蔣創(chuàng)

【摘要】文章通過(guò)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備配電系統(tǒng)諧波分析，從而提出自動(dòng)化設(shè)備諧波解決方案，這對(duì)于使用諧波濾波器提高配電質(zhì)量有一定的作用。

【關(guān)鍵詞】諧波；濾波器；配電；質(zhì)量

一、對(duì)自動(dòng)化設(shè)備配電系統(tǒng)諧波分析

（1）用電需求情況。一是由于生產(chǎn)工藝上的要求，變頻器設(shè)備在生產(chǎn)線設(shè)備上占有大量的比例，超過(guò)整個(gè)配電系統(tǒng)裝機(jī)容量的25%。變頻采用的是相位控制技術(shù)，在相位變換后會(huì)產(chǎn)生含復(fù)雜成分（整次或分次）的諧波。二是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)等在電控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，也將造成多次諧波電流。三是熒光燈等照明設(shè)備的使用也會(huì)造成配電系統(tǒng)內(nèi)的諧波電流。（2）存在的問(wèn)題。首先，諧波來(lái)源。配電系統(tǒng)中的諧波主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是負(fù)載本身含有大量的諧波源，這些諧波源可以產(chǎn)生大量的諧波電流，通過(guò)線路阻抗，又可以致使系統(tǒng)電壓中出現(xiàn)諧波電壓；二是公用電網(wǎng)本身含有一定量的諧波電壓，這部分諧波可以由網(wǎng)側(cè)傳輸至配電系統(tǒng)。配電系統(tǒng)中的負(fù)載有以下特征：一是單相負(fù)載多。配電系統(tǒng)中，單相負(fù)載占到一半以上，而單相負(fù)載可以引起零序諧波，并能造成三相不平衡以及三相相差不對(duì)稱等問(wèn)題。二是非線性負(fù)載比例高。配電系統(tǒng)中的除了主要設(shè)備，還有個(gè)人電腦、復(fù)印機(jī)、通訊設(shè)備、照明設(shè)備。部分配電系統(tǒng)中還會(huì)有UPS、一次電源等負(fù)載，這些負(fù)載都是配電系統(tǒng)中的主要諧波源。三是諧波源諧波畸變率大。據(jù)測(cè)試，配電系統(tǒng)中的諧波源的諧波畸變率都較大，如個(gè)人電腦諧波電流畸變率為100%，UPS畸變率約為20%～30%，一次電源諧波電流畸變率通常為40%～50%。四是配電中的大多數(shù)智能化及自動(dòng)化設(shè)備對(duì)供電電能質(zhì)量要求較高，特別是對(duì)諧波敏感。其次，諧波危害。配電系統(tǒng)的諧波電壓和諧波電流，對(duì)配電系統(tǒng)造成了極大的污染，不僅惡化了電網(wǎng)電能質(zhì)量，并對(duì)各種用電設(shè)備也造成了一定的危害。諧波對(duì)配電系統(tǒng)的危害主要有兩部分：一是對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的危害。使變壓器產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱量增加以及產(chǎn)生脈沖轉(zhuǎn)矩和噪聲；加速絕緣線纜老化、發(fā)熱量增加、壽命縮短。嚴(yán)重時(shí)使系統(tǒng)短路，發(fā)生配電故障甚至造成人身傷害；對(duì)斷路器、熔斷器、繼電器等各類保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生干擾，使其誤動(dòng)作或者舉動(dòng)作。二是對(duì)用電設(shè)備的危害。使照明設(shè)備縮短壽命，對(duì)白光光源的照明設(shè)備影響更大。美國(guó)IES照明手冊(cè)明確指出，若諧波電壓畸變率達(dá)到5%，則白熾燈壽命縮短47%；使電壓表、電流表等各類電子測(cè)量設(shè)備測(cè)試誤差增加；容易引發(fā)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振，引起電容器漲肚甚至爆炸、導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備無(wú)法投切、系統(tǒng)功率因數(shù)無(wú)法提高。

