摘要：电力系统电能质量关乎系统是否能够安全、经济、可靠运行，随着越来越多的非线性用电设备广泛应用，电能质量也越来越降低。本文就酒钢集团宏兴股份公司焦化厂电能质量进行了检测分析，对谐波产生的原因及危害、无功功率的产生及危害、无功补偿及谐波治理的意义进行了研究。
关键词：谐波；故障；电力系统；对策
前言：酒钢集团宏兴钢铁股份公司焦化厂是一座始建于1970年的老企业，现有六座焦炉（58-Ⅰ型65孔焦炉两座，JN60-6型50孔和60孔焦炉各一座，TJL555OD型55孔捣固焦炉两座），配套两套独立的煤气净化系统，以及精制系统，目前已达到年产焦炭300万吨、年处理加工焦油7.5万吨和轻苯2.5万吨的综合生产能力。主要产品有焦炭、苯类、工业萘、改质沥青、硫铵、硫磺等20余种。焦化厂年生产耗电1.894亿Kwh，焦化厂的用电设备种类较多，风机类、泵类、空压机类、减速机类等一应俱全，通过多年的技术改造，非线性用电设备逐年增多，使电网功率因数下降，高次谐波增多，一些电子原件的故障增多，为此对焦化厂58个低压变电所（电磁站）抽取了3个进行了研究，现将检测的3个变电所数据进行分析。
1 现场电网质量检测
表1 变电所电能质量检测数据
根据表1粗苯变电所2#变现场检测粗苯2#变电压畸变率2.42%，符合国标要求，电流畸变率56.4%，严重超标，电流波形畸变严重，已基本失去正弦波特征，电流有效值247A，5次谐波116A，7次谐波72A，11次谐波17A，谐波电流计算值280A；功率因数0.81，与焦化厂目标值0.95有较大差距，当基波电流在264A时，实测无功功率108kvar。三炼焦干熄焦区3#动力变电压畸变率1.17%，符合国标要求；电流畸变率6.91%，电流波形畸变严重，已基本失去正弦波特征。二炼炼干熄焦区提升机变电压畸变率5.93%，超过国标要求5%；电流畸变率56.5%，电流有效值548A，谐波电流计算值309A；功率因数0.78；实测无功功率275kvar。
2 谐波产生原因及危害
正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变，正弦波形畸变成不规则非正弦波形，对非正弦波进行傅立叶分解，除了基波频率的电量，基波倍频的成分，称为谐波。在工业生产和日常生活中，广泛的使用各种整流功能的电力电子装置都是非线性负载，如直流电机、UPS、变频器、电弧炉、中频炉、机车直流牵引系统、可控硅调光系统、电梯、荧光灯、电脑办公设备、变频空调等。这些非线性负载产生大量谐波电流，注入电网。
对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大。热磁型的断路器，由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低。电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作。
谐波对并联补偿电容器的影响：谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过负荷，损耗功率升高，使电容器异常发热，加速电容器老化。尤其是电容器投入在电压畸变的电网中。谐波的存在使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，加速了绝缘介质的老化，从而缩短电容器的使用寿命。
谐波对供电变压器和电机的影响：谐波电流不但引起变压器和电机绕组附加损耗，也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并且有可能引起局部的严重过热，严重损坏变压器和电机。
谐波对换流装置的影响：交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。
谐波对供电线路及通讯的影响：谐波通过电容耦合、电磁感应和电气传导会感应到通信线路上，可能损害通话的清晰度，触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。
谐波对继电保护和自动装置的影响：谐波对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动和拒动。
谐波对电网的影响：当谐波的频率正好位于电网谐振点附近时，电网将引起不同程度的谐振，原有的谐波水平将被严重放大，从而可能导致非常严重的后果，如设备损坏（如变压器电容器爆炸、电机烧毁等）安全装置大面积误动、电网解列等。
3 无功功率的产生及危害
在具有LC的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。也就是说，无功功率是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
从电气参数的表征来看，只要电流和电压之间存在相位差，电路中就存在无功功率的交换。随着电力电子技术的兴起和广泛使用，各种相控电路和装置同样需要消耗无功功率，如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器等。
无功功率占用电网容量及导线截面积，造成供电线网损耗增大﹑线路压降增大﹑设备容量降低，使配电设备过载﹑过热﹑谐波无功更使电网受到污染，甚至会引起电网振荡等严重事故。
无功功率直接增加了部分企业的电费支出，加大生产成本供配电系统的电能损耗增加，发配电设备的利用率下降，企业的电费支出增加，降低了企业的经济效益。
4 无功补偿及谐波治理的意义和效益
无功和谐波的存在，不仅影响了设备运行的电气环境，也直接关乎着设备的寿命、操作安全以及企业的经济效益。对设备和电网开展无功补偿和谐波治理，对推进新技术应用，提高经济效益，促进生产高效安全，具有十分重大的意义。
提高功率因数：利用容性无功电流实时地抵消负荷产生的感性无功电流，提高电网的功率因数，直接降低了企业的用电成本。
提高供配电系统的利用率：使得电网的视在功率接近于有功功率，提高了电网的供配电能力，也大大降低了供电网络中的线路损耗。
稳定电网电压：可以减小电网电压及变压器二次电压的波动，有利于用电设备在正常电压波动范围内正常运行，也保障着整个电网的安全稳定。
提高运行安全：消除了电网中谐波引起的谐振隐患，避免各种安全自动装置在谐波情况下的误动和设备损坏，从而提高了设备和企业的运行安全。
提高设备寿命：谐波的存在对设备增加了额外的损耗，使其温度上升，工况环境恶化，从而导致这些设备的寿命大幅降低。
减少对电网的污染：从源头上控制住谐波污染，减少整个电网的谐波污染水平，从而保障了全体用电企业的利益。
提高经济效益：可以降低能耗，节约电能，提高生产率，保证产品质量，保持设备正常工作及系统连续供电，维护生产稳定，并可减少建设投资，延长设备使用寿命，从而大力促进经济效益的提高。
结束语：
电力系统的运行是一个系统化的运行过程，随着非线性设备的日益广泛应用，电能的质量越来越污染，波形畸变，它的稳定性、可靠性、安全性直接关系电力系统的安全运行。电力系统电能质量污染原因较为复杂，而且这些原因往往发生后后果都较为严重，因此，要高度重视电力系统电能质量的分析研究，提高对电力系统电能质量的预防工作。
参考文献：
[1]谐波滤波器的应用和技术规范导则.IEEE Std 1531TM -2003》 ----IEEE电力工程协会委员会提出，西安电力电容器研究所2006年1月译
[2]EC 61642 Industrial a.c.networks affected by harmonics - Application of filters and shunt capacitors 受谐波影响的工业交流电网.过滤器和并联电容器的应用。
论文作者:郝会军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/18
标签：谐波论文; 电网论文; 畸变论文; 电流论文; 设备论文; 电压论文; 电能论文; 《电力设备》2017年第16期论文;