关键词：焦化企业；电力系统谐波；危害；抑制措施
引言
本项目首先分析了谐波的危害，根据谐波含量制定焦化企业不同车间谐波治理的策略。并结合工程实际，制定抑制谐波产生的设计原则。
1谐波的危害
1.1对电力变压器的危害
谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量，或者说在选择变压器额定容量时需要考虑留出电网中的谐波含量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大。变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的，随着谐波次数的增加，振动频率在1kHz左右的成分使混杂噪声增加，有时还发出金属声。
1.2对电力电缆的危害
由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。
1.3对电动机的危害
谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。
1.4对弱电系统设备的干扰
对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电磁感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。
1.5影响电力测量的准确性
目前采用的电力测量仪表中有电磁型和感应型，它们受谐波的影响较大，特别是电能表，当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。
1.6干扰通信系统
谐波通过电容祸合、电磁感应、电气传导对通信系统产生干扰，如损害通话清晰度、引起危害过电压等。
2焦化企业谐波治理方案
2.1减少谐波的产生
2.1.1增加换流装置的脉动数
改造换流装置或利用相互间有一定移相角的换流变压器。在目前的技术条件下，大功率的高压变频器采用48脉动及以上的换流装置。优点：可有效地减少谐波含量2.缺点：使装置复杂化3.换流装置容量应相等
2.1.2改善三相不平衡度
从电源电压、线路阻抗、负荷特性等找出三相不平衡原因，加以消除。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
优点：可有效地减少3次谐波的产生，有利于设备的正常用电，较小损耗2.缺点：有时需要使用平衡装置，增加了系统的投资
2.1.3避免电力电容器组对谐波的放大
改变电容器组串联电抗器的参数，或将电容器组的某些支路改为滤波器，或限制电容器组的投入容量。优点：可有效地减小电容器组对谐波的放大并保证电容器组安全运行；缺点：需要专门进行设计。
2.2优化电力系统的配置
2.2.1将非线性负荷布置在系统上端
非线性负荷采用一级配电，直接由负荷中心供电。
优点：可以减小谐波的影响2.对装置的配置和工作方式有一定要求非线性设备与其他设备分开，特别是具有谐波互补性的设备应集中布置。
2.22非线性负荷和敏感负荷由不同的母线供电，或将非线性负荷单独设置一组MCC。
优点：可以减小谐波的影响2.对装置的配置和工作方式有一定要求。
2.2.3变频器、UPS等设备电源侧设置单独的隔离变压器
优点：可以有效地抑制3次谐波；从系统上隔离非线性负荷与其它负荷2.对除3次谐波以外的其它高次谐波抑制物明显效果；增加设备投资
2.3加装谐波抑制设备
对于电网中谐波的抑制主要通过加装谐波抑制设备实现的，目前常用的设备主要有交流滤波装置、电抗器、无源滤波器及有源滤波器等，如表3所示。利用这些设备进行谐波治理的方式主要分三种：集中补偿、部分补偿、就地补偿，根据不同的负载环境和要求，可以选择不同的设备及补偿地点[1]。集中补偿适用于负载类型较多的配电系统，非线性负载数量庞大、分散，并且单台非线性负载谐波含量小，在变电所（配电室）变压器下端配置滤波器，针对整个配电网络的谐波进行综合治理。对于焦化企业可以在10kV配电所或35/10kV变电所变压器的10kV侧加装静止无功补偿装置或无源滤波器进行谐波抑制同时兼具无功补偿的功能。部分补偿适用于非线性负载集中在某几条支路的配电系统。如某几个支路下装有变频器、晶闸管相控装置或UPS等非线性整流装置，为消除这几条支路上的谐波，可在这几条支路的源头的汇总点（即配电箱）安装滤波器，消除危害。对于焦化企业可以在10/0.4kV变电所的低压侧或低压MCC的母线上加装有源滤波器和电容器进行谐波抑制和无功补偿，有源滤波器在进行谐波抑制的同时动态调节系统的无功。就地补偿适用于单台谐波含量较大，且分布较为分散的配电系统。如大功率变频器、晶闸管相控电源、UPS等非线性负载，在负载输入端安装有源滤波器，有针对性的对此支路单独治理。对于焦化企业可以在变频器等设备的电源侧加装滤波器或选配具有滤波模块的变频器。
3实际工程设计中的应用原则
1)抑制谐波应优先考虑通过谐波源设备选型及系统配置上的优化措施，有效地从谐波源头抑制谐波的产生；如选用高脉冲数的整流设备，在变频器的输入端选配专用的电抗器或滤波器模块，减少变频器向电网注入的谐波电流；通过这些方式使谐波含量控制在标准范围内，不需要在系统上另行设置单独的抑制谐波设施。2)当由于设计条件限制，或工程有专门的抑制谐波要求时，可考虑在变压器的低压侧加装滤波设备对谐波进行集中治理；滤波器的容量选择按谐波计算的结果进行选择；建议采用有源滤波器与无源滤波器的混合配置形式。3)低压配电系统的配置，尽量将变频器等非线性负荷与其它负荷分开分组配电，以降低谐波对其它设备的影响；也便于谐波的集中治理。4)对于谐波造成的电磁干扰，设计中应考虑以下技术措施：a)对于功率较大的低压变频器的输出端，应加装配套的电抗器或波滤波器等模块单元，在抑制电压畸变的同时，可以有效降低对周围环境的电磁干扰；同时可延长其输出侧变频电缆的长度允许值。b)变频器室的设置位置，尽量靠近电动机，有条件时控制在100m以内为宜。c)当变频器至电动机之间的电缆长度，在变频电缆的允许范围内时，应选用专门的屏蔽变频电缆；以屏蔽其产生的电磁干扰。d)其它信号电缆，应严格与变频电缆分开敷设，不应并排敷设在同一电缆桥架中。
结语
电力电子设备在给工业自动化控制带来便利的同时，所产生的谐波问题日益严重。我们在进行工厂供配电设计时应优先考虑通过谐波源设备选型及系统配置上的优化措施，有效地从谐波源头抑制谐波的产生，并通过配电方案的优化减少谐波源对用电设备的电磁干扰。在谐波比较集中的供电点，通过加装有源滤波器等进行集中治理，避免对电力系统造成危害。
参考文献
[1]钱照明，叶忠明，董伯藩.谐波抑制技术[J].电力系统自动化，1997（10）：48－54.
论文作者:史建博
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：谐波论文; 滤波器论文; 抑制论文; 设备论文; 变频器论文; 装置论文; 负荷论文; 《中国电业》2019年22期论文;