【摘要】諧波電流嚴(yán)重的危害著工廠低壓配電系統(tǒng)，特別是隨著低壓設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高以及大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用，諧波污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，因此，必須采取積極的技術(shù)措施對(duì)諧波電流進(jìn)行抑制，從而提高工廠低壓供電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】低壓配電系統(tǒng)；諧波；防治

引言

隨著工廠低壓配電系統(tǒng)負(fù)荷中大量開(kāi)關(guān)電源、變頻器、整流器等非線性負(fù)荷的增加，其產(chǎn)生的高次諧波污染也日益嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響到工廠低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。如何從諧波產(chǎn)生的源頭入手，降低低壓配電系統(tǒng)中諧波的危害程度，保障工廠低壓供電系統(tǒng)的可靠平穩(wěn)運(yùn)行，是本文探討的主要問(wèn)題。

1、諧波來(lái)源分析

工廠低壓系統(tǒng)諧波的主要來(lái)源就是運(yùn)行在系統(tǒng)內(nèi)的大量非線性負(fù)荷。

1.1變配電室的直流系統(tǒng)。當(dāng)前采用的變配電室采用的直流屏大都包含高頻開(kāi)關(guān)整流模塊和充電機(jī)模塊，這兩種模塊運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生5次、7次的高頻諧波電流。

1.2整流系統(tǒng)。工廠內(nèi)采用的整流型變壓器和大電流整流柜等整流設(shè)備，由于其采用的多為三相雙反星形橋式的結(jié)構(gòu)，因此，會(huì)造成大量的5次、7次乃至更高倍次數(shù)的諧波電流。

1.3變頻器和軟啟動(dòng)器。為了改善電機(jī)的啟動(dòng)條件并提高電機(jī)的運(yùn)行效率，近年來(lái)投產(chǎn)的大容量電機(jī)和水泵都配備了變頻器或軟啟動(dòng)器，變頻器和軟啟動(dòng)器中都采用了三相六脈沖整流結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生5次、7次的高頻諧波電流。

1.4弱電系統(tǒng)電源。工廠內(nèi)運(yùn)行著大量的工控、通訊、監(jiān)控等弱電系統(tǒng)，弱電系統(tǒng)的供電電源多采用開(kāi)關(guān)電源，因此，產(chǎn)生了大量的3次諧波。

1.5氣體放電燈和鎮(zhèn)流器。廠區(qū)生產(chǎn)和辦公照明采用了大量的熒光燈和高壓鈉燈，熒光燈和高壓鈉燈統(tǒng)稱為氣體放電燈，在其使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電弧從而產(chǎn)生高次諧波電流；同時(shí)，與之配套的電子整理器，需要在整理后將直流逆變?yōu)楦哳l交流電，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生3次諧波電流。

1.6檢修電源。工廠在進(jìn)行設(shè)備檢修過(guò)程中，不可避免會(huì)進(jìn)行大量的焊接工作，焊接過(guò)程中電弧的產(chǎn)生也造成了大量3次諧波電流。

2、諧波的危害

低壓配電系統(tǒng)中存在的高次諧波所造成的危害，不僅僅影響到低壓電網(wǎng)本身，還嚴(yán)重的危害到周邊其它配電設(shè)備的安全。諧波的存在增加了電能在傳遞過(guò)程中的損耗，影響了電能的利用效率；諧波容易造成設(shè)備震動(dòng)、發(fā)熱現(xiàn)象，容易加速設(shè)備老化，減少設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重的還可能直接導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生；當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)諧振現(xiàn)象時(shí)，諧波電流會(huì)增大，會(huì)造成配電系統(tǒng)內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)如電容器等設(shè)備的燒毀；諧波的存在會(huì)干擾配電系統(tǒng)中的電子設(shè)備、通訊設(shè)備的正常運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)控制設(shè)備的失靈。

2.1諧波對(duì)變壓器的危害。諧波的存在直接增加了變壓器的損耗，導(dǎo)致變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)異常的溫升和噪聲，加速了變壓器內(nèi)部絕緣介質(zhì)的老化。工廠中雖然多采用△/Y型變壓器來(lái)抑制3次諧波，但是卻不能起到對(duì)其它次諧波的抑制作用。