二、對(duì)自動(dòng)化設(shè)備諧波解決方案

根據(jù)國(guó)家對(duì)配電系統(tǒng)的要求，也是出于對(duì)用電設(shè)備的保護(hù)，必須對(duì)各種非線性負(fù)載注入電網(wǎng)的諧波電壓和諧波電流加以限制。當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生諧波或供電系統(tǒng)中存在諧波且超標(biāo)時(shí)，則需要設(shè)置濾波無(wú)功補(bǔ)償裝置。（1）濾波無(wú)功補(bǔ)償。典型的諧波濾波器回路包含3種最為常見(jiàn)的諧波（5次、7次及11次）頻率。每臺(tái)濾波器包括一臺(tái)電磁接觸器、熱繼電器、電抗器和電容器。由控制器根據(jù)配電系統(tǒng)中所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率控制其每個(gè)回路的投切，達(dá)到功率補(bǔ)償和抑制諧波的效果。這需要對(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的低壓配電系統(tǒng)中可產(chǎn)生諧波的負(fù)載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)需要吸收的諧波次數(shù)，設(shè)置合適的LC參數(shù)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的濾波分支路裝置。在具有諧波源的母線上，安裝濾波電容器組的無(wú)功功率補(bǔ)償，大部分諧波電流都流向?yàn)V波器，可吸收80%～90%諧波量，只有10%～20%的諧波量注入到上級(jí)電網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電壓很小。（2）調(diào)諧無(wú)功補(bǔ)償。在沒(méi)有諧波量限制的地方，可以使用調(diào)諧式電容器組，典型的調(diào)諧頻率是204 Hz和189 Hz，分別與6%的電抗器和7%的電抗器相對(duì)應(yīng)。與使用6%的電抗器相比，7%的電抗器通常允許連接更多的非線性負(fù)載。此種情況下，諧波的主要成分都注入到上級(jí)電網(wǎng)中去。所需的段數(shù)則取決于負(fù)載功率因數(shù)和目標(biāo)功率因數(shù)。（3）實(shí)例。對(duì)于一個(gè)設(shè)有10kV高壓配電所的企業(yè)，對(duì)其中某個(gè)變壓器系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮其設(shè)備的諧波污染度，妥善的辦法是讓諧波源的變壓器系統(tǒng)在低壓側(cè)對(duì)本地的諧波進(jìn)行吸收，這樣，也可保證全廠的配電安全和配電質(zhì)量。因此，合理的設(shè)計(jì)模式就是采用變壓器低壓側(cè)濾波無(wú)功功率補(bǔ)償，設(shè)計(jì)中主要的程序如下：一是計(jì)算出變壓器低壓側(cè)無(wú)功功率最大變動(dòng)范圍，按最大無(wú)功負(fù)荷配置無(wú)源濾波器的總功率（基波補(bǔ)償功率）。二是估算出低壓側(cè)各次諧波的可能最大諧波電流，主要為5次、7次及11次諧波電流值。三是按各次諧波電流大小，確定電容器是否需要串聯(lián)電抗器。四是將無(wú)功功率也按各次諧波電流相對(duì)大小分配在各次的單調(diào)諧濾波器上。實(shí)際安裝投入使用后，諧波源所產(chǎn)生的諧波在變壓器的低壓側(cè)被有效吸收，諧波電壓畸變值只存在于非常低的范圍內(nèi)，不僅改善了低壓側(cè)的諧波和功率因數(shù)，也改善了全廠高壓側(cè)的諧波和功率因數(shù)。

目前，濾波無(wú)功功率補(bǔ)償產(chǎn)品有眾多品牌，高端產(chǎn)品有FRAKO等，擁有多種類型和組合形式可供選擇，F(xiàn)RAKO甚至提供組裝成型并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試的低壓調(diào)諧電容補(bǔ)償模塊，可根據(jù)諧波次數(shù)、功率因數(shù)等參數(shù)選擇直接安裝在低壓配電系統(tǒng)中，在諧波治理，改善供電質(zhì)量中，具有較好的效果。