工业企业电网谐波治理的方法探究.doc

工业企业电网谐波治理的方法探究 　　【摘 要】在上世纪的20年代，电力系统中的谐波问题开始引起学者的关注[1]。随着社会经济的高速发展，电子设备大量增多，导致电网中非线性的负荷也越来越多。大量的谐波开始严重影响到供电电能的品质，从而影响到用户的电气设备和家用电器的安全运行。所以治理谐波污染，对于工业企业、居民用电、供电的可靠性都有至关重要的作用和意义。笔者从事能源利用监测工作以来，在电能质量品质监测方面取得了一些实际操作经验。特别是针对一些谐波产生量比较大的工业企业，根据他们谐波产生的特点进行监测研究，并采取了一定的治理措施，取得了比较明显的改善效果。下文就在能源监测的过程中，对工业企业中的谐波治理方面谈谈一些个人的看法。 　　【关键词】工业企业；谐波；治理 　　1 谐波的概念 　　供电系统的定义是对周期性非正弦波电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。由于比值的不同，一般情况下，我们把谐波分为奇次谐波和偶次谐波，奇次谐波指的是谐波频率与基波频率的倍数为3、5、7、9等奇数，偶次谐波则是指谐波频率与基波频率的倍数为为2、4、6、8等偶数。偶次谐波由于三相系统的对称关系，会被消除掉，而奇次谐波对电网的危害则大于偶次谐波，所以奇次谐波也是谐波治理的关键对象。 　　2 主要谐波源 　　在日常的检测工作中发现工业企业谐波产生量较大的企业有以下几个类型： 　　2.1 冶金行业 　　冶金行业由于大量使用中频感应炉、电弧炉、直流轧钢等设备，所以成为受谐波危害的重灾区。 　　目前温州地区的中频炼钢炉较多，中频炉的容量从0.4吨到10吨，而且大部分中频炉在0.4吨到1.5吨的规模。经笔者单位的检测数据显示，龙湾地区有300多台、乐清、瑞安、永嘉有100多台。这些中频感应炉主要产生5、7次谐波，经估算谐波含量占总电流22%～25%左右，这些中频炉往往分布在经济欠发达地区，这些地区电网系统比较薄弱，供电容量低，影响尤其明显。 　　电弧炉产生的谐波主要为2～7次谐波，电弧炉的容量大，对电网的无功冲击大，负荷变化也非常快，往往给电网造成电压波动大和闪变，严重影响电网的安全运行。 　　直流轧钢时，会产生大量的5、7次谐波污染，而且目前大部分轧机的功率因素很低，一般不到0.6。但由于受到谐波的影响，电容器的效率大打折扣，导致企业内的无功补偿柜的补偿效果达不到电力部门功率因素的要求。 　　2.2 化工整流行业 　　化工企业的大量设备都需要直流供电，所以存在大量的交流转化为直流的整流设备。整流设备会产生5、7次谐波，同时还存在功率因素过低的现象。 　　2.3 变频器使用过多的企业 　　由于目前的变频器通常使用直接和间接两种变频方式，两种变频方式都运用了大量的非线性电子部件。电子部件的脉动电流形成的电压与电网的电压结合会产生谐波污染，经检测，变频器产生的谐波主要为三次谐波，当三次谐波使中线电流大于相电流的时候，会造成中线电缆发热损耗，并带来安全隐患。 　　3 谐波的治理 　　谐波对电网和电气设备都有很大的危害，谐波的治理对于优化用电质量、改善用电环境都有很重要的意义。谐波治理要根据不同行业、不同特点所存在的谐波源使用不同的谐波治理的方法。目前主流的谐波治理的方法有以下几种方式： 　　3.1 变压器采用△/Y或Y/△接法 　　当变压器的绕组按成△/Y时，一次侧励磁电流的三次谐波分量可以通过，主磁通可保持为正弦波而没有三次谐波分量。当变压器的绕组接成Y/△时，一次侧励磁电流中的三次谐波虽然不能通过，在主磁通中产生三次谐波分量，但因二次侧为△接法，三次谐波电动势将在△中产生三次谐波环流，一次没有相应的三次谐波电流与之平衡，故此环流就成为励磁性质的电流。此时变压器的主磁通将由一次侧正弦波的励磁电流和二次侧的环流共同励磁，其效果与△/Y接法时完全一样，因此，主磁通亦为正弦波面没有三次谐波分量，这样三相变压器采用△/Y或Y/△接法后就不会产生因三次谐波涡流而引起的局部发热现象。 　　这种方法是最基本的谐波治理方法，但这种方法只能控制企业内部的3n（n=1、2、3……）次谐波不污染高压电网，并不能有效控制企业内部用电的谐波含量。 　　3.2 提高整流设备的相数 　　如上文所述，化工行业、直流轧钢行业整流设备很多，而整流设备是产生高次谐波的主要设备，如5次、7次谐波。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk（p为整流相数）。当整流相数由p增大时，可以有效的消除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。但整流变压器相数增大时，制造成本会大幅上升，控制和保护难度也相应的增加。