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高壓電網無功補償及諧波治理

　  隨著我國電能質量治理工作的深進開展 ，綜合動態的諧波治理措施並同時考慮電網的無功功率補償問題，是用電企業當前麵臨的一大課題 。采取有力的抑製諧波的措施 ，不僅能夠改善整個網絡的電力品質 ，同時也能延長用戶設備使用壽命 ，提高產品質量 ，降低電磁汙染環境 ，減少能耗 ，提高電能利用率 ，同時能不斷降低企業成本 ，提高企業市場競爭力 。

    無功補償的必要性

　　由於無功電流的存在 ，在傳送同樣能量的情況下 ，電流比沒有無功的情況下增加 ，會大量增加係統的銅損 ，降低線路與變壓器的利用率 ，這是顯而易見的事情 。

　　在一個交流連接的電網中(這裏強調交流連接的原因是因為直流輸電線路不傳遞無功 ，因此用直流輸電線路連接的若幹電網可以分開為各自獨立的電網來考慮無功問題) ，無功電流在任何瞬間都是平衡的 ，也就是說 ，無功電流的發出量與吸收量在任何瞬間都是相等的 ， 這就是無功平衡原理。由於無功平衡原理的存在 ，無功電流雖然不傳遞能量 ，但是卻會影響電網的電壓 ，這是由電網中的設備性質決定的。電網中絕大部分發電機均為同步發電機 。同步發電機在激磁電流不變時輸出的無功電流與輸出電壓成反比 ，即 ：隨著輸出電壓的減少而輸出無功電流增加 ，反之 ，隨著輸出電壓的增加而輸出無功電流減少 。而電網中大部分負荷所吸收的無功電流與電壓成正比 。因此 ，當電網中沒有補償裝置時 ，負荷吸收的無功功率就全部要由發電機來提供 。如果係統的無功不足 ，電壓就會下降 ，電壓下降以後，負荷吸收的無功減少 ，發電機發出的無功增加 ，從而保持無功的平衡 。反之 ，如果係統的無功過剩 ，電壓就會升高 ，電壓升高以後 ，負荷吸收的無功增加 ，發電機發出的無功減少 ，從而保持無功的平衡 。也就是說 ，電網可以依靠電壓的變化來自動保持無功平衡 。當係統中的無功嚴重不足 ，就會導致電壓急劇下降 ，電壓下降導致發電機發出的無功電流急劇增加 ，這時 ，如果某1 台發電機由於電流過載而解列退出電網 ，則無功更加不足 ，如此連鎖反應 ，會導致電網崩潰的大事故 。所以在電網中設置一些無功補償裝置來補充無功功率 ，以保證用戶對無功功率的需要和用電設備在額定電壓下工作就顯得非常必要 。

　　由於無功的不良作用 ，供電部門對企業35kV 客戶功率因數標準一般為0.9 ，因此 、對於彩神用戶來講 ，總是希望盡量提高功率因數 ，減少無功 ，減少無功的方法就是無功補償 ，使負荷所吸收的無功被就地平衡 ， 避免大量無功電流的傳輸 ，這樣既可以避免低功率因數罰款 ，相反 、還能獲得獎勵 。

　　諧波的產生及危害

　　電力諧波對電力網(用戶)危害是十分嚴重的 ，它是一種電力汙染 ，一種人們看不見 、嗅不到 、摸不著的汙染 。所以往往不被人們注意 。對於電力係統 ，諧波是個很要命的問題!

