【摘要】 文章對諧波國標的可操作性、供電企業(yè)的責任、諧波用戶管理及諧波治理方案的選擇等問題進行了探討，并提出了自己的看法，對電網的諧波治理工作有一定的參考意義。

【關鍵詞】 諧波治理 國標 供電企業(yè)的責任諧波源探討

引言

隨著大量非線性負荷的使用，電網的諧波污染問題日益突出，諧波的主要危害表現為：增加電網及用電設備損耗、危害電氣設備絕緣、影響用電設備的正常運行、降低設備使用壽命、影響電能計量裝置準確計量、導致繼電保護裝置拒動或誤動等。治理諧波污染極具現實意義。諧波治理是系統工程，需供用電雙方共同努力。舟山電網主要諧波源用戶為船舶修造廠及中頻爐企業(yè)，現有百余家造船廠，其中35kV及以上電壓等級供電的船舶修造廠有12家。諧波治理工作隨著這些造船廠的投產同步進行，現就實際工作中遇到的若干問題進行探討。

1 關于國標的可操作性

GB／T14549-93《電能質量公用電網諧波》對公用電網各電壓等級的諧波電壓限值及對用戶的諧波電流指標分配作出了規(guī)定，供電企業(yè)以此為依據控制電網的諧波水平，但在執(zhí)行過程中發(fā)現以下問題。

1.1 用戶i的第h次諧波電流的允許值I_hi算法中相關參數的取值不夠明確

國標規(guī)定：用戶i的第h次諧波電流的允許值：

I_hi＝I_h(S_i/S_t)^1/a

(1)式中：I_h——公共連接點上總的第h次諧波電流允許值；

S_i——第i個用戶的協議用電容量；

S_t——公共連接點的供電設備容量；

α——相位疊加系數。

1.1.1 國標未明確S_t的算法

國標中明確S_k1是取系統最小短路容量，即式(1)中的，h是最小短路容量下的允許值，因此S_i應該按此運行方式下取值才合理。而實際執(zhí)行中，有人用全部供電變壓器容量來計算，也有人按線路最大輸送容量來計算。特別是對于以最高電壓等級接人的用戶更是難以確定S_t，如下例：

CS造船廠是以舟山電網最高電壓等級110kV供電的用戶，供電單線圖如圖1所示。

有以下兩種算法來確定S_t

(1)以ZDl931線最大輸送容量作為S。

(2)以系統最小運行方式下電業(yè)DS變，電業(yè)XS變及CS用戶變主變容量之和作為S_t。

這兩種算法計算出來的S_t肯定不是同一數值，但這兩種算法在對應不同的供電環(huán)境下都是合理的。因諧波源是電流源，無論是電業(yè)DS變，電業(yè)XS變還是CS用戶變的諧波源產生的諧波電流最終都流入A點，如果ZDl93l線最大輸送容量小于最小運行方式下其所接帶變電所的主變容量之和，那么第一種算法較合理，因為在電網運行過程中，線路的實際輸送容量應被有效控制在最大輸送容量以內，故按此算法來確定用戶電流限值就能確保流入A點的所有用戶的諧波電流值不超國標，而按算法二確定的S_t來計算用戶諧波電流限值就顯得要求太嚴，不合理。如果ZDl931線最大輸送容量大于最小運行方式下其所接帶變電所的主變容量之和，即使未來有新變電所接入ZDl931線，都不可能改變此狀況，那么按算法二來確定S_t較合理，而以按算法一確定的S_t來計算用戶諧波電流限值就顯得要求太嚴，將使流入PCC點的總諧波電流永遠大大小于流入PCC點的總諧波電流允許值，造成指標浪費。

以非最高電壓等級接入的用戶，也存在類似問題。如以35kV供電的用戶，有按系統最小運行方式下，上級供電變電所主變容量來確定S_t的，也有按同級變電所母線供電容量即電源進線的輸送容量來確定S_t的。有學者認為應按同級變電所母線供電容量來確定S_i，筆者認為按上級供電變電所主變容量來確定S_t是正確的，而以同級變電所母線供電容量即電源進線的輸送容量確定的S來計算用戶諧波電流限值，會導致對用戶的諧波電流限值過于寬松，最終造成流入PCC點的總諧波電流超國標規(guī)定。如圖2所示。

