工廠配電中諧波的處理分析

郝伶

摘要：由于配電過程中產(chǎn)生的諧波直接提升了電力的損耗率，將嚴(yán)重降低工廠的配電質(zhì)量，因此諧波的存在是工廠配電質(zhì)量發(fā)生下降趨勢的主要原因，為此提升配電質(zhì)量、減少諧波產(chǎn)生非常重要。文章針對工廠配電中諧波的處理進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工廠配電；諧波處理；配電過程；電力損耗率；配電質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2016）13-0132-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.063

伴隨先進(jìn)工廠的配電系統(tǒng)在規(guī)模上的擴(kuò)大，滋生了許多不間斷式電源、高低壓的變頻式裝置以及其他設(shè)備等，這些配電設(shè)備提升了我國配電系統(tǒng)在自動化、智能化方面的性能，其中非線性特性為配電系統(tǒng)帶去了較為嚴(yán)重的諧波影響。在日常生活實際中，人類在認(rèn)知諧波問題上主要是其自身在實現(xiàn)配電過程中產(chǎn)生的諸多危害。為此，國家配電網(wǎng)應(yīng)高度且深入地鉆研工廠對諧波問題的處理，以此全面提升工廠內(nèi)部系統(tǒng)中的配電質(zhì)量以及配電設(shè)備運(yùn)行的安全性能。

1 工廠配電過程中諧波的產(chǎn)生機(jī)理

其配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的原因主要是與系統(tǒng)內(nèi)部的大量非線性電量負(fù)荷密切相關(guān)，主要來源于電阻、電容以及電感等元器件，還包括具有高頻性能的電子電力元器件等。針對工廠而言，其硅制整流器和變頻設(shè)備等都含有電弧，而變壓器等內(nèi)部鐵芯由于具有相應(yīng)的磁飽和、暫態(tài)放電等工作特性，致使配電系統(tǒng)增加了諧波產(chǎn)生率。因此，在該運(yùn)行狀態(tài)下，必然使設(shè)備的電流工作波形為正弦以及其諧波頻率是基波頻率的整數(shù)倍等。諧波不僅威脅了工廠的配電質(zhì)量，還提升了其輸電線路在功率方面的損耗率，進(jìn)而致使配電系統(tǒng)應(yīng)用的儀表在測量環(huán)節(jié)中產(chǎn)生誤差，使工作電機(jī)產(chǎn)生過多額外的熱量，影響了配電設(shè)備的正常使用年限。

2 諧波在工廠實現(xiàn)配電過程中的主要危害

基于諧波在工廠配電實現(xiàn)過程中的嚴(yán)重危害性，干擾了輸電線路安裝保護(hù)、測度等。在配電設(shè)備中安裝的電磁繼電器元器件等，來自諧波干擾致使配電設(shè)備出現(xiàn)誤動、拒動，因而突顯了諧波干擾對工廠配電系統(tǒng)內(nèi)部的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅，同時對變壓器設(shè)備的危害是損耗了銅元件、鐵元件等自身使用壽命。然而，諧波的噪音會影響工廠周邊環(huán)境，進(jìn)而還會干擾工作者正常工作。此外，諧波給設(shè)備帶去過多熱量，嚴(yán)重?fù)p壞了設(shè)備，加速了其老化速度。諧波又影響了電能表在測量中的精準(zhǔn)度，導(dǎo)致其測量結(jié)果的混亂。然而，其諧波最嚴(yán)重的危害是威脅人類健康，通過刺激人體細(xì)胞致使心臟、大腦等遭受嚴(yán)重危害。

3 對諧波處理方法的具體分析

根據(jù)當(dāng)前電力運(yùn)行形勢分析，其工廠配電的系統(tǒng)在處理諧波問題時應(yīng)從多途徑展開分析，通過控制諧波的高低產(chǎn)生源、優(yōu)化與完善配電內(nèi)部系統(tǒng)、加裝抑制諧波的相關(guān)裝置三方面落實；從原理展開分析，可將其分為主動型、被動型兩種，其中主動型是在設(shè)計原理上不會產(chǎn)生諧波的變流配電設(shè)備，然而被動型則在當(dāng)前配電系統(tǒng)的內(nèi)部空間上加裝能夠濾除諧波的處理裝置，因此綜合處理方法的分析包含以下兩點：

