東莞地區(qū)諧波源測(cè)試分析

謝培成

摘 要：為掌握東莞地區(qū)諧波源的分布及其影響，文章通過(guò)對(duì)東莞地區(qū)諧波源進(jìn)行分類，對(duì)東莞地區(qū)諧波源用戶進(jìn)行分析，將近幾年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)按照不同的途徑進(jìn)行分析，最終得到東莞地區(qū)污染嚴(yán)重的行業(yè)、掌握東莞地區(qū)諧波污染的程度，形成東莞諧波污染分布圖。

關(guān)鍵詞：諧波源；統(tǒng)計(jì)分析；諧波污染

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）17-0053-04

自2012年至今，每年均開(kāi)展干擾源客戶電能質(zhì)量普查測(cè)試，并形成分析報(bào)告。通過(guò)開(kāi)展本地區(qū)本年度電能質(zhì)量干擾源用戶的完整工況周期的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，記錄統(tǒng)計(jì)該用戶的各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)及其他相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，較好地掌握了本地區(qū)供電電能質(zhì)量狀況。項(xiàng)目基于2012～2015年的東莞電網(wǎng)的147條線路的普測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)本地區(qū)主要工業(yè)諧波源的類型、特性以及近年的諧波污染事件，建立了東莞地區(qū)主要工業(yè)諧波源數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了如下分析。

1 諧波源分類

諧波源產(chǎn)生的諧波，與其非線性特性有關(guān)。電力系統(tǒng)的諧波源大致可以分為3類：

①含有鐵磁非線性負(fù)荷的諧波源。如變壓器、電抗器等，其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。這類諧波源在電力系統(tǒng)諧波源中所占比例并不大。

②含有電弧型負(fù)荷的諧波源。如電弧焊機(jī)、電弧爐這種強(qiáng)非線性、沖擊性負(fù)載的負(fù)載。這類諧波源不僅含有奇次諧波，還含有偶次諧波。

③含有半導(dǎo)體非線性元件的諧波源。隨著整流技術(shù)的發(fā)展，大量電力電子設(shè)備的投入應(yīng)用，這些裝置在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用，并正在蓬勃發(fā)展。這類諧波源是電力系統(tǒng)中主要的諧波源。

2 東莞地區(qū)工業(yè)諧波源統(tǒng)計(jì)分析

東莞地區(qū)諧波源分屬半異體及集成元器件制造、玻璃及玻璃制品制造、電子生產(chǎn)及加工、鋼鐵、光伏、貨運(yùn)、機(jī)械、金屬工具制造、塑膠、鐵路運(yùn)輸業(yè)、通信、五金、造船及造紙等行業(yè)。企業(yè)用電特征有恒速持續(xù)運(yùn)行工作、反復(fù)短時(shí)工作、持續(xù)運(yùn)行工作及間歇運(yùn)行工作等特點(diǎn)。

負(fù)荷設(shè)備包括注塑機(jī)、沖壓機(jī)，沖孔機(jī)、注射機(jī)、CNC機(jī)、壓編機(jī)，冷卻機(jī)、通信設(shè)備、空壓機(jī)、鉆孔機(jī)、圖形電鍍、內(nèi)層干膜、抽氣電動(dòng)機(jī)、精煉爐、電子制品生產(chǎn)、加工設(shè)備、冰水機(jī)組、涂裝烤爐、數(shù)控機(jī)床、電爐等設(shè)備。設(shè)備負(fù)荷特性包括負(fù)荷基本穩(wěn)定、負(fù)荷時(shí)刻變化、負(fù)荷接近阻性、電流波動(dòng)大等情況。

對(duì)東莞199條專線用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得的信息，見(jiàn)表1。

3 東莞地區(qū)諧波源測(cè)試分析

3.1 按用戶類型分析

2012年至2015年共測(cè)量147條干擾源用戶線路，其中屬于電子行業(yè)的有77條線路，屬于五金加工業(yè)的有17條線路，屬于其他制造加工業(yè)的有35條線路，屬于其他行業(yè)的有18條線路。各行業(yè)諧波超標(biāo)率，如圖1所示。

電子行業(yè)的77條線路中，31條線路存在諧波超標(biāo)問(wèn)題，超標(biāo)率為40.3%；五金加工業(yè)的17條線路中，12條線路存在諧波超標(biāo)問(wèn)題，超標(biāo)率為70.6%；其他制造加工業(yè)的35條線路中，19條存在諧波超標(biāo)問(wèn)題，超標(biāo)率為54.3%；其他行業(yè)用戶的18條線路中，9條存在諧波超標(biāo)問(wèn)題，超標(biāo)率為50%。