　  諧波的概念

　　當電網中的電壓或電流波形非理想的正弦波時 ，即說明其中含有頻率高於50Hz 的電壓或電流成分 ， 彩神將頻率高於50Hz 的電流或電壓成分稱之為諧波 。當諧波頻率為工頻頻率的整數倍時 ，彩神將其稱之為整數次諧波 ，這類諧波通常用次數來表示 。例如 ：將頻率為工頻頻率5 倍(250Hz)的諧波稱之為5 次諧波 ，將頻率為工頻頻率7 倍(350Hz)的諧波稱之為7 次諧波 ，依此類推 。當諧波頻率不是工頻頻率的整數倍時 ，彩神將其稱之為分數諧波 。這類諧波通常直接使用諧波頻率來表示 。例如 ：頻率為1627Hz 的諧波 。

　 諧波產生的原因 。

　　諧波產生的原因多種多樣 ，比較常見的有2 類 ：第1 類是由於非線性負荷而產生諧波 ，例如可控矽整流器 、開關電源等 ， 這一類負荷產生的諧波頻率均為工頻頻率的整數倍 。例如三相六脈波整流器所產生的主要是5 次和7 次諧波，而三相12 脈波整流器所產生的主要是11 次和13 次諧波;第2 類是由於逆變負荷而產生諧波 ，例如中頻爐 、變頻器 ，這一類負荷不僅產生整數次諧波 ，還產生頻率為逆變頻率2 倍的分數諧波。例如 ： 使用三相六脈波整流器而工作頻率為820Hz 的中頻爐則不僅產生5 次和7 次諧波 ，還產生頻率為1640Hz 的分數諧波 。

　　諧波在電網誕生的同時就是存在的 ，因為發電機和變壓器都會產生少量的諧波 。但是由於產生大量諧波的用電設備不斷增加 ，並且電網中大量使用的並聯電容器所造成的諧波放大 ，使得諧波的影響越來越嚴重 ，逐漸引起人們的重視 。

　　諧波造成的危害

　　當電網中的諧波電流較大 ，以至於電壓波形也產生畸變時 ，彩神將其稱之為電網被汙染 。電網的汙染程度用電壓波形畸變率來表示 ，簡稱THDu 。按照國家標準GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》的規定 ：10kV 電網的THDu 應小於4% ，400V 電網的THDu 應小於5% 。諧波與無功電流不同 。無功電流隻影響電網的電壓 ，並增加供電係統的銅損 ，通常不會影響用戶 ，也不會影響計量精度 。而諧波的影響可以用“無孔不入”來形容 。在電網被汙染的情況下 ，所有電網中的設備與負荷均會受到影響 。諧波與無功還有一點不同 ：無功電流在沒有補償的情況下會一直傳送到發電機 ，而諧波電流通常全部被電網中的設備與負荷吸收掉 。

　　當電網的諧波汙染程度小於國家標準的規定時 ，通常不會對係統造成影響 。隨著汙染程度的增加 ，諧波的影響就逐漸顯現出來 。在諧波嚴重超標的情況下 ，如果不進行諧波治理 ，往往會產生很嚴重的後果 。

　　諧波造成的危害大致如下 ：

　　(1)對變壓器 ，諧波電流會增加變壓器的銅損和漏磁損 ，諧波電壓會增加變壓器的鐵損 ，諧波會增加變壓器的工作噪音和溫升等 。

　　(2)對電纜 ，諧波電流可能造成線路過載過熱 ，損害導體絕緣體 ，同時高頻諧波可能造成集膚效應降低電纜的額定載流 ，銅損急劇增加 。

　　(3)對表計 ，諧波會影響表計的計量精度 。從原理上進行分析 ：諧波源將其吸收的一部分電網電能轉變為諧波發送到電網中去 ，因此電能表會將諧波能量當作發電來進行計算 ，從而導致計量誤差 。對於機械式電能表還會由於高頻率諧波所產生的高頻渦流阻力而變慢 。因為在高次諧波嚴重的情況下(例如中頻爐)會嚴重影響電能表的計量精度 ，導致莫名其妙的丟電現象 。

　　(4)對精密電子設備(包括電子式電能表) ，精密電子設備會被嚴重幹擾 ，導致不能正常工作 ，甚至燒毀。

　　(5)對設備 ，所有接於電網中的設備的損耗都會增加 ，溫升增加 。含有電容器的設備受影響最為嚴重 ，甚至可能導致設備損壞以及電容器爆炸等事故.