同樣，也有兩種算法確定S_t。

(1)按系統最小運行方式下電業(yè)PT變主變容量確定S_t。

(2)按PM線最大輸送容量確定S_t。

用戶OH變的諧波電流最終流入電業(yè)PT變的35kV母線，應該按用戶OH變協議用電容量與供電容量即最小運行方式下電業(yè)PT變主變容量之比為基礎計算用戶諧波電流的允許值。設想PM線很短，阻抗可忽略，以致B點與C點短路容量近似相等，PM線輸送容量又很小，在此情況下按方法二來確定S_t，就會導致對用戶OH的諧波電流限值過于寬松，最終造成流入電業(yè)PT變的35kV母線的總諧波電流超國標規(guī)定。

1.1.2 S_i的確定視用戶的供電方式而異

國標中明確S_i是用戶協議用電容量，在實際執(zhí)行中都按供用電合同中約定的用電容量執(zhí)行，這是不合理的，考慮以下兩種情況：

(1)供用電合同中約定的用電容量包括了事故備用的用電容量，而將事故備用的用電容量也計算在用戶協議用電容量內，這是不合理的，對于單電源供電的用戶應該以基本電費計收容量作為S_i，因為供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定，在受電裝置一次側裝有連鎖裝置，互為備用的變壓器(不通過變壓器的高壓電動機)，按可能同時使用的變壓器(高壓電動機)容量之和的最大值計收基本電費。

(2)對于雙電源供電，高壓側分列運行的用戶變，則不能籠統將供用電合同中約定的用電容量作為S，也不能以基本電費計收容量作為S_i，而是需根據其電氣主接線確定S_i。如圖3所示。

確定電源一側的諧波電流限值時應以S₁作為S_i，確定電源二側的諧波電流限值時應以S₂作為S_i。

1.2 國標執(zhí)行不方便

國標中只提出用式(1)對用戶諧波電流作限制。在實際執(zhí)行中，如果對大量小用戶均用此辦法核算，則工作量很大，也不太現實。建議參]NIEC61000-3-6對用戶諧波的限制分三級處理，第1級原則上是以用戶協議容量S_i，和公共連接點的短路容量S_sc之比來判斷。對于中低壓系統，S_i／S_sc≤0.1％時允許接網；對高壓系統，當S_i／S_sc≤0.1％～0.4％時允許接網；第二級限制原則與國標類似，也是基于式(1)的結果。第三級是針對高于一級和二級諧波水平的用戶，需采取必要的濾波措施，以滿足式(1)的要求，在確保諧波電壓不超過規(guī)劃值的前提下，也可適當放寬用戶的諧波限值，特許這樣的用戶接網。

1.3 諧波電流的測量不合理

國標中規(guī)定的用戶諧波電流限值是指用戶諧波源產生流入PCC點的諧波電流值，而目前測量的諧波電流值只是負荷電流中諧波電流的數值，也包含了電網背景諧波電壓在用戶負荷阻抗上產生的諧波電流，這是不合理的。試想純線性負載在電網背景諧波電壓作用下，也會產生諧波電流，但這并非用戶的過錯。合理的測量手段應該能根據諧波有功功率的方向判斷用戶端還是電網端是諧波源，如果h次諧波有功功率是負的，則認為用戶端是諧波源，只測量用戶端諧波源注入系統的諧波電流，剔除電網背景諧波電壓在用戶負荷阻抗上產生的諧波電流，這樣測得的值才是合理的。

目前的國標在可操作性上存在一些問題，應盡快參照IEC相關標準，結合我國實際情況作修改，以利于諧波治理工作的有效開展。

2 關于供電方的責任

《電力法》第四章第28條規(guī)定：“供電企業(yè)應當保證供給用戶的供電質量符合國家標準，對公用供電設施引起的供電質量問題應及時處理。”公用電網諧波污染主要由各類非線性用電設備的諧波電流注入電網引起，一般認為主要的責任在用電方，所謂的供電方責任也只是做好用戶的諧波治理工作，即從源頭上治理諧波。筆者認為治理用戶的諧波固然重要，但絕不能忽視電網自身的諧波管理工作，主要工作包括以下內容。

