低压谐波治理案例剖析.docx

低压谐波治理案例剖析（国网山东昌乐县供电公司山东潍坊262400）摘要：谐波是指在交流电路中与工频基波频率不同的波现代电网中, 由于一些非线性负载的使用（如整流器、变频器等），导致了谐波的产牛谐波 作为一种能量污染，会导致电机发热产生故障、电力保护误动作、通讯设备受干 扰等异常，甚至影响设备的有功输出，此外谐波对常用仪表、计算机、家用电辭 等的影响也很大，容易引发事故，因此谐波治理显得尤为重要但由于我国目前 对谐波源的管理并未十分到位，没有相关法律予以约束，谐波治理仍存在空白区, 加之消除非线性设备的谐波所需成木较高，导致谐波污染治理工作任重道远当 前，解决谐波问题的途径主要是提高系统电压等级、加大系统的短路容量、增加 变流装置的脉动数等常规办法，并未从谐波源处入手，以致治理成果甚微2014 年，国网山东昌乐县供电公司营丘供电所成功处理了一起因谐波污染而引发的设 备频繁烧损事件，可以作为谐波治理的一种借鉴关键词：谐波；有源电力滤波器；无功补偿引言2015年5月份以来，昌乐县供电公司营丘供电所不断接到辖区内用电 客户，反映电器设备经常不明原因烧坏，严重影响了正常生产生活秩序经 统计，反映问题的主要有7家单位、2个直管台区，烧坏的设备主要有电机、空 调、微机、节能灯等。

特别是天泰能源加气站，其加气软启动设备的电磁阀及 24V控制电源频繁损毁，导致加气站无法正常运营，损失严重为尽快查明原因， 减少用电客户损失，供电所派专人在现场展开了调查1检查过程及主要原因确定经查，反映问题的用电客户用电设备均正常，并且设备进行更换之后仍 然有重复烧毁的情况发牛，证明设备因素并不是导致上述异常的原因经过对反 馈情况汇总分析发现，5月份之前，各用电客户用电均正常，发生损坏吋间都是 在5月份以后，地点全部集中在10kV崖头线末端供电范围，电器设备损坏的时 间都是在晚□点至凌晨5点间经查阅业扩资料，在2月份该线路新上一家名 为昌乐天源管件铸造有限公司的企业，新装800RVA变压器一台，使用中频炉进 行铸铁管件加工，5月份正式投产企业为节约生产成本，采取避峰方式安排生 产，该企业投产后不久即发生相邻用户电器设备烧毁事件，综合以上信息，怀疑 是该企业使用中频炉产生谐波导致过电压而造成了用电器烧毁供电所立即安排人员使用谐波测试仪在该企业和受损失最严重的天泰 能源加气站检测谐波情况监测结果如图1）图1谐波波形图根据以上波形图可以看岀，该企业产生的谐波已严垂超标，且功率因数 极低谐波已侵入10千伏线路辐射到临近用电客户，所以必须对该用户进行谐 波及无功治理。

2谐波及无功治理目标2.1对该企业谐波现状展开调查经查，天源管件铸造有限公司使用800RVA变压器1台，800kW中频炉1台，功 率因数低至0.4〜0.5,谐波电流达到了 320A2.1.1天源管件铸造有限公司800RVA中频炉投入使用后,产生的谐波已 影响该线路其他用户的用电安全，甚至影响了周围的居民用电且已发生多起用 电事故，造成直接经济损失十几万元，间接损失更是无法计算2.1.2经测量天源管件铸造有限公司800KVA中频炉投入使用时，其电 流谐波5、7、11、13以及25、26、27、28等次严重超标，总谐波电流超过320A, 造成上述各次电压谐波也严重超标，对线路内其他用户的用电安全构成了严重威 胁2.2谐波及无功治理目标2.2.1谐波电压通过冶理，注入系统公共连接点（P.C.C点）10k母线的谐波电压总畸变 率、奇次谐波电压含有率、偶次谐波电压含有率均满足中华人民共和国《电能质 量公用电网谐波》⑴（GB/T 14549 — 93）的要求2.2.2谐波电流通过冶理，注入系统公共连接点（P.C.C点）10k母线的各次谐波电流满 足中华人民共和国《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549 — 93）的要求。

2.2.3功率因数10kV母线经低压补偿后0.95≤cosΦ

尤其是电容 器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大 现象另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发 局部放电，口由于电压变化率人，局部放电强度人，对绝缘介质更能起到加速老 化的作用，从而缩短电容器的使用寿命一般来说，电压每升高10%,电容器的 寿命就要缩短1/2左右，在谐波严重的情况下，易引发电容器鼓肚、击穿或爆炸根据现场谐波测试数据可以看岀，设备运行时在电网上产生人量低次及 高次谐波，若直接投入并联电容器，往往会引起公用电网中局部并联谐振和串联 谐振，造成谐波放大，使得其危害也放大，甚至造成电容器、投切开关等设备烧 毁3.2采取装设串联电抗器采取装设串联电抗器的方法，可以有效抑制低次（5、7、11、13次） 谐波分量及涌流的发生，而对高次谐波效果并不明显，供电所人员经过仔细研究, 决定对高次谐波采用有源电力滤波器进行滤除，以保证并联电容器的安全运行3.3最终设备选取方案通过分析比较，供电所人员决定采用低压模块化动态无功补偿装置进行 无功补偿，该装置是专门针对有谐波的系统进行无功补偿而设计的，能够自动跟 踪并调整负载无功功率变化，使系统的功率因数保持在最佳状态。

