工廠諧波治理及其節(jié)能量審核

顏偉慶

摘 要：有源濾波跟無源濾波各有各自的優(yōu)缺點，在實際的場合中，要充分地分析現(xiàn)場以及設(shè)備運行工況，再決定用哪一種諧波治理方式。一般可以根據(jù)工廠的用能設(shè)備或者改造的設(shè)備的類型、數(shù)量和容量來判斷是否使用濾波裝置以及選擇哪一種合適的濾波方式。

關(guān)鍵詞：有源濾波；無源濾波；節(jié)能量審核

中圖分類號：TM71 文獻標(biāo)識碼：A

0.引言

節(jié)能減排已經(jīng)成為了我國一項長期基本國策。在政府財政補助、技術(shù)推廣、稅收優(yōu)惠等鼓勵政策的引導(dǎo)下，很多企業(yè)在工廠節(jié)能技術(shù)改造中取得了很大的成績，完成了政府下達的節(jié)能量指標(biāo)。其中比較常見的節(jié)能技術(shù)改造包括：電機系統(tǒng)節(jié)能變頻改造；注塑機伺服電機節(jié)能改造；空氣源熱泵替代燃油鍋爐；冷凝水回收節(jié)能改造；LED燈具綠色照明改造等等。

在供用電系統(tǒng)中，通常希望交流電壓和交流電流呈正弦波，可是當(dāng)正弦電壓施加在非線性電路上時，電流就變成非正弦波。比如電路中電力電子整流設(shè)備的投入使用，這個時候電壓和電流就呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，電路中就出現(xiàn)了無功跟諧波污染。在工業(yè)生產(chǎn)中，這種污染是普遍存在的。諧波污染帶來很多危害：產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩致使電動機振動，影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機壽命；使電機、變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗而過熱，浪費電能并加速絕緣老化，甚至發(fā)生故障及燒毀；使計量儀表特別是感應(yīng)式電能表、通信設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾等等。

1.有源濾波和無源濾波

目前治理諧波廣泛使用的裝置是有源濾波器APF、無源濾波器PF和混合型有源濾波器HAPF。

無源濾波器跟有源濾波器相比各有優(yōu)缺點，首先無源濾波器可能因為超載而損壞；有源濾波器無損壞之危險，諧波量大于補償能力時，僅發(fā)生補償效果不足而已。其次無源濾波器諧振點偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。第三，無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重，存在諧波放大和共振的危險；而有源濾波不受影響。第四，無源濾波器補償效果隨著負(fù)載的變化而變化；有源濾波器則可以根據(jù)負(fù)載調(diào)整電流源的輸出，補償效果不受負(fù)載變化影響。但是無源濾波器其工程造價較低，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠性高、運行費用低、可同時提供無功補償?shù)葍?yōu)點，所以無源濾波器至今仍是運用最多的方法。

2.諧波治理在實際場合中的運用

有源濾波跟無源濾波各有各自的優(yōu)缺點，在實際的場合中，要充分地分析現(xiàn)場以及設(shè)備運行工況，再決定用哪一種諧波治理方式。一般可以根據(jù)工廠的用能設(shè)備或者改造的設(shè)備的類型、數(shù)量和容量來判斷是否使用濾波裝置以及選擇哪一種合適的濾波方式。以下通過幾個案例談?wù)動性礊V波跟無源濾波在實際場合中的運用：

（1）綠色照明改造項目。廈門翔邦高分子有限公司開展綠色照明節(jié)能改造，節(jié)能燈具更換為LED燈具。由于LED燈是使用直流電源的，所以其需要配套的整流設(shè)備，整流器就會產(chǎn)生諧波。工廠中使用的燈具數(shù)量眾多，就會產(chǎn)生足以影響電能質(zhì)量的諧波。廈門翔邦高分子有限公司做完LED燈具改造以后，諧波污染影響到了廠內(nèi)高精度設(shè)備的使用，之后又找了有資質(zhì)的公司做了諧波治理和無功補償。LED燈具的整流器其主要產(chǎn)生的諧波污染是3、5、7次諧波，諧波固定，并且改造造價不高，所以宜采用無源濾波器。

LED燈具改造的另一個案例是一家合同能源管理公司給廈門夏紡紡織有限公司做的綠色照明改造，改造內(nèi)容主要是LED燈具替代節(jié)能燈。其找的是資質(zhì)好的節(jié)能改造公司，在改造同時進行了諧波污染的治理，所以沒有受到諧波污染影響的困擾。

（2）廈門長天企業(yè)有限公司對鼓風(fēng)機、離心機、循環(huán)水泵等104臺電機進行變頻改造，總功率3051kW，改造后電耗大幅下降。這些大功率電機變頻器變頻啟動時會使用到軟啟動器（可控硅電機啟動器），軟啟動器是非線性負(fù)載，啟動過程中主要產(chǎn)生5、7次諧波；大功率電機是屬于三相設(shè)備，使用三相電源，由于在制作過程中定子跟轉(zhuǎn)子的分布以及繞線，沒辦法做到天衣無縫，再加上設(shè)備老化等原因，所以三相設(shè)備在使用過程中也會產(chǎn)生5、7、11、13次諧波。這些變頻電機主要產(chǎn)生的都是固定的諧波，所以采用無源濾波器，改造公司在進行變頻改造的同時也進行了諧波污染的治理。