2.2諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害。諧波會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的損耗，降低利用率，同時(shí)諧波造成的電動(dòng)機(jī)線圈溫度升高也會(huì)影響電機(jī)壽命。特別是5次、11次等負(fù)序諧波分量會(huì)產(chǎn)生與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，直接導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)力矩下降，還會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的異常震動(dòng)。

2.3諧波對(duì)電容器的危害。工廠低壓配電室在其低壓母線上都裝有補(bǔ)償電容器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，由于電容器本身容抗值會(huì)隨著電流頻率的增加而降低，正是這種對(duì)諧波的低阻性特點(diǎn)證明電容器對(duì)于諧波電流有一定的吸收作用。但是，諧波電流一旦導(dǎo)致諧振發(fā)生，則很可能造成電容器過(guò)流發(fā)熱甚至發(fā)生擊穿事故。

2.4諧波對(duì)電纜的危害。高次諧波電流的集膚效應(yīng)較工頻電流更加明顯，因此，高頻諧波電流會(huì)增加電纜阻抗、造成電纜溫度升高、損耗增加，嚴(yán)重的還加劇了電纜絕緣老化損壞的速度；此外，嚴(yán)重的集膚效應(yīng)會(huì)降低電纜的額定載流量，因此，為非線性負(fù)荷選擇供電電纜時(shí)候應(yīng)該較標(biāo)準(zhǔn)值適當(dāng)留有一定的裕度。

3、抑制諧波電流的方法

工廠中變配電室主要采用帶電抗的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)和適當(dāng)增大低壓中性線母排、低壓電纜的截面等方法來(lái)降低諧波的危害，其中電容器電抗器組的方法對(duì)諧波的抑制效果明顯，通過(guò)合理的電容器電抗器組合方式，可以收到良好的諧波抑制效果。

在工廠低壓配電系統(tǒng)中，非線性負(fù)荷造成的諧波主要是3次諧波和5次諧波，根據(jù)電容器電抗器組對(duì)諧波的抑制原理可知，選擇電抗率P為12.5%，此時(shí)諧振頻率f0=141HZ，電路對(duì)于三次諧波分量呈現(xiàn)低阻抗，可以充分的吸收3次諧波分量；選擇電抗率P為4.5%，此時(shí)諧振頻率f0=236HZ，電路對(duì)于五次諧波分量呈現(xiàn)低阻抗，可以充分的吸收5次諧波分量。如果采用兩種方式結(jié)合的電抗器組可以有效的對(duì)低壓系統(tǒng)中大量的3次諧波和5次諧波進(jìn)行抑制。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可以采用具有雙電抗系數(shù)（12.5%和4.5%結(jié)合）的非調(diào)諧濾波設(shè)備，通過(guò)分別于50%單組電容器進(jìn)行組合，形成單組的12.5%電抗器組和4.5%的電抗器組，可以隨著無(wú)功功率的變化進(jìn)行分組投退，從而保障在無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)抑制低壓電網(wǎng)諧波的目的。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文從諧波產(chǎn)生的原因入手，分析了治理諧波污染的技術(shù)方法，有助于在今后變配電室的設(shè)計(jì)和設(shè)備改造階段，完成對(duì)于高次諧波的預(yù)防治理。諧波對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行造成的潛在危害是巨大的，因此，作為從事電氣設(shè)備管理維護(hù)工作的工程技術(shù)人員，應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到諧波治理問(wèn)題的重要性，在實(shí)際工作中加強(qiáng)諧波治理方面的工作，最大程度上降低高次諧波的危害性。

參考文獻(xiàn)

[1]田長(zhǎng)虹.對(duì)電網(wǎng)諧波的探討[J].電氣時(shí)代，2004（12）

[2]羅安，涂春鳴.電網(wǎng)諧波分析與濾除系統(tǒng)的研制[J].南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001（06）

[3]何藍(lán)圖.電網(wǎng)諧波抑制技術(shù)措施[J].大眾用電，2008（08）

[4]趙跡.淺談電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及抑制[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010（04）

[5]史哲.電網(wǎng)諧波的危害及治理方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（17）