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谐波治理与节能降损 ——山东省齐河县电业公司 马训福 王德胜 　　在理想情况下，优质的电力供应应该提供具有平滑的正弦波形的电压、电流，但在实际应用中供电电压的波形会由于某些原因偏离正正弦形，即产生谐波谐波是指一些频率为基波频率（即频率为50Hz）整数倍的正弦波分量，又称高次谐波 　　1概述　　在理想情况下，优质的电力供应应该提供具有平滑的正弦波形的电压、电流，但在实际应用中供电电压的波形会由于某些原因偏离正正弦形，即产生谐波谐波是指一些频率为基波频率（即频率为50Hz）整数倍的正弦波分量，又称高次谐波供电系统中产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备（又称非线性负荷）如电抗器、气体放电灯、炼钢电弧炉以及各种电力变流器等设备供电的结果，非线性负荷工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压电流产生畸变，从而影响供电质量因此，谐波是电力质量的重要指标之一　　谐波的危害表现为以下几个方面：一是增加发、输、供和用电设备的附加损耗，是设备过热，降低设备的效率，尤其对输电线路影响很大由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随着频率的升高而增加，在集肤效应的作用下，谐波电流使输电线路的附加损耗增加。

谐波还使三相供电系统中的中性线的电流增加，导致中性线过载，由于输电线路存在着分布的线路电感和对地电容，它们与产生谐波的设备组成串联回路或并联回路，在其他线路参数配合下会发生串联谐振或并联谐振，导致谐波电压升高、谐波电流增大，造成局部绝缘老化甚至发生击穿的事故二是影响继电保护和自动装置的工作和可靠性；三是使测量和计量仪器的指示和计量不准确；四是干扰通讯系统的工作；五是影响用电设备正常工作，谐波会使电视机、计算机的图形发生畸变，画面亮度发生波动变化，机内原件出现过热，计算机及数据处理系统出现错误；对于采用晶闸管的变速装置，谐波可能使晶闸管误动作或触发控制回路工作不稳定、触发不对称等　　所以供电系统中的谐波问题已引起各界尤其是供电部门的广泛关注，为保障电气、电子设备能在电磁兼容意义的基础上正常运行工作，必须采取有力措施抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果现以齐河县35kV工业4#线用户远大重熔钢有限公司为例分析谐波治理在节能降损中的作用　　2谐波治理实例　　2007年1月35kV工业4#线线损率突然升高到18.5%，4月底线损统计计算结果35kV工业4#线线损率升至25.5%，经现场计量测量和分析，排除用户窃电行为和计量差错现象，根据该线路用户用电设备性质初步认定线损率居高不下的原因为谐波所致。

我公司线损管理人员会同保定市久鼎电力设备有限公司有关技术人员对远大重熔钢有限公司变电站有关参数进行了实地测量，测量结果显示该用户用电功率因数在0.65-0.85之间波动，谐波含量近20%，谐波成分的高含量成为35kV工业4#线线损率居高不下的主要原因　　远大重熔钢公司共有2台变压器，分别定义为1#变压器、2#变压器　　2.1测量参数　　2.1.11#变压器参数(三相参数基本一致，以下部分以A相为例说明）　　2.1.1.1电压、电流有效值及波形图　　图2.1.1.1　　2.1.1.2电压频谱图　　图2.1.1.2　　2.1.1.3电流频谱图　　图2.1.1.3　　2.1.1.4三相功率曲线　　图2.1.1.4　　红线:实在频率,黑线:有功功率,蓝线:无功功率,灰线:功率因数　　2.1.1.5功率因数曲线　　图2.1.1.5　　2.1.1.6电压电流有效值曲线　　图2.1.1.6　　2.1.1.7谐波变化曲线(以A相为例)　　图2.1.1.7　　数据总结:（1）在变压器输出电流1033A时为较大功率状态,此时的电压、电流波形严重畸变，见图2.1.1.1　　（2）此时谐波电压总畸变为8.5%，高于3%的国家推荐标准，谐波电流总畸变率为20.4%。

