（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719000）

0.引言

我國電力系統(tǒng)電源是以50Hz的額定頻率向用電設(shè)備供電的，電源頻率為50Hz的正弦波我們通常稱之為基波。當(dāng)電力系統(tǒng)向某些非線性負荷（如變頻器）傳遞和供給基波能量的同時，也將一部分的基波能量轉(zhuǎn)換為頻率高于50Hz的正弦波能量，我們稱之為諧波。

1.電力系統(tǒng)諧波的危害

（1）電力系統(tǒng)諧波增加輸、供和用電設(shè)備的附加損耗的影響。1）系統(tǒng)諧波對輸電線路的影響。電力系統(tǒng)中的諧波使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，影響電網(wǎng)的質(zhì)量。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路阻抗隨頻率增加而提高，使輸電線路的電能損耗增加，造成線路過熱影響絕緣壽命，當(dāng)諧波頻率位于在電力網(wǎng)絡(luò)諧振區(qū)間內(nèi)時，會產(chǎn)生很高的諧振過電壓，對電力電纜線路會造成絕緣擊穿。2）系統(tǒng)諧波對旋轉(zhuǎn)設(shè)備和變壓器的影響。對旋轉(zhuǎn)設(shè)備和變壓器的主要危害是引起附加無功和有功損耗發(fā)熱增加，減少絕緣介質(zhì)的使用壽命，導(dǎo)致絕緣損壞。3）系統(tǒng)諧波對電力電容器的影響。電力系統(tǒng)諧波使電力電容器產(chǎn)生發(fā)熱、噪聲、鼓肚、擊穿以及絕緣壽命縮短等危害。對諧波頻率比較敏感的電力電容器，因其自身的容性阻抗特性，以及頻率與容抗成反比的特性，使得諧波電流容易被電力電容器吸收從而引起電容器過負荷甚至爆炸。（2）對通信系統(tǒng)工作產(chǎn)生的影響。諧波電流及諧波電壓通過磁感應(yīng)、電容耦合、電感應(yīng)及電氣傳導(dǎo)等方式影響通訊及通信系統(tǒng)，這些諧波頻率將會使通信設(shè)備、通信線路不能正常工作，導(dǎo)致通信系統(tǒng)處于癱瘓的狀態(tài)。（3）對電氣低壓開關(guān)設(shè)備的影響。斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發(fā)熱，同時由于對電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難。電子型的斷路器，諧波使其額定電流降低，可能產(chǎn)生誤動作。諧波電流使電磁接觸器磁體部件溫升增大，影響觸點、線圈溫度升高使額定電流降低。（4）對計量儀表的影響。目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型，諧波會導(dǎo)致電氣測量儀表計量不準確，特別是數(shù)字顯示計量儀表。（5）對功率因數(shù)的影響。諧波產(chǎn)生的功率因數(shù)與基波功率因數(shù)疊加后會使表觀功率因數(shù)降低。（6）諧波對人體有影響。從人體生理學(xué)來說，人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場[1]。

2.電力系統(tǒng)概況

我公司設(shè)有110kV總變電站一座，由當(dāng)?shù)仉娏緝蓷l線路接入總變110kV系統(tǒng)。110kV系統(tǒng)為雙母線接線，通過兩臺100MVA、110/35kV主變壓器降壓至35kVⅢ段、Ⅳ段母線，電站兩臺100MW發(fā)電機組經(jīng)兩臺125MVA、13.8/35kV變壓器升壓后分別與總變35kV系統(tǒng)Ⅲ段、Ⅳ段母線并網(wǎng)，35kV系統(tǒng)為單母線分段式接線，共計23條35kV饋出回路為各區(qū)域生產(chǎn)裝置共計10個10kV變電所提供電源。

