王熹瞳

（鄭州大學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河南鄭州，450000）

0 引言

當(dāng)下人們的用電需求與日俱增，對電力供電系統(tǒng)提出了更高的供電要求。但是配電系統(tǒng)在運(yùn)營的過程中仍然存在著一些問題，諧波的存在就是問題之一。諧波會對電力系統(tǒng)的設(shè)備造成一定影響，這些設(shè)備會在諧波的作用下性能退化、壽命減少。所以如何有效解決電力系統(tǒng)的諧波問題是值得深入研究的課題。

1 諧波對低壓配電線路造成的不良影響

如果在低壓配電線路中存在諧波電流，線路中就會發(fā)生集膚效應(yīng)，還會發(fā)生有功功率損耗的不良情況。此時諧波的電阻就會變大，線路上損耗的電流就會隨之增大。也就是說諧波會影響低壓配電線路的運(yùn)行效率，會降低供電的質(zhì)量。在低壓線路中，通過中性線的電流不大，一般情況下，都會使用比較細(xì)的線。如果其中存在著大量的諧波，線路的絕緣性能就會明顯降低，進(jìn)而發(fā)生線路短路的情況，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)，就有可能發(fā)生火災(zāi)事故。此外，諧波會對電容器的電容量產(chǎn)生一定的破壞作用。如果在線路中出現(xiàn)了諧波電壓，電容器的溫度就會持續(xù)升高，當(dāng)溫度上升至一定的高度，超過電容器所能承受的極限溫度，此時電容器就會爆炸，這會給電力系統(tǒng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。另外電容器在諧波的作用下，會發(fā)生諧波諧振，這會對電網(wǎng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。如圖1所示為檢測到的多種諧波的特征曲線。

圖1 多種諧波特征表示圖

2 目前市面上出現(xiàn)的無功補(bǔ)償裝置

諧波的存在會對低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，會嚴(yán)重破壞設(shè)備的功能，也會降低設(shè)備的使用年限。當(dāng)下我國科學(xué)技術(shù)獲得了良好發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平在不斷提高。供電企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，讓配電網(wǎng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，也增加了配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性能。選擇合適的低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對諧波的有效抑制，這對電力系統(tǒng)來說有著十分重大的意義。一般情況下，低壓配電網(wǎng)出現(xiàn)的諧波都是1次諧波、7次諧波和13次諧波，低壓諧波濾波器對諧波產(chǎn)生的是防治作用。市面上出現(xiàn)的抗諧無功功率自動補(bǔ)償裝置如圖2所示。固定式的單調(diào)諧波濾波器由電容器和濾波電抗器組成。在選擇時要注意電抗器的電感值。要確定兩個數(shù)值，一個是一般回路形成的諧波頻率，另一個是電網(wǎng)間存在的最低次諧波頻率，正常情況下后者的數(shù)值會高于前者的數(shù)值，利用這一特點(diǎn)能夠保證諧波的頻率達(dá)到正常的標(biāo)準(zhǔn)。有源濾波器也是目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際的一個有效治理諧波的裝置。這是一種新型裝置，制作這一裝置所用的技術(shù)十分先進(jìn)[2]。國內(nèi)能夠生產(chǎn)這一裝置的廠家數(shù)量不多，如今使用的裝置大多數(shù)來自于國外。這種裝置的優(yōu)勢就是能夠在較短的時間內(nèi)響應(yīng)要求，通常情況下發(fā)出響應(yīng)的時間不會超過1ms，這一特點(diǎn)能夠有效提高對三相諧波電流補(bǔ)償?shù)男?。還有一個優(yōu)點(diǎn)就是，有源濾波器的諧波次數(shù)是50次以上，這一水平十分高，會明顯降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

圖2 抗諧無功功率自動補(bǔ)償裝置

3 無功補(bǔ)償裝置的類型和特點(diǎn)

圖3 靜止式的無功補(bǔ)償裝置

無功補(bǔ)償裝置可以劃分為兩種，一種是靜態(tài)補(bǔ)償裝置，這種補(bǔ)償裝置抗阻確定，因此這種裝置不能符合無功需求隨時發(fā)生變化這一特點(diǎn)，所以起到的無功補(bǔ)償?shù)淖饔糜幸欢ㄈ毕?。只有在穩(wěn)定不波動負(fù)荷的支持作用下，才能使用這種裝置。由于這種局限性，靜態(tài)的無功補(bǔ)償裝置在實(shí)際的應(yīng)用中不是十分廣泛。無功補(bǔ)償裝置的另一種是動態(tài)的無功補(bǔ)償裝置?？茖W(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)也得到了很大程度的完善，動態(tài)的無功補(bǔ)償裝置得到了廣泛的運(yùn)用，尤其是在低壓配電網(wǎng)領(lǐng)域，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置比靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置有明顯的優(yōu)勢。在工作時，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置會檢測電力系統(tǒng)，會分析控制芯片的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，然后讓電容器能夠根據(jù)實(shí)際需要自由切換模式。這樣就能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。這種類型的裝置有一定的使用優(yōu)點(diǎn)，就是即使電路中沒有電流也沒有電壓，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)電容器的投切，此時機(jī)械投切的危害明顯降低，裝置的使用壽命會有所增加。另外一個優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)無功補(bǔ)償裝置能夠快速檢測出電網(wǎng)中存在的無功電流，之后再分析芯片，進(jìn)而判斷出是否進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，此時電路會快速恢復(fù)穩(wěn)定，保證線路的供電質(zhì)量，如圖3所示為靜止式的無功補(bǔ)償裝置。