同时，采用 KAPF系列有源电力滤波器进行滤波，自动跟踪负载的各次谐波变化进行滤波， 使电网谐波电流保持在规定范围之内3.3.1有源滤波器简介有源滤波器系统结构示意图如图2所示有源滤波器并联在屯网Source 和负载Load之间，负载Load是一个非线性负载，其负载电流上含有大量的谐波 成分通过外部电流互感器，实吋检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出 负载电流中的谐波成分，然后输出PWM信号给内部IG盯，使得逆变器产生一个 和负载谐波电流大小相等，相位相反的谐波电流ish注入到电网中，使得流入电 网的电流为纯净的正弦波电流，从而达到滤波的目的图2有源电力滤波器系统结构示意图有源电力滤波器具有对各次谐波进行动态补偿、不易受电网阻抗及电网 频率变化的影响等优点，可同时对无功功率进行动态补偿，并且所需贮能元件容 量不大其补偿特性优异，可同吋滤除2〜50次谐波，也可选择或剔除2〜50 次内的指定次数谐波补偿有源滤波器以其卓越的谐波滤波特性，为配电网络中 的各个负载提供理想的电源支持，大幅度降低了设备故障率，故而得到了社会广 泛应用3.3.2低压模块化动态无功补偿装置简介传统的无功补偿装置由于结构单一，器件安装固定，空间利用率不高, 不能灵活改变补偿方式或增减补偿容量，维修维护不方便。

低压模块化动态无 功补偿装置采用单元式结构的无功补偿模块，组装与拆卸灵活，维修维护方便 每个无功补偿模块由电容器、电抗器、投切开关、熔断器等组成，集中装配在一 个小的安装结构内，形成一个单元，几个单元可像搭积木一样组合并安装到同一 个柜内，从而可拼装成不同容量的无功补偿装置，这种结构称为单元式结构单 元式结构具有结构紧凑、整洁美观、易于集约化生产，组装快捷方便，便于维修 维护等优点，其优越性是传统结构所无法比拟的采用的AXEDK型动态无功补偿监控终端采用多任务操作系统内核，实 现了微秒级的快速投切，主要应用于三相四线制的配电网，监测配电变压器、配 电线路运行状态和补偿电网无功可根据无功功率大小，功率因数和电压范围, 自动控制电容器投切进行补偿，能够有效地提高供电电压质量、提高配电网络的 安全稳定及经济运行水平安装示意图如图2）低压模块化动态无功补偿装置具有可靠性高、自动化程度高、电容控制 算法先进、具有保护和故障诊断功能等优点外，还具有显示功能及事件记录、统 计功能，安装维护方便，确保电网安全3.3.3其他控制器及开关元器件经过产品比较，控制器采用能抑制谐波干扰的ZYDK-12型无功补偿控制 器，投切开关采用晶闸管，每路加装7%电抗器可抑制5次次谐波对电容器的 不利影响，可有效改善电能质量，保证设备正常运行。

加配电抗器运行后在电容 器的两端电压会相应升高，所以电容器的额定电压等级也要相应提升才可使电容 器在额定电压下长期稳定可靠的运行图3模块安装示意图AXEWK型晶闸管开关是接受触发信号对电容器进行快速投切的电子型 功率器件该装置安装、接线、维护简单方便，投切电容快速安全，并H无机械 触点，无电弧重燃，避免了过电压的产生综上所述，设计方案如下：4谐波治理效果经与用户协商，昌乐天源管件铸造有限公司同意在配电室安装1台无功 补偿及有源电力滤波器装置6月份，经供电所人员进行设备安装、调试，设备 顺利投入使用无功补偿及有源电力滤波器装置使用之后，之前用户反映的问题再也未 岀现过，各台区用电稳定，屯气设备使用均正常即使在夜间，铸造厂中频炉投 入使用之后也未发生过电气设备异常事故，证明本次谐波治理取得了圆满成果 供电所又对天源管件铸造有限公司及天泰能源加气站附近检测谐波情况，结果显 示波形已正常如图4）图4检测波形图5结论谐波关系到电力客户的用电安全，谐波治理同样关系到电力企业的社会 形象随着大量电气设备的应用，不可避免还会出现谐波的问题，怎样正确面对 谐波源、如何因地制宜治理谐波以及如何与客户做好沟通治理，是每一个电力企 业都应面对的重要问题。

认识到这一点，谐波治理便不再是一道难题，反而会成 为电力企业巩固坚强电网的一种手段参考文献⑴中华人民共和国《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549 —93) •国家技术监督局 1994.3⑵《电能质量电压波动和闪变》GB 12326-2008.中华人民共和国国家质量监督检 验检疫总局.2008.6[3]许世辉，马志广，王东军，肖苏力•配电线路运行•中国电力出版社.2010.9作者简介刘学军：1970年10月，男，汉族，山东省潍坊市昌乐县，大学本科，配电线路 高级技师，国网山东昌乐县供电公司营丘供电所从事供电所技术工作。