（3）廈門廈工機械股份有限公司的諧波治理。廈門廈工機械股份有限公司的主要產(chǎn)品是裝載機、挖掘機跟叉車，在生產(chǎn)過程中大量使用電焊機、點焊機等快速變化型負(fù)載，會產(chǎn)生大量的諧波污染和浪涌，快速的無功功率變化和三相負(fù)荷不平衡等現(xiàn)象，反饋回電網(wǎng)，造成電能質(zhì)量的不穩(wěn)定，并嚴(yán)重威脅其他設(shè)備的工作。公司的結(jié)構(gòu)一車間進行節(jié)電改造，投入25萬元，在電力開關(guān)上裝設(shè)節(jié)電保護器以監(jiān)視諧波、浪涌，并加以吸收利用提高電力設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，工廠經(jīng)過檢測，年節(jié)能量達到8%。取得效果后公司陸續(xù)對其他車間進行改造。

對于電焊機、點焊機等快速變化負(fù)載進行濾波和功率因數(shù)補償，可以采用晶閘管投切的快速補償濾波裝置，如果經(jīng)濟條件容許，最好采用有源電力濾波或者補償裝置（SVG、APF）。有源濾波補償裝置效果會更好，但價格比電容補償濾波要貴上幾倍。廈門廈工機械股份有限公司的諧波治理改造工程，因為其改造后節(jié)能量大，取得較好的經(jīng)濟效益，并且其產(chǎn)生的諧波變化大，治理要求高，所以宜采用有源濾波器。

3.諧波治理的節(jié)能量認(rèn)定

3.1 廣義上的諧波治理的節(jié)能量

廣義上來講，諧波治理的作用是提高電能質(zhì)量，企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量受電能質(zhì)量的影響，電能質(zhì)量越好，企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的次品率就越低，同時對電網(wǎng)的沖擊小，不會影響到電網(wǎng)上其他精密的用電設(shè)備的正常使用以及繼電保護設(shè)備的正常工作，正常通信。就效果上講，首先產(chǎn)品的次品率越低，因為生產(chǎn)次品也是需要能耗的，所以就越節(jié)能；其次設(shè)備的使用壽命延長，也是一種節(jié)能；第三在傳輸效率和通信效率上也可以產(chǎn)生節(jié)能量等等。但是這個過程中所節(jié)省的能源是無法估計的，所以我們一般不認(rèn)定廣義上的諧波治理節(jié)能效果的節(jié)能量。

3.2 諧波治理改造項目的節(jié)能量認(rèn)定

現(xiàn)在有些做無功補償和諧波治理的公司會通過安裝電能表來計量改造之前跟之后的能耗數(shù)據(jù)來證明是否有節(jié)能的效果，因為影響的因素很多，所以這個節(jié)能效果的確認(rèn)，主要還是靠企業(yè)跟節(jié)能改造服務(wù)公司自己去協(xié)商解決這個問題的。但是通過檢測發(fā)現(xiàn)諧波改造項目中能取得節(jié)能量，并且達到財政獎勵的標(biāo)準(zhǔn)的比較少，所以沒有評選過單獨的諧波治理的節(jié)能示范工程項目。

也有些節(jié)能改造服務(wù)公司是通過采用一系列的綜合措施來實現(xiàn)節(jié)能改造的，諧波治理只是其中的一環(huán)，還包括提高功率因數(shù)、大數(shù)據(jù)管理、自動化管理、治理瞬流、浪涌沖擊、三相不平衡等等，其節(jié)能量的計算是整個改造工程的節(jié)能量，不是計算單獨的諧波治理取得的節(jié)能量。這種改造方式的節(jié)能量認(rèn)定還是要通過實地檢測，收集數(shù)據(jù)，最終由企業(yè)和節(jié)能改造服務(wù)公司一起確認(rèn)節(jié)能量，然后再由專家組來對節(jié)能量進行判定。

結(jié)論

不是說諧波治理的改造節(jié)能量不大就可以忽略的，因為諧波帶來的危害是巨大的。諧波的污染，可以和功率因數(shù)、浪涌沖擊、三相不平衡等等一起綜合治理，提高電能的質(zhì)量，保證設(shè)備正常運行，延長設(shè)備的使用壽命，其取得的效益不是單單用節(jié)能量可以衡量的。

參考文獻

[1]孟昭利.企業(yè)能源審計方法（第二版）[M].北京.清華大學(xué)出版社，2002.

[2]王兆安，劉進軍，王躍，等.諧波抑制和無功功率補償（第三版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

[3]張選正，徐智林，張金遠.諧波治理與無功補償技術(shù)問答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.