　　(6)對電機類負荷 ，諧波的逆序作用而導致輸出扭矩下降 。

　　(7)對控製係統 ，諧波電流會造成電壓畸變 ，導致電壓過零點漂移 ，改變了線電壓之間的位置點 ，使得控製係統判斷錯誤而誤操作等 。

　　諧波源的特性非常複雜 ，因為諧波的產生不僅僅取決於產生諧波的負荷本身 ，還與電網的短路容量 、電網的組成形勢以及電網中的其他負荷的性質有關 。因此濾波器無法做成定型產品 ， 必須通過技術人員對諧波源現場情況的測試 ，然後根據現場測試結果進行專門設計 。

　  諧波的治理

　　無源濾波器由濾波電容器 ， 濾波電抗器等適當組合成LC 濾波裝置 ， 濾波器除起濾波作用外 ， 還兼作無功補償作用 。LC 濾波器主要有調諧和濾波器 ，雙調諧和濾波器 ，高通濾波器 ，C 型濾波器等 。實際運用中根據諧波電流的分布及大小以及無功需求情況設計成幾組濾波器 ，每一組濾波器對應某一次諧波呈低阻抗 ，高通濾波器對截止頻率以上的諧波均呈現低阻抗 ，C 型濾波具有調諧頻帶寬 ，損耗低的特點 。濾波器的分組需進行精密計算 ， 既要濾除主要的諧波電流 ，也要滿足無功補償要求 ，同時還要防止某一詞整數次頻率下由於濾波器與係統阻抗發生並聯諧振而產生的諧波電流放大 。

　　本廠通過技術人員對諧波源現場情況的測試後決定采用的10kV 自動濾波成套裝置為3 組不等容組合 ，可根據功率因數定值 、無功需求量依據“先投後切”的原則自動投切濾波通道 ，使功率因數和諧波穩定在適當的範圍內 。

　　(1)針對係統需求選項 ，可同時濾除3 次到7 次的諧波電流 ，濾波效果明顯 。

　　(2)既能治理諧波又能補償無功 。

　　(3)改善衝擊負載引起的電流衝擊 ，減少電壓波動和抑製電壓閃變 ，提高電壓穩定性 。

　　(4)可提高功率因數 。

　　(5)采用高性能真空斷路器投切各濾波支路 ，完善的控製係統 ，保護功能齊全 ，具有短路保護 、過壓保護 、過流保護等 ，運行可靠 ，操作簡單 。

　  諧波治理帶來的效益

　　安裝諧波治理裝置後 ， 帶來明顯的經濟效益和社會效益 ：

　　(1)諧波經測試達到國家標準要求 ，同時能有效的就地無功補償 ，有效的降低了諧波電流 ，增加了變壓器的有效容量 ，增加相應的帶載能力 ，節電率達10%～30% ，減少擴容所需的投資 。

　　(2)有效的降低變壓器的損耗 ，提高變壓器的安全運行係數 ， 保證對諧波敏感的保護裝置和器件不發生誤動作 ，起到節能降耗的目的。

　　(3)平均諧波濾除率可達70%～80% 以上 ，減小集膚效應 ，熱損 、銅損 、鐵損 、磁損 、噪音大為下降 ，符合國家對能源節約和降耗的指示和可持續發展的要求 。

　　(4)有效地抑製諧波電流 ，提高了電壓穩定性 ，用電質量明顯改善 ，10kV 側滿足國標GB/T14549-93 優化供電質量 ，進而提高了產品質量 ，同時避免因諧波造成的交流電波形畸變而造成電網計量具不準而被當地供電部門罰款 。

　　(5)功率因數提高到0.92 以上 ，使電網線損降低並提高配電變壓器的承載效率 ，力率調整費變罰為獎 ，經濟效益明顯 。

　　(6)提高電網安全經濟運行水平 ，並逐步消除諧波汙染 ，減少諧波對通信 、自動裝置 、電能計量和繼電器保護的幹擾 。