3.2 按電壓總畸變率（THD）分析

東莞干擾源用戶中，所產(chǎn)生的電壓總畸變率（THD）超過(guò)國(guó)標(biāo)限值的用戶有46條。46條超標(biāo)線路的電壓總畸變率概率值分段統(tǒng)計(jì)圖，如圖2所示。

按國(guó)標(biāo)限值的百分比進(jìn)行分段，分別表示落在國(guó)標(biāo)限值某百分比內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)占總測(cè)試點(diǎn)數(shù)的比例，具體分段方法，見(jiàn)表2。電壓總畸變率概率值分段統(tǒng)計(jì)圖，如圖3所示。

3.3 按電壓諧波含有率分析

2012年至2015年共測(cè)量147條線路，其中59條存在電壓諧波超標(biāo)問(wèn)題，其中57個(gè)用戶僅出現(xiàn)3次電壓諧波超標(biāo)現(xiàn)象，1個(gè)用戶出現(xiàn)2次、3次電壓諧波超標(biāo)現(xiàn)象，1個(gè)用戶出現(xiàn)5次電壓諧波超標(biāo)現(xiàn)象。

電壓諧波超標(biāo)的測(cè)試點(diǎn)各次電壓諧波測(cè)試結(jié)果超標(biāo)分析圖，如圖4所示。

3.4 按電流諧波含有率分析

2012年至2015年共測(cè)量147條線路，其中31條存在電流諧波超標(biāo)問(wèn)題，其中5個(gè)用戶出現(xiàn)3次電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象，29個(gè)用戶出現(xiàn)5次電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象，15個(gè)用戶出現(xiàn)7次電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象，個(gè)別用戶出現(xiàn)4/6/8/9/11/13次電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象。電流諧波超標(biāo)的測(cè)試點(diǎn)各次電流諧波測(cè)試結(jié)果超標(biāo)分析圖，如圖5所示。

3.5 按同一用戶饋線不同時(shí)期分析

2012～2015年共測(cè)量147條線路，其中16條用戶饋線分別在2個(gè)不同時(shí)期對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，下面主要對(duì)同一用戶饋線不同時(shí)期進(jìn)行比較分析。

同一用戶饋線在不同時(shí)期呈現(xiàn)不一樣的諧波規(guī)律，因此可將線路分為以下8類：

Ⅰ類：前后期均符合國(guó)標(biāo)要求，諧波基本保持不變。

Ⅱ類：前后期均不符合國(guó)標(biāo)要求，諧波基本保持不變。

Ⅲ類：前后期均不符合國(guó)標(biāo)要求，諧波呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

Ⅳ類：前后期均不符合國(guó)標(biāo)要求，諧波呈降低趨勢(shì)。

Ⅴ類：前期符合國(guó)標(biāo)要求，后期不符合國(guó)標(biāo)要求，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

Ⅵ類：前期不符合國(guó)標(biāo)要求，后期符合國(guó)標(biāo)要求，呈降低趨勢(shì)。

Ⅶ類：前后期均符合國(guó)標(biāo)要求，諧波呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

Ⅷ類：前后期均符合國(guó)標(biāo)要求，諧波呈降低趨勢(shì)。

對(duì)16條用戶饋線進(jìn)行分類，分類結(jié)果，見(jiàn)表3。

3.6 按同一用戶多回路供電分析

主要對(duì)同一用戶多回路供電進(jìn)行比較分析。2012～2015年共測(cè)量147條線路，其中13個(gè)用戶使用多回路饋線供電，分別對(duì)其多條回路進(jìn)行測(cè)量。這13個(gè)用戶的諧波超標(biāo)情況如下：

①東莞廣澤汽車飾件有限公司兩回線路中F32橋南線發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)；F32橋南線和F13東澤線均發(fā)現(xiàn)電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)、諧波電流值5次和7次測(cè)試值超標(biāo)；

②東莞雷風(fēng)科技有限公司兩回線路中僅F11雷風(fēng)一線發(fā)現(xiàn)電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)；

③東莞南玻工程玻璃有限公司兩回線路中F3南玻丙線和F20南玻丁線均發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)、電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)；F20南玻丁線發(fā)現(xiàn)諧波電流值5次測(cè)試值超標(biāo)；

④東莞市東基實(shí)業(yè)有限公司兩回線路中F1東基甲線和F2東基乙線均發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)、電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)、諧波電流值3次、5次、7次測(cè)試值超標(biāo)；