3.1 提升其配電內(nèi)部的系統(tǒng)功率

3.1.1 運(yùn)用提升自然功率法。所謂的自然功率法主要是在配電系統(tǒng)的籌劃與構(gòu)建前夕，在源頭上考慮運(yùn)用無功功率，進(jìn)而提升自然功率。因此，要求工廠的配電系統(tǒng)在籌劃、設(shè)計的過程中，需進(jìn)行嚴(yán)格的配電實況考察，并要做好與之對應(yīng)的配電容量分析等。還應(yīng)綜合工廠配電的系統(tǒng)擴(kuò)容、擴(kuò)建等方面，以此避免由于設(shè)備的大功率消耗、高頻運(yùn)行等問題帶來的不良影響，最大程度地實現(xiàn)自動控制的配電工作指標(biāo)。

3.1.2 加裝一些無功補(bǔ)償?shù)奶幚硌b置。雖然運(yùn)用自然功率提升法在源頭上大大提升了配電系統(tǒng)內(nèi)部的功率，但是配電系統(tǒng)內(nèi)部的配電質(zhì)量有待完善，這需在其內(nèi)部空間上加裝一些具有無功補(bǔ)償性能的處理裝置。針對系統(tǒng)內(nèi)部的負(fù)載集中區(qū)，通常在理論上運(yùn)用并聯(lián)式的電容法去實現(xiàn)快速無功補(bǔ)償?shù)墓ぷ?，以此高效降低該?fù)載集中區(qū)在不斷交換能量同時所產(chǎn)生的一些無功功率，同時還能穩(wěn)定配電系統(tǒng)的內(nèi)部電壓。其諧波補(bǔ)償具體措施有三種：個別補(bǔ)償，針對鋼鐵廠或是機(jī)械廠一類需大功率配電的部分工廠，必然會運(yùn)用大功率的電機(jī)設(shè)備去實現(xiàn)配電工作，而這些大型設(shè)備會在工作中產(chǎn)生大量的無功功率，因此必須通過個別補(bǔ)償?shù)奶幚矸绞饺崿F(xiàn)系統(tǒng)功率的提升規(guī)劃，其加裝一些單機(jī)式的無功、電容補(bǔ)償裝置是最佳選擇；分組補(bǔ)償，該措施是當(dāng)前眾多工廠實現(xiàn)安全配電的常用方式之一。它主要先把線路分支，而后根據(jù)分支采取分組實現(xiàn)補(bǔ)償。在該種方式之下能把無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備有針對性地安裝在線路的前端，提升了線路的整體運(yùn)行功率，進(jìn)一步實現(xiàn)了高效率補(bǔ)償；集中補(bǔ)償，該種方法比較適用于較大型的工廠降壓、變電所當(dāng)中，主要對高低壓的母線進(jìn)行集中式補(bǔ)償。通過加裝動態(tài)、無功式補(bǔ)償處理裝置，全面提升工廠配電的總

質(zhì)量。

3.2 運(yùn)用諧波抑制的良好措施

3.2.1 被動抑制的處理技術(shù)。該種被動抑制的處理技術(shù)實現(xiàn)抑制有三種方法：

通過加裝一個無源的濾波器，由于該濾波器具有較低成本的特點，因此其是補(bǔ)償方法中最普遍的一種。它通過R、C、L等進(jìn)行組合形成并聯(lián)且低阻的電力通路，并把C、L以并聯(lián)方式接入對應(yīng)整流器元件的輸入端。運(yùn)用C元件維護(hù)直流電壓的穩(wěn)定性，運(yùn)用L元件降低脈沖

直流。

通過加裝一個有源的濾波器，將其加裝在與諧振頻率的周邊，進(jìn)而將其等效成為一個并聯(lián)電力網(wǎng)絡(luò)且具有無窮大的導(dǎo)納。其中有源的濾波器在結(jié)構(gòu)上包含一個交流逆變橋和一個直流逆變橋，和一個諧波同時接入電路中。與此同時，電力有源的濾波器并聯(lián)連接是運(yùn)用能夠產(chǎn)生相反電流負(fù)載的諧波，去起到抑制并消除諧波的良好電力作用。因此，它相當(dāng)適合于L型的負(fù)荷諧波實現(xiàn)濾除工作。縱觀現(xiàn)今的電力市場做出理性分析，其技術(shù)已經(jīng)走向成熟軌道，尤其是在工廠的配電方面普及應(yīng)用。但是由于其有源的濾波裝置自身具有強(qiáng)大的容量，因此該濾波裝置的選用涉及了較高費(fèi)用。然而串聯(lián)方式有源的濾波裝置是運(yùn)用能夠產(chǎn)生相反電壓負(fù)載的諧波進(jìn)而被動抑制了諧波，因此該種裝置主要用于與C式二極管的相應(yīng)整流回路當(dāng)中，同時就也展現(xiàn)了其應(yīng)用的限

