辦公建筑供配電系統(tǒng)諧波抑制措施及效益分析

馮大旋

摘要：本文就辦公建筑供配電系統(tǒng)諧波抑制措施及效益進(jìn)行了分析，簡(jiǎn)述了諧波的抑制，通過結(jié)合具體的實(shí)際工程，對(duì)諧波的抑制措施作了系統(tǒng)的分析，并詳細(xì)闡述了節(jié)能的效益，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：供配電系統(tǒng)；諧波；抑制措施；效益

近年來，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展工業(yè)化和自動(dòng)化程度迅速，供配電系統(tǒng)非線性設(shè)備和負(fù)荷的使用，使諧波的產(chǎn)生巨大的溫床，諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾愈加嚴(yán)重，電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。所謂的諧波，會(huì)使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀，對(duì)供配電系統(tǒng)具有嚴(yán)重的破壞性。因此，采取必要的措施對(duì)諧波進(jìn)行抑制對(duì)保障供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行尤為重要。本文就辦公建筑供配電系統(tǒng)諧波抑制措施及效益進(jìn)行了分析，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

1 諧波的抑制

采用并聯(lián)電容器、回路串聯(lián)電抗器的非調(diào)諧補(bǔ)償濾波方案，可以避免主要諧波源被放大，使并聯(lián)電容器端子電壓提高，補(bǔ)償容量相應(yīng)降低，系統(tǒng)的功率因數(shù)得以提高。

2 實(shí)例分析

2.1 系統(tǒng)概況

某辦公建筑低壓配電室1#變壓器、2#變壓器容量均為1600kV·A。所帶負(fù)載主要有照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、風(fēng)機(jī)及水泵等。由于使用了變頻器、整流設(shè)備等非線性負(fù)載，使得系統(tǒng)中存在諧波污染。

由于原配電系統(tǒng)中使用的是純電容無功補(bǔ)償裝置，當(dāng)補(bǔ)償回路投入運(yùn)行后往往會(huì)放大系統(tǒng)諧波，加劇配電系統(tǒng)的諧波污染，使整個(gè)配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量下降。為保障配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的安全運(yùn)行，原系統(tǒng)中的純電容無功補(bǔ)償裝置停止使用，避免了放大系統(tǒng)諧波，但會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)下降，電能質(zhì)量不高等不利因素。

2.2 改造方案

根據(jù)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的綜合分析，針對(duì)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行升級(jí)改造，采用電容器串聯(lián)14%電抗器（14%電抗器的調(diào)諧頻率為134Hz，小于150Hz）的非調(diào)諧補(bǔ)償濾波方案，可以防止諧波放大和有效抑制諧波污染，并能安全可靠地提供無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少系統(tǒng)諧波污染，整體提升低壓配電系統(tǒng)的可靠性和用電效率。

2.3 改造效果分析

（1）純電容補(bǔ)償諧波放大分析

改造前系統(tǒng)采用純電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，純電容補(bǔ)償裝置投入后會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的諧波含量進(jìn)行放大，甚至發(fā)生并聯(lián)諧振。

以1#變壓器為例對(duì)系統(tǒng)中純電容補(bǔ)償造成的諧波危害進(jìn)行仿真分析。其中變壓器容量：1600kV·A，諧波含量：3次，45A；5次，55A；7次，50A。純電容單路投入容量：30kvar，分12路投入共計(jì)補(bǔ)償容量：360kvar。

通過得知，當(dāng)系統(tǒng)純電容無功補(bǔ)償裝置投入到第7路時(shí)，7次諧波被嚴(yán)重放大，諧波電流從50A放大到103A，放大2倍。當(dāng)投入到12路時(shí)，系統(tǒng)諧波電流放大最為嚴(yán)重，高達(dá)424A，放大8倍，而系統(tǒng)基波電流才為520A，諧波電流含量嚴(yán)重超高。

（2）1#變壓器改造效果分析

為避免系統(tǒng)內(nèi)3次諧波電流被放大，選用電容器串聯(lián)14%電抗器的非調(diào)諧補(bǔ)償濾波方案進(jìn)行無功補(bǔ)償，則并聯(lián)電容器端子電壓為465V。由于補(bǔ)償容量Q∝US2/UR2（其中US為母線電壓；UR為電容器額定電壓），因此Q值相應(yīng)降低，實(shí)際調(diào)諧補(bǔ)償容量為291kvar。

改造后系統(tǒng)中3次、5次及7次諧波含量均較低，方案起到抑制諧波作用。非調(diào)諧補(bǔ)償濾波回路投入運(yùn)行后，系統(tǒng)功率因數(shù)得到顯著提高，從改造前的0.88上升到改造后的0.93，可以節(jié)約大量用電成本。

