí)間。

7.2 降低電能損耗。由于補(bǔ)償了諧波電流和無(wú)功電流，使變壓器和輸電線路的電流減少，變壓器和輸電線路的損耗減少，節(jié)約了能耗。

7.3 提高了供電能力。進(jìn)行諧波補(bǔ)償后，功率因數(shù)由0.8提高到0.94，諧波電流大大下降，幾乎為零，提高了變壓器供電能力。