2.1 做好電網側諧波分析評估，避免并聯電容無功補償裝置對諧波的放大

電網和用戶的電容器組接入電網，均必須保證不對電網原有的各次諧波產生嚴重放大和諧振。電網諧波電壓在電網正常供電的各種運行方式下，當電容器組以各種運行方式投運時，實測諧波電壓放大率不得大于1.5倍，且不得超過國家標準，特別要重視電容補償裝置串聯電抗率的選擇。近年來，新建變電站建設時，通常無功補償設備與其它設備一起設計、投產。新建變電站設計時，缺乏系統背景諧波資料，變電站補償裝置的串聯電抗率都按6％配置，這種配置與有的變電站的實際諧波情況不符，不僅導致電網背景諧波的嚴重放大和諧振，還造成部分電容器損壞。

某電業(yè)變電站經常發(fā)生電容器燒壞事故，經實測，電容器投入運行時，該站10kV母線電壓總諧波畸變率達8.5％，其中3次諧波電壓含有率達7％，當電容器退出運行時，電壓總諧波畸變率仍達6％，其中3次諧波電壓含有率達4.6％，經分析認為大量公共用戶電子產品的用電負荷是電網諧波超標的主要原因，而該站配置6％的串聯電抗器，又導致3次諧波放大。將串聯電抗率按13％進行配置，并對電容器進行改造，增加3次諧波濾波支路，改造后電容器運行良好，且10kV母線電壓總諧波畸變率降至3％。

電抗率選擇時應遵循以下原則：電容器投入后能安全運行，不對電網原有的各次諧波產生嚴重放大，電容器與系統的諧振點須避開系統特征諧波，具體原則是：電網諧波含量較小時配1％以下小電抗，主要為5次及以上諧波(3次諧波很小)時，配4.5％～6％的電抗率，主要為3次及以上(無3次以下)諧波時，配12％～13％的電抗率，也可以考慮配4.5％～6％和12％～13％的電抗率。

對于裝設在配電線路上的分散補償電容器及用戶變裝設的無功補償電容器也應以此為原則配置串聯電抗器，嚴禁無串聯電抗器的電容器投入運行。

接有5000kvar及以上容量無功補償裝置或向諧波源供電的110kV及以上輸變電工程初步設計審查時，應包括諧波審查內容，并以該工程竣工驗收時的實際測量結果為準。

2000kvar及以上容量電容器組施工驗收項目中增加諧波測試項目。測試環(huán)境，應包括電容器組在各種可能運行方式下的組合投運，并應盡可能包括電網正常供電的各種運行方式。測試不合格時不得投運。

2.2 對母線諧波電壓超標的電業(yè)變電站進行諧波污染治理

對諧波電流超標的用戶進行諧波治理后，還有大量諧波電流未超標的用戶源源不斷向系統注入諧波電流，到一定程度后將造成公用電網內諧波電壓超標，如某10kV居民小區(qū)變電所，其380V母線電壓諧波總畸變率達7.7％，供電企業(yè)必須對此采取措施以向廣大用戶提供質量合格的電能。所以，在用戶端進行諧波治理的同時，對母線諧波電壓超標的電業(yè)變電站也進行諧波治理是十分必要的。當前這一問題并未引起足夠重視。

2.3 進行諧波普測并建立諧波在線監(jiān)測平臺

變電所各級電壓母線的諧波電壓畸變率、公用饋線諧波電流含有率、諧波源用戶注入PCC點的諧波電流應定期鍘試，掌握系統特征諧波，既可為電容無功補償裝置設計提供依據，又可及時發(fā)現諧波源用戶?？萍嫉陌l(fā)展使建立諧波在線監(jiān)測平臺成為可能，通過在以上監(jiān)測點安裝電能質量監(jiān)控單元，利用現代通信技術，形成地區(qū)電網諧波在線監(jiān)測網絡，動態(tài)跟蹤電網母線電壓指標及重點用戶注入電網的諧波電流，便于管理部門實時掌握電網諧波變化動態(tài)。

2.4 合理確定諧波源的供電方案，對于大型諧波源改為較大容量的供電點或更高一級電壓供電點供電，增大系統承受諧波的能力。

電網諧波治理工作普遍存在“重用戶，輕電網”現象，供電企業(yè)應本著對廣大電力用戶高度負責的態(tài)度改變此現狀。

3 關于諧波源用戶的管理

(1)對于新裝的諧波源用戶，在工程初步設計時，必須有諧波治理方案設計，把好每個諧波源用戶的初設審查關，諧波源用戶投產時，必須經諧波實測，如實測結果超標，則應責成用戶限期整改，待符合國標要求后方可供電。

