陳 琪(中國建筑設(shè)計(jì)研究院， 北京 100044)

1 諧波的危害

大型可控硅調(diào)光設(shè)備的諧波量較大，而諧波會(huì)引起變壓器、電動(dòng)機(jī)的損耗增加、中性線過熱、載流導(dǎo)體的集膚效應(yīng)加重、功率因數(shù)降低等，諧波對(duì)于控制、通信網(wǎng)絡(luò)、繼電保護(hù)、電能計(jì)量等二次系統(tǒng)及電容器、電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備等一次系統(tǒng)都可能造成影響和危害，故諧波較大時(shí)，建議就地設(shè)置諧波抑制裝置。

一般而言，諧波電壓總畸變率控制在原國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)時(shí)，諧波對(duì)用電設(shè)備的影響雖然已經(jīng)顯現(xiàn)，但不會(huì)造成太大影響，較明顯的影響或危害通常和諧波嚴(yán)重超標(biāo)或出現(xiàn)諧波放大相關(guān)聯(lián)，最明顯的是補(bǔ)償電容器在某些條件下與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，在小諧波源的激發(fā)下，將導(dǎo)致諧波量被嚴(yán)重放大。

諧波的影響一般按三類考慮，即冷影響、熱影響、諧振影響。

冷影響主要是指瞬間、很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的損害，主要是諧波或者合成諧波瞬時(shí)產(chǎn)生的幅值或相位在起作用。這種影響主要是對(duì)繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置等設(shè)備的動(dòng)作產(chǎn)生影響，對(duì)電容器組及絕緣電纜電介質(zhì)的損壞等均屬于此類影響。

熱影響主要是指因發(fā)熱而產(chǎn)生的損害，這種損害有長期性，會(huì)形成積累，主要是諧波或合成諧波的幅值產(chǎn)生的損害。如對(duì)感應(yīng)及同步電機(jī)的影響，對(duì)電容器組的熱效應(yīng)、電度表計(jì)量精度及機(jī)械振動(dòng)的損害等。

諧振影響主要是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)的影響以及對(duì)諧波源激勵(lì)的一種響應(yīng)，這種影響將引起相關(guān)元件的過電壓或者過電流。

諧波是一種污染源，必須嚴(yán)格控制。但控制諧波是需要付出成本的。隨著電子技術(shù)普及，諧波源也越來越多，按目前技術(shù)水平，任何諧波畸變都是可以解決的，只是性價(jià)比的問題，抑制措施要求過嚴(yán)，將導(dǎo)致社會(huì)資源的浪費(fèi)。

2 諧波治理前的評(píng)估

《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》(GB/T 14549-93)目前正在修編，將諧波評(píng)估分為預(yù)測(cè)評(píng)估和監(jiān)測(cè)評(píng)估兩種。預(yù)測(cè)評(píng)估分三級(jí)進(jìn)行：第一級(jí)為簡(jiǎn)單評(píng)估；第二級(jí)為詳細(xì)評(píng)估；第三級(jí)評(píng)估。

1)第一級(jí)簡(jiǎn)單評(píng)估

對(duì)于低壓電氣設(shè)備或者小型低壓諧波源用戶(Un≤1kV)，設(shè)備每相輸入電流≤16A，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17625.1-2003規(guī)定的低壓電氣以及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值，就可以直接接入公共電網(wǎng)。

對(duì)于低壓電氣設(shè)備或者小型低壓諧波源用戶(Un≤1kV)，設(shè)備每相輸入電流>16A，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Z 17625.6-2003(IEC61000-3-4:1998)規(guī) 定的低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值，即可接入公共電網(wǎng)。

對(duì)于一般10kV～35kV高壓的小用戶或諧波源數(shù)量不多的用戶，若滿足Si/SPCC≤0.1%，就可以直接接入市政電網(wǎng)，而不必作進(jìn)一步的詳細(xì)評(píng)估。

式中，Si為第i個(gè)用戶的用電協(xié)議容量，SPCC為公共連接點(diǎn)的短路容量。

2)第二級(jí)詳細(xì)評(píng)估

當(dāng)供電系統(tǒng)滿負(fù)荷時(shí)，在公共連接點(diǎn)上的所有用戶都按各自限值最高值注入諧波電流時(shí)，應(yīng)保持公共連接點(diǎn)的電壓諧波畸變率不超過諧波電壓限值。一般需要做以下工作：

(1)通常以評(píng)估用戶接入公共電網(wǎng)的母線作為公共連接點(diǎn)。收集本級(jí)及上一級(jí)供電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)參數(shù)、運(yùn)行方式；