制性。

通過加裝一些混合式的濾波器，其具有多種組合的可行性方案。方案主要有：（1）并聯(lián)APF、PF；（2）串聯(lián)APF、并聯(lián)PF；（3）APF、PF雙重串聯(lián)共同接入系統(tǒng)；（4）APF的串聯(lián)、并聯(lián)方式進(jìn)行混合。基于APF在實現(xiàn)濾波工作時的靈活性、良好的控制塑性、響應(yīng)度等，有力避免了來自系統(tǒng)內(nèi)阻抗的相對干擾。故濾波裝置的多種混合方式具有較強(qiáng)的應(yīng)用和動態(tài)補(bǔ)償?shù)哪芰?，但其高昂的配置造價、價值較大的系統(tǒng)損耗等缺點，相對制約了該濾波器在配電系統(tǒng)中的大量應(yīng)用。而后伴隨半導(dǎo)體在技術(shù)上的飛躍以及對IGBT的擴(kuò)用，滋長了該濾波器的應(yīng)用與發(fā)展火焰，并為其發(fā)展前景提供了有利條件。

3.2.2 主動抑制的處理技術(shù)。該種處理技術(shù)與被動抑制進(jìn)行對比，其主動抑制的處理技術(shù)應(yīng)用了較多大功率的電力、電子元器件，其中包括多脈動的整流、多電平、變流技術(shù)以及脈寬的調(diào)制技術(shù)。多脈動的整流主要分為12、24兩種脈動去降低諧波的電流；多電平、變流技術(shù)疊加了方波電壓、電流波形，進(jìn)而使內(nèi)部電壓、電流能夠接近正弦值，以便達(dá)到調(diào)整為理想波形目的；脈寬的調(diào)制技術(shù)依附于傅里葉的級數(shù)理論，通過控制輸出波形的變換時間實現(xiàn)了諧波、基波的轉(zhuǎn)換。

4 針對工廠配電產(chǎn)生諧波進(jìn)行處理的切實意義

由于諧波危害的嚴(yán)重性，致使對諧波問題進(jìn)行處理已經(jīng)成為工廠配電工安全落實的重點內(nèi)容。當(dāng)配電系統(tǒng)產(chǎn)生非線性的配電負(fù)荷時，其配電設(shè)備以及負(fù)荷在實現(xiàn)電量傳遞、變換、吸收等過程中提供的有限基波能量時，將部分能量轉(zhuǎn)換成諧波相應(yīng)能量，進(jìn)而向配電系統(tǒng)輸送較多量的諧波。其諧波的存在降低了配電廠生產(chǎn)的電能在傳輸過程中的使用效率，使設(shè)備在過熱運(yùn)行、振動以及噪聲情況下，絕緣部位出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，縮短了使用周期，進(jìn)而引發(fā)配電事故等。因此，為了工廠實現(xiàn)安全配電的工作目標(biāo)和從確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行等多角度分析，對配電產(chǎn)生的諧波實施有針對性、合理性的處理，將諧波危害降至最低，控制在有限范圍內(nèi)，有利于為工廠的配電系統(tǒng)提供高質(zhì)量的運(yùn)行環(huán)境。該處理工作是目前電廠配電工作的首要任務(wù)，其處理工作的落實在電力工作中具有重要影響意義。

5 結(jié)語

我國當(dāng)前社會用電趨勢向高效率、高質(zhì)量方向穩(wěn)定發(fā)展，故此提升了對配電過程中諧波問題處理的重視度。通過了解諧波給人類、配電系統(tǒng)帶來的諸多危害以及來源等，相繼提出了有效的處理方法。將新型的電子元器件推廣至配電系統(tǒng)的抑制諧波裝置中，以此增強(qiáng)其系統(tǒng)內(nèi)部非線性、復(fù)雜性。通過積極落實處理諧波工作，大大提升了配電系統(tǒng)的電能充分運(yùn)用效率。只有持續(xù)完善工廠的配電質(zhì)量，才能使電力事業(yè)為社會提供更好的配電服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]譚海田.工廠配電中諧波的處理[J].電工研究，

2013，10（16）.

[2]張勇.配電網(wǎng)中的諧波分析及治理[J].信息通信，

2014，12（6）.

[3]王竹南.配電網(wǎng)中的諧波及治理[J].中國高新技術(shù)企

業(yè)，2014，9（3）.

[4]安紅艷.配電網(wǎng)中諧波的處理[J].科技信息，2012，

10（47）.

[5]鄒運(yùn).工廠供配電系統(tǒng)的諧波治理[J].華東科技，

2015，5（28）.

[6]梁國文.工廠配電系統(tǒng)諧波治理方案設(shè)計[J].理論研

究，2010，10（9）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）