(2)對于諧波超標的已入網用戶，根據《供電營業(yè)規(guī)則》第55條規(guī)定“用戶的非線性阻抗特性的用電設備接入電網運行，所注入電網的諧波電流超過GB／T14549-93標準時，用戶必須采取措施予以消除，否則供電企業(yè)可中止對其供電”，要求用戶限期整改，如用戶拒不整改，堅決按規(guī)定程序中止供電。

(3)有的供電企業(yè)在諧波源用戶供電專線上裝設諧波保護裝置，超過規(guī)定的整改期限后，投入保護裝置，一旦用戶注入電網的諧波電流超標，自動跳閘，停止供電，對于這種看似非常有效的辦法，筆者認為不合理也不合法。根據《供電營業(yè)規(guī)則》第66條、67條規(guī)定，除因故中止供電外，供電企業(yè)需對用戶停止供電時，應有嚴格的審批程序，不經通知就實施停電將使供電企業(yè)面臨極大的法律風險。

(4)針對有的諧波源用戶發(fā)現諧波可使電能計量裝置少計電量后，故意不投入濾波裝置的問題，可以在濾波器開關與諧波源設備開關之間裝設連鎖裝置來解決，以實現濾波器與諧波源設備同步投入。

4 關于濾波器的選擇

雖然有源濾波器有很優(yōu)越的濾波性能，無源濾波器確實存在種種不足之處，但無源濾波器的高性價比使用戶在實際選用時，毫不猶豫的選擇了LC無源濾波器。無源濾波器在設計時必須保證以下三點：

(1)LC濾波器回路不會與系統阻抗發(fā)生諧振。

(2)不放大其它次數諧波。

(3)投入運行時不會出現無功過補償。

對于諧波頻譜較豐富的場合，使用無源濾波器往往力不從心，只能使用有源濾波器濾波。如果諧波量又很大時，可以使用無源濾波器和有源濾波器組合方案，主要諧波采用無源濾波器，對其他諧波采用有源濾波器。

5 關于濾波器的裝設地點

大型船舶修造企業(yè)內部供電系統較復雜，其總降壓站自電網受電，二級配電站遍布廠區(qū)，主要諧波源分布在各二級配電站的380V側，有以下兩種諧波治理方案：

(1)只在總降壓站10kV母線安裝濾波器。

(2)在各諧波源供電點就近安裝濾波器分散治理諧波。

方案一的治理結果是使注入PCC點的諧波電流達標，滿足了電力局的要求，但并未治理廠區(qū)內部用電系統的諧波污染，其大量用電設備仍然在遭受諧波污染的危害，并未治本。如某船舶修造廠注入電網PCC點的諧波電流指標已達標，但在廠區(qū)內低壓變頻器供電點上經常出現其它用電設備無法正常運行的現象，后在該配電站安裝了濾波器后問題才解決。方案二才是標本兼治的方案，治理結果不僅能滿足電力局要求，更把廠區(qū)內的用電系統治理成“綠色”系統，使用電設備徹底擺脫諧波公害的危害。但遺憾的是，筆者接觸的絕大多數諧波源用戶都選擇了方案一，認為該方案簡單省事，投入少。究其主要原因是因為諧波污染的危害是隱性的，只要不出現用電設備無法正常使用的情形，用戶就不會主動去治理諧波，基本上是在電力局的要求下，才去治理諧波，而治理的目的也僅僅是為了滿足電力局要求?？磥碇C波知識的宣貫力度還需加強。

6 結束語

本文就電網諧波治理工作中遇到的以下幾方面問題作了探討：

(1)目前的國標可操作性不強，應盡快參照IEC相關標準，結合我國實際情況作修改，以利于諧波治理工作的有效開展。

(2)供電企業(yè)在治理用戶端諧波污染的同時，應同步展開電網側的諧波治理工作，特別注意并聯電容無功補償裝置電抗率的選擇，避免無功補償電容器對諧波的放大，在電壓諧波含量超標的變電所安裝濾波器也是必要的，建立諧波在線監(jiān)測平臺是重要的諧波管理手段。

(3)探討了諧波源用戶的管理，對諧波保護投跳閘問題發(fā)表了自己看法。

(4)對濾波器的選用及治理方案的選擇進行了比較。

7 參考文獻

[1]IEC61000-3-6《中壓和高壓電力系統中畸變負荷發(fā)射限值的評估》1996[S]。

[2]周勝軍，林海雪，并聯電容器裝置的諧波簡化分析與計算[J]供用電，2009，(1)4—9。