(2)用戶需要提供用電設(shè)備及電源的相關(guān)參數(shù)、接線方式、諧波特性；

(3)通過分析和輔助測(cè)量，諧波源水平按95%概率大值選取，確定用戶總的諧波電流注入值；

(4)依據(jù)上述諧波源及電網(wǎng)信息，建立諧波評(píng)估模型，評(píng)估公共連接點(diǎn)各次諧波電流數(shù)值、電流總諧波畸變率、各次諧波電壓水平、電壓總諧波畸變率。建模中，電網(wǎng)按正常最小運(yùn)行方式考慮，電網(wǎng)中的電氣設(shè)備均采用諧波阻抗模型；

(5)通過與諧波電壓限值比較，得出諧波電壓是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論。根據(jù)短路比得到評(píng)估諧波源應(yīng)滿足的諧波電流允許值，通過比較得出諧波電流是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論；

(6)公共連接點(diǎn)諧波電壓水平的數(shù)值，還應(yīng)考慮與背景諧波的疊加。對(duì)于已存在的公共連接點(diǎn)，背景諧波量通過實(shí)際測(cè)量獲得。對(duì)于公共連接點(diǎn)，也可采用電氣距離最近母線的諧波測(cè)量值，作為疊加背景諧波計(jì)算；

(7)對(duì)于評(píng)估諧波源對(duì)應(yīng)的供電區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的諧波放大進(jìn)行分析評(píng)估。這里的供電區(qū)域通常指諧波源所連接的主變壓器二次側(cè)電氣設(shè)備所覆蓋的區(qū)域。

3)第三級(jí)評(píng)估

針對(duì)不能滿足第一級(jí)評(píng)估和第二級(jí)評(píng)估條件的某個(gè)用戶，經(jīng)分析在確保電網(wǎng)諧波電壓不超過規(guī)劃值的前提下，可以經(jīng)過特別允許接入電網(wǎng)；如果某個(gè)用戶接入電網(wǎng)后諧波電壓會(huì)超過規(guī)定值，則供電、用電方應(yīng)通過協(xié)商，簽訂有條件接入電網(wǎng)的協(xié)議，協(xié)議中需明確諧波抑制的措施，將來如果電網(wǎng)諧波水平增大超標(biāo)時(shí)，這類用戶仍必須采取抑制措施。

監(jiān)測(cè)評(píng)估內(nèi)容包括：

(1)預(yù)測(cè)評(píng)估中進(jìn)行了第二級(jí)評(píng)估的非線性用戶及特定設(shè)備，投入運(yùn)行時(shí)的驗(yàn)收評(píng)估或工況測(cè)試；

(2)運(yùn)行中的電網(wǎng)諧波水平實(shí)際狀況評(píng)估。

監(jiān)測(cè)評(píng)估的要點(diǎn)：

(1)依據(jù)評(píng)估內(nèi)容，確定諧波測(cè)量點(diǎn)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)評(píng)估內(nèi)容(1)，測(cè)量點(diǎn)即為諧波源接入點(diǎn)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)評(píng)估內(nèi)容(2)，測(cè)量點(diǎn)通常選取電網(wǎng)中樞紐變電站母線、重要發(fā)電廠出線母線、大型非線性用戶接入點(diǎn)、規(guī)?；蔷€性電源接入點(diǎn)、分布式非線性負(fù)荷或電源的集中接入點(diǎn)等；

(2)根據(jù)諧波測(cè)量，實(shí)施諧波測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)；

(3)通過諧波疊加與分解方法，確定諧波源的實(shí)際諧波水平；

(4)對(duì)諧波測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用95%概率大致確定諧波發(fā)生水平。通過與諧波電壓限值比較，得出諧波電壓是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論。根據(jù)短路比得到評(píng)估諧波源應(yīng)滿足的諧波電流允許值，通過比較得到諧波電流是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論；

(5)當(dāng)PCC點(diǎn)并接有補(bǔ)償電容時(shí)，應(yīng)分別測(cè)量電容投切對(duì)應(yīng)的電流，對(duì)可能出現(xiàn)的諧波放大進(jìn)行評(píng)估。

3 結(jié)束語

綜上所述，不是只要出現(xiàn)諧波就必須治理，而是應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)評(píng)估，當(dāng)諧波達(dá)到影響電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行時(shí)，才必須進(jìn)行治理。

[1]《電能質(zhì)量 公共電網(wǎng)諧波》 GB/T 14549修編說明.