摘要：华能福州电厂2#泊位配备两台1250t/h桥式卸船机，于1999年10月份调试完成投入运行。设备运行中出现棘手问题，特别是提升/开闭机构带负载时，PLC工作状态不正常，电源模块损坏；CMS系统的显示屏出现严重的干扰纹；6KV开关柜的操作电源电容爆裂损坏。对上述故障的共同特征，利用示波器对AC220V回路进行监控，发现设备静态时波形为正常50Hz正弦波，机构（提升、开闭、小车）运行时正弦波严重失真，谐波复杂且严重。采用电容补偿和增加隔离变压器后，故障彻底解决，设备至今运行正常。针对电源谐波对港口设备的影响提出自己的看法。
一、谐波的意义
港口及其它工业，使用的电子逆变装置和整流装置容量越来越大，数量也越来越多，大容量非线性负荷设备产生大量高次谐波电流注入电网，造成供电电网波形畸变，降低了电压的质量，威胁着港口及其它工业供电和用电设备的经济运行。基于节能降耗和提高功率因数的需要，研究和分析谐波的危害，采取有效抑制谐波的措施，使之符合国家“公用电网谐波”标准，对港口的安全生产具有重要意义。目前国内外在6kv以上高压电网采用高次谐波滤波器与电容无功补偿技术已日趋成熟并广泛应用于各行业，但在变压器低压侧，即直接在整流电路交流侧进行滤波和无功补偿的极少。由于装卸桥这类港口设备负荷间歇性，而且装卸设备均在前沿，远离高压变电所，若在整流变压器高压侧（如6kv侧）采用高压滤波器设备投资后，前沿低压设备不能抑制谐波，这是很不经济的，不但能量浪费大，而且影响设备的正常运行，因此必须有前沿谐波抑制及动态无功功率补偿设备。
二、谐波的产生
谐波是“电磁污染”，它对电网的电能质量有很大的破坏性。由于非线性特性设备（如变频器、变流器、可控硅等）是由电网工频50Hz平滑正弦波电源经过整流、斩波、逆变、将50Hz正弦波电源转变为从1Hz~100Hz（或更高）的可变频率，或者控制可控硅的开放角，来满足电机调速所需，此刻就产生了谐波。谐波波型是非正弦波，不平滑畸变的谐波影响了电网的质量。
三、谐波的危害
增加了发电、输电、供电及用电设备的附加损耗，使设备过热，从而降低了设备的效率和利用率。电气设备的热损耗会干扰其功能甚至引发故障。另外，谐波可对住处系统产生频率耦合干扰。谐波电压在电动机短路阻抗上产生的谐波电流和电动机负序基波电流I一起使设备产生附加热损耗，并且在电动机起动时容易产生干扰力矩，使起升力矩变小。可能对起重运输设备的升降机构带来影响，造成严重事故。
对变压器的影响。谐波电流使变压器原铜损增加，三次谐波及其倍数次的谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热。对全星型连接的变压器，当绕组中性点接地时，而该侧电网中分布电容较大、或装有中性点接地的并联电容器时，可能形成三次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。
四、无功补偿
1、港口设备未大量使用电力电子元器件产品时，设计施工无功补偿时不存在什么问题，可以按照常规方法设计，成本低。当大量使用变频器、变流器、可控硅和IGBT等功率元器件后存在谐波，不能按照常规方法设计，必须改变设计增加元器件，所以成本增加。现介绍相关参数及无功补偿原理。
2、谐波出现后参数的调整
谐波是污染，它的存在必须考虑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了区别有无谐波的参数，将COSΦ功率因数定义为位移功率因数DPF（因为功率因数是是随着负载的大小变化的）即DPF=COSΦ（位移功率因数）PE（全功率因数）（存在谐波时的有功功率与视在功率的比值）
3、港口设备工况对无功补偿的影响
港口设备工况是重复短时工作制负载，是不规则的短时重复运行。在进行电容投切时，如果不能及时响应会造成该补偿因为延时未投入，而投入时负载已经变化，就会造成电压叠加，使电容器过电压发热产生故障，熔断器被烧毁。重复短时工作制负载的无功补偿，不能及时响应，易产生过补偿和欠补偿。过补偿会造成电网用电设备损坏，欠补偿使功率因数不符合国家标准要求。
5、就地无功补偿及谐波抑制重要性
（1）港口的装卸机械设备负载，不同于其它行业设备负载，基本工作类型为重复短时工作制，启动、制动、正反转非常频繁。电气系统的电流、功率、变化很大，所以功率因数的变化也很大，在进行无功补偿时必须快速投切才能满足工况要求，否则不能可靠运行。近年来电力电子技术的发展，如港口装卸桥等均大量使用交流变频器调速或直流整流调速。调速系统中的逆变器、整流器均会产生大量的高次谐波电流注入电网，造成供电电网波形畸变，降低电源电压质量，从而影响了港口用电设备的安全经济运行。同时，由于负载为重复短时工作制，补偿电容必须快速投切，当投切速度不能满足时发生电压叠加，造成电容器寿命短、易损坏，即谐波影响了无功补偿装置的正常使用。
6、提高功率因数对抑制谐波的经济及安全意义
（1）港口装卸设备，应就地进行无功补偿才能起到效果。例如港口前沿不采取措施时，其功率因数一般为0.75，当通过用电容器并联补偿后提高到0.95，相当于电网供电能力提高了20%。从全国电厂看，即相当于可少建10%的发电厂，这不但减少了热电厂的投资、运输煤炭的投资、环境治理的投资，而且降低了发电本身的损耗，可见经济效果非常显著的。
（2）谐波是电力系统的公害，使港口电力系统中的电机、变压器、补偿电容器等设备以及架空线、电缆、导线产生大量的附加热效应，增加了电网的无功损耗，造成浪费；影响继电器、PLC、变频器、变送器、仪表的正常运行，使通信设备误动，造成危害生产安全。同时，谐波电流会引起公用电网中的局部并联谐振和串联谐振，造成严重事故。所以，抑制谐波对避免人身、设备事故进行安全生产意义重大。
（3）并联电容器补偿和增加隔离变压器。如果只在变电所对高压进行补偿，而不在前沿对低压进行补偿，不能减少线路损耗和改善供电质量，因为功率因数越低，负载改变时，越易引起变压器的电压波动，电压过高过低都会可能损坏用电设备。在高压侧增加隔离变压器直接给控制系统供电，能有效降低设备带载产生谐波对控制系统的影响。可见谐波对港口的经济、安全影响是很大的。
五、结束语
由于电力电子设备的使用，港口工况的工作类型为重复短时工作制，造成谐波出现故障，常规无功功率电容器补偿不能解决谐波危害。我们必须抑制谐波、采用新的设计方案和新技术，达到国家标准的要求。
参考文献：
[1] 《中华人民共和国工程设计标准大全》电热设备电力装置设计规范 GB50056-93和并联电容器装置设计规范 GB50227-95。
[2] 《港口设备安装工程质量检验标准与安装工程技术规范及承包企业资质等级标准认定考核实施手册》港口设备的选型与配置优化分析。
作者简介：
朱丽金，男，主任，工程师，研究方向：电厂输煤控制系统优化配置和智能化管理；工作单位：华能国际电力股份有限公司福州电厂。
论文作者:朱丽金
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
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