⑤東莞?jìng)ヒ走_(dá)電子通訊設(shè)備廠兩回線路中僅F35偉易達(dá)Ⅲ線發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)、電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)；

⑥東莞益海嘉里糧油食品工業(yè)有限公司兩回線路中F31益海線和F32益海丙線發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)、電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)；

⑦廣東生益科技股份有限公司兩回線路中F25生益甲線和F30生益丙線均發(fā)現(xiàn)諧波電流值5次測(cè)試值超標(biāo)；F25生益甲線還發(fā)現(xiàn)諧波電流值7次測(cè)試值超標(biāo)；

⑧廣東粵港供水有限公司兩回線路均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)項(xiàng)；

⑨廣東中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司兩回線路中F26中遠(yuǎn)甲線和F27中遠(yuǎn)乙線均發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)、電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)；

⑩華為機(jī)器有限公司三回線路均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)項(xiàng)；

11 精成科技電子（東莞）有限公司兩回線路均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)項(xiàng)；

12 米亞精密金屬科技（東莞）有限公司兩回線路均發(fā)現(xiàn)THD超標(biāo)、電壓諧波含有率3次測(cè)試值超標(biāo)、諧波電流值5次、7次測(cè)試值超標(biāo)；

13 信義超薄玻璃（東莞）有限公司三回線路中僅F2超白甲線發(fā)現(xiàn)諧波電流值5次測(cè)試值超標(biāo)。

3.7 按地區(qū)分析

關(guān)于諧波的測(cè)量指標(biāo)共3個(gè)，分別是諧波電壓總畸變率、各次諧波電壓含有率和各次諧波電流值。對(duì)東莞變電站的諧波污染程度由輕微污染到嚴(yán)重污染依次劃分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)。變電站的諧波污染程度是根據(jù)各個(gè)變電站的線路諧波測(cè)量結(jié)果中，該變電站的測(cè)量線路的諧波指標(biāo)超標(biāo)個(gè)數(shù)的平均值a而定，a的計(jì)算方法如下式：

具體的諧波污染等級(jí)劃分如下：

①當(dāng)某變電站的線路諧波指標(biāo)超標(biāo)個(gè)數(shù)平均值為a=0時(shí)，則諧波污染等級(jí)為“優(yōu)”；

②當(dāng)某變電站的線路諧波指標(biāo)超標(biāo)個(gè)數(shù)平均值為0

③當(dāng)某變電站的線路諧波指標(biāo)超標(biāo)個(gè)數(shù)平均值為1

④當(dāng)某變電站的線路諧波指標(biāo)超標(biāo)個(gè)數(shù)平均值為2

根據(jù)2012年12月至2015年12月期間對(duì)東莞地區(qū)69座典型變電站的147條線路的諧波測(cè)量結(jié)果，對(duì)69座典型變電站的諧波污染程度由輕微污染到嚴(yán)重污染依次劃分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表4。東莞諧波污染分布圖，如圖6所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合變電站地理位置，繪制了東莞諧波污染分布圖，如圖6。將諧波污染程度由輕微污染到嚴(yán)重污染依次劃分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)，分別用綠、藍(lán)、黃、紅四個(gè)顏色表示。69座典型變電站基本上覆蓋了東莞的所有鎮(zhèn)區(qū)。由每個(gè)鎮(zhèn)區(qū)的若干個(gè)變電站的諧波污染程度，可以對(duì)該地區(qū)的諧波污染情況有大致的了解。

通過(guò)分析可以看出，諧波污染等級(jí)為差的變電站有：大朗鎮(zhèn)的110 kV石廈站、道滘鎮(zhèn)的110 kV道滘站、東城區(qū)的220 kV板橋站、鳳崗鎮(zhèn)的110 kV黃洞站、寮步鎮(zhèn)的220 kV躍立站、麻涌鎮(zhèn)的110 kV麻涌站、中堂鎮(zhèn)的220 kV進(jìn)浦站。這些變電站的諧波污染情況較為嚴(yán)重，需重點(diǎn)關(guān)注。

通過(guò)對(duì)東莞地區(qū)諧波源將近幾年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)按照不同的途徑進(jìn)行分析，得到東莞地區(qū)污染嚴(yán)重的行業(yè)、掌握東莞地區(qū)諧波污染的程度及分布。

參考文獻(xiàn)：

[1] 帕基尼（意）.肖湘寧，陶順，徐永海.電能質(zhì)量手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出 版社，2010.