（3）2#變壓器改造效果分析

2#變壓器經(jīng)過非調(diào)諧補(bǔ)償濾波改造后，系統(tǒng)功率因數(shù)從投入前的0.62上升到投入后的0.9，同時(shí)諧波電流被有效抑制。

3 節(jié)能效益

采用非調(diào)諧補(bǔ)償濾波方案后，用戶可以得到以下綜合收益。

3.1 直接收益

功率因數(shù)提高，節(jié)約電費(fèi)。

采用非調(diào)諧型無功補(bǔ)償濾波方案后，濾波電抗器可以保護(hù)電容器不受諧波影響，保障電容器的安全可靠運(yùn)行，提高電容器的使用壽命。非調(diào)諧補(bǔ)償濾波裝置的可靠運(yùn)行可以顯著提高配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，正常負(fù)荷情況下，可以保證系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。

按照國(guó)家電網(wǎng)取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)客戶直接收益如下：

以1#變壓器（功率為1600kV·A）為例按節(jié)能效果計(jì)算：

改造前功率因數(shù)cosφ1=0.88；改造后功率因數(shù)：cosφ2=0.93。

電費(fèi)節(jié)約公式為

D=PxTxdx（a1+a2）

式中，a1為在當(dāng)前功率因數(shù)下，增加電費(fèi)系數(shù)，取cosφ1=0.88；a2為投入電容后，減少電費(fèi)系數(shù)，取cosφ2=0.93；P為負(fù)荷有功功率（1600kV·A變壓器）；P1為用電高峰時(shí)段（夏季）功率，700kW；P2為其他時(shí)段功率，400kW；T為年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，7200h（每年按300天取值）；T1用電高峰取3000h，T2其他時(shí)間取4200h；d為每度電費(fèi)，按0.7元/（kW·h）計(jì)算（電價(jià)按峰谷值收取，為方便計(jì)算在此取平均電費(fèi)值）。

則

D1=700kW×3000h×0.7元/（kW·H）×（0.45%+1%）=21315元

D2=400kW×4200h×0.7元/（kW·h）×（0.45%+1%）=17052元

1#變壓器節(jié)約電費(fèi)：D1+D2=38367元

以2#變壓器（1600kV·A）為例按節(jié)能效果計(jì)算：

改造前功率因數(shù)cosφ1=0.62；改造后功率因數(shù)csoφ2=0.9。

電費(fèi)節(jié)約公式為

D=PxTxdx（a1+a2）

式中，a1為在當(dāng)前功率因數(shù)下，增加電費(fèi)系數(shù)，取cosφ1=0.6；a2為投入電容后，減少電費(fèi)系數(shù)，取cosφ2=0.9；P為負(fù)荷有功功率（1600kV·A變壓器），300kW，測(cè)量時(shí)有功功率為240kW（綜合考慮負(fù)載量計(jì)算時(shí)取300kW）；T為年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，7200h（每年按300天取值）；d為每度電費(fèi)，按0.7元/（kW·h）（電價(jià)按峰谷值收取，為方便計(jì)算在此取平均電費(fèi)值）計(jì)算。

則

D=300kW×7200h×0.7元/（kW·h）×（0+19%）=287280元

兩臺(tái)變壓器每年分別節(jié)約電費(fèi)28.7萬元和3.8萬元節(jié)約電費(fèi)，總計(jì)為32.5萬元。

3.2 綜合收益

（1）防止諧波放大，抑制諧波，提高配電系統(tǒng)可靠性。采用非調(diào)諧型無功補(bǔ)償濾波方案可以在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)，防止電容器放大系統(tǒng)諧波，并能有效抑制系統(tǒng)諧波，提高配電系統(tǒng)可靠性。

（2）提高電網(wǎng)質(zhì)量，保證用電設(shè)備安全，提高用電設(shè)備使用壽命。采用非調(diào)諧型無功補(bǔ)償濾波方案可以有效防止純電容補(bǔ)償引起的諧波放大問題，提高用電設(shè)備的可靠性和使用壽命。

（3）提高用電效率，節(jié)約電能。采用非調(diào)諧型無功補(bǔ)償濾波方案不僅可以提高功率因數(shù)，減少無功損耗，而且可以有效抑制系統(tǒng)的諧波污染，全面提高用電效率，實(shí)現(xiàn)電能的節(jié)約。

4 結(jié)束語

綜上所述，供配電系統(tǒng)中的諧波不但危及電網(wǎng)及其他電力用戶而且也危及自身，因此，對(duì)諧波進(jìn)行抑制具有非常重要的意義。對(duì)于諧波的抑制，就需要相關(guān)工作人員認(rèn)真監(jiān)測(cè)諧波，并采取有效的措施對(duì)諧波進(jìn)行抑制，防止諧波帶來的危害，從而保障供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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