4 運(yùn)用無功補(bǔ)償裝置治理低壓配電網(wǎng)諧波需要注意的問題

安裝無功補(bǔ)償裝置是一項(xiàng)治理諧波的有效技術(shù)，能夠達(dá)到良好的治理效果。在選擇低壓無功補(bǔ)償裝置時，應(yīng)該做到科學(xué)合理。要對諧波的含量有清楚的把握，要了解諧波的負(fù)載性質(zhì)?？梢允褂弥C波測試儀測量線路中諧波的含量。電力負(fù)載的變化幅度、電力負(fù)載的變化頻率以及三相負(fù)荷之間的平衡度這些都是電力負(fù)載的性質(zhì)。要詳細(xì)掌握這些內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上合理選擇無功補(bǔ)償裝置[3]。存在一些場合對諧波控制有著很高的要求，比如起重設(shè)備制造企業(yè)，各種大型的商場。為此在為這些場合選擇無功補(bǔ)償裝置時，需要具體考慮這些場合的具體情況。另外還要收集配電網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)，因?yàn)橛辛诉@些參數(shù)才能設(shè)計濾波器。配電網(wǎng)的運(yùn)行電壓值、電壓值的變化范圍、配電網(wǎng)的額定電壓值、電壓畸變率測試值以及配電網(wǎng)的基波頻率無功負(fù)荷狀態(tài)，這些都是配電網(wǎng)的基本參數(shù)值。參考這些參數(shù)，才能保證濾波器的設(shè)計符合使用的要求。選擇無功補(bǔ)償裝置還要用到仿真模型工具，這一工具能夠輔助計算，進(jìn)而制定出無功補(bǔ)償大致的實(shí)施方案。同時仿真模型工具還具有預(yù)測的功能，能夠預(yù)測配電網(wǎng)中是否會出現(xiàn)諧波共振的情況，同時還能預(yù)測諧波放大的情況。這樣工作人員就能知道無功補(bǔ)償裝置在發(fā)揮作用時可能出現(xiàn)的問題，并在此基礎(chǔ)上制定出有效的解決方案。

5 運(yùn)用濾波器治理諧波，將線路中的諧波有效過濾

無功補(bǔ)償諧波治理可以在用戶端進(jìn)行，具體的操作是把有源濾波器或者是無源濾波器植入到用戶端。這樣就能在用戶端實(shí)現(xiàn)對諧波的治理。無源濾波器的治理的原理是將諧波電流充分吸收。使用這一方式進(jìn)行治理需要用到無源網(wǎng)絡(luò)。無源濾波器的組成部分有電容、電阻和電感。目前這種方式已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這項(xiàng)工作的關(guān)鍵之處就是要選擇合適的無源濾波器，無源濾波器的種類有單調(diào)濾波器和雙調(diào)濾波器，只有選擇合適的濾波器才能起到良好的濾波效果。還有一種方法就是在低壓配電網(wǎng)的變電站進(jìn)行諧波治理，這種方式有著管理便捷的特點(diǎn)，而且能夠達(dá)到系統(tǒng)化的治理效果。在目前的發(fā)展階段中，這種治理方式普遍使用混合型的電力濾波器，這種濾波器不僅有著有源濾波器的治理特點(diǎn)，還有無源濾波器的治理特點(diǎn)。有著更為良好的配電網(wǎng)諧波治理效果。混合型電力濾波器的工作原理有兩種，一種是串聯(lián)的混合型，另一種是并聯(lián)混合型。在實(shí)際的治理工作中要靈活選擇治理原理，力求達(dá)到最好的治理效果，讓諧波對低壓配電網(wǎng)造成的影響降低到可以接受的范圍內(nèi)。

6 總結(jié)

綜上所述，本文研究諧波對低壓配電網(wǎng)產(chǎn)生的危害，發(fā)現(xiàn)諧波問題會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)供電質(zhì)量下降，這會對人們的正常用電產(chǎn)生不良影響。供電企業(yè)在運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)治理諧波時，應(yīng)該仔細(xì)研究諧波污染產(chǎn)生的原因，更應(yīng)該注意裝置的合理運(yùn)用。