3.電力系統(tǒng)運行中存在的問題

2017年8月氣化裝置高壓煤漿泵變電所690V母線在母聯(lián)處密集型母線槽（SIEMENS，XLC-II）發(fā)生相間擊穿短路，造成兩段母線全部停電，氣化裝置停車。事故后經(jīng)專家組分析，高壓煤漿泵變電所所帶負荷均為變頻器設(shè)備，變頻器正常工作時會產(chǎn)生大量諧波電流，同時母線設(shè)有電容補償裝置，在某一頻率與系統(tǒng)諧波源產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生高電壓擊穿母線絕緣，致使事故發(fā)生。為避免再次發(fā)生此類事故，公司經(jīng)研究討論開展諧波治理工作。

4.電力系統(tǒng)諧波治理前期工作

（1）排查廠內(nèi)諧波源。將所有存在變頻器類設(shè)備的變電所進行排查，統(tǒng)計并計算出非線性負荷占比，并按照負荷重要程度進行分級。（2）編制項目方案。按照標(biāo)定的治理點匯同設(shè)計院、多家有源濾波廠家討論裝置選型并編制實施方案。（3）聘請多方機構(gòu)進行檢測。專業(yè)檢測機構(gòu)對全廠各電源節(jié)點測試后，發(fā)現(xiàn)PP變電所、空分變電所、電站空冷變電所、氣化高壓煤漿泵變電所存在較大含量的高次諧波。PP變電所0.4kV 2段、6段母線的2次諧波含量較高，已經(jīng)超出了國家標(biāo)準；空分變電所、電站空冷變電所、氣化高壓煤漿泵變電所的3次、5次、7次諧波含量較高，其中5次諧波已經(jīng)超出了國家標(biāo)準。

5.諧波治理方法選擇

（1）無源濾波。無源濾波器由電容器和電抗器串聯(lián)而成,調(diào)諧在某個特定的頻率。在某一頻率下形成一個低阻抗的回路，吸收這一頻率的諧波電流，轉(zhuǎn)換成熱能。缺點是濾波效果不理想，只能濾除固定的幾次諧波；可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振，引發(fā)事故；濾波需求和無功補償有時難以協(xié)調(diào)。（2）有源濾波。通過測量諧波電流來控制輸出，輸出一個與負載諧波電流具有幅值相同而相位相反的補償電流，與負載諧波電流相抵消以達到消除諧波的目的。優(yōu)點是根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前諧波電流大小，動態(tài)補償；不易發(fā)生諧振；同時補償諧波和無功，并且可連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率的大小，補償性能不受電網(wǎng)頻率影響。

6.電力系統(tǒng)諧波治理開展情況

我廠電力系統(tǒng)諧波治理采用有源電力濾波裝置，根據(jù)諧波測試的結(jié)果及治理的效果對比，將此項目分為兩個階段進行：第一階段對空分變電所0.4kV 5段、6段、10段母線和PP變電所 0.4kV 2段、6段母線進行治理工作。第二階段對電站空冷變電所0.4kV 1段、2段、3段、4段母線和氣化變電所0.69kV 7段、8段母線進行治理工作。

7.我廠電力系統(tǒng)諧波治理效果

從安裝有源濾波設(shè)備治理的各變電所母線測量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過諧波治理后諧波含量有比較明顯改善，就以PP變電所0.4kV 2段母線實測結(jié)果為例，見圖1、圖2所示。

圖1 狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)圖

圖2 實時電流波形

有源電力濾波器投入運行后，2次諧波電流減小，其含量由27.5%（負載THD）降到4.0%（電網(wǎng)THD），各相電流的畸變率和諧波含量減小，符合電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T 14549標(biāo)準的要求，達到了預(yù)期的效果，電力系統(tǒng)的安全性和可靠性得到了提高。

8.結(jié)語

化工企業(yè)裝置規(guī)模越來越大，對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求也越來越高，由于電力電子設(shè)備應(yīng)用廣泛，會產(chǎn)生大量的諧波污染，導(dǎo)致電氣設(shè)備及通訊系統(tǒng)故障時有發(fā)生，嚴重影響化工企業(yè)長周期安全穩(wěn)定運行。諧波治理技術(shù)在化工企業(yè)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以有效地提升化工企業(yè)電氣系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，從而增強化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，行業(yè)競爭能力。