　　特征谐波电流（6k1次谐波电流）有效值和含有率为（参见图2.1.1.2、图2.1.1.3）：　　（3）生产过程中的谐波特性基本不变，以5次谐波、7次、11次谐波为主，高次谐波比率较小参见图2.1.1.7　　（4）功率因数较高，正产值0.75-0.94　　（5）正常生产时无功功率变化范围：150kVar-400kVar　　2.1.22#变压器参数测量（三相参数基本一致，以A相为例说明）　　2.1.2.1电压电力有效值及波形图　　图2.1.2.1　　2.1.2.2电压频谱图　　图2.1.2.2　　2.1.2.3电流频谱图　　图2.1.2.3　　2.1.2.4三相功率曲线　　图2.1.2.4红线：视在功率，黑线：有功功率，蓝线：无功功率，灰线：功率因数　　2.1.2.5功率因数曲线　　图2.1.2.5　　2.1.2.6电压电流有效值曲线　　图2.1.2.6　　2.1.2.7谐波变化曲线（以A相为例）　　图2.1.2.7　　数据总结:（1）在变压器输出电流841A时为较大功率状态,此时的电压、电流波形严重畸变，见图2.1.2.1　　（2）此时谐波电压总畸变为9.0%，高于3%的国家推荐标准，谐波电流总畸变率为24.3%。

　　特征谐波电流（6k1次谐波电流）有效值和含有率为（参见图2.1.2.2、图2.1.2.3）：　　（3）生产过程中的谐波特性基本不谐波次数有效值（A）含有率（%）基波822100515519.47648.011627.813324.017374.919192.423283.525121.5变，以5次谐波、7次、11次谐波为主，高次谐波比率较小参见图2.1.2.7　　（4）功率因数较高，正常生产时0.64-0.80　　（5）正常生产时无功功率变化范围：260kVarr-420kVar　　2.2治理方案　　2.2.11#、2#变压器滤波补偿方案　　2.2.1.1一次系统设备参数变压器型号规格短路阻抗中频炉型号规格加工工艺1#变S11-1250/35-35-0.46.27%JPS型熔炼废钢2#变S11-1250/35-35-0.46.41%JPS型熔炼废钢　　2.2.2.2初步设计方案：　　设计依据：现有负荷P=720KW；Q=300kVar；　　HRi（%）=｛5，7，11，13，17，19，23，25次｝=｛22，9.0，6.3，5.9，4.0，4.0，2.7，2.6｝　　计算增加负荷：视在容量：500kVar，自然功率因数：0.7。

　　2.2.2.3方案一：　　总装机容量：1000KVARr/590V;　　Qe=｛600,180,120,100｝(kVarr/590V);　　仿真结果：过流系数=｛78.73，80.84，88.45，87.39｝（%）；（允许130%）；　　过压系数=｛82.41，79.95，78.89，78.67｝（%）；（允许110%）；　　现有正常生产工况条件下：THDu9.412→2.45%，cosψ=-0.985；　　增加2.2.2.3中计算增加负荷后cosψ≥0.98　　方案二：　　总装机容量：880kVar/590V;　　Qe=｛420,140,120,100｝(kVar/590V);　　仿真结果：过流系数=｛87.51，88.51，89.80，88.36｝（%）；（允许130%）；　　过压系数=｛97.79，83.59，79.89，79.88｝（%）；（允许110%）；　　现有正常生产工况条件下：THDu9.412→2.6824%，cosψ=-0.999；　　增加2.2.2.3中计算增加负荷后cosψ≥0.97　　2.2.2.4经研究选择补偿方案一，XWZ-35成套补偿装置谐波治理及补偿原理示意图:　　2.3补偿后参数测试　　2.3.1三相电压电流波形图、频谱图(以A相为例)　　1#主变　　2#主变　　图2.3.1　　2.3.2数据总结：谐波治理后，功率因数在0.9-0.97之间波动；此时1#主变谐波电压总畸变为0.9%，谐波电流总畸变率为1.8%；2#主变谐波电压总畸变率0.2%，谐波电流总畸变率1.1%，均符合国家标准。

　　2.4补偿后效益分析　　2.4.1提高功率因数后的直接经济效益：减少力率调整电费由于谐波治理前远大公司平均功率因数在0.65-0.80之间波动，根据每月实际用电量计算，每月缴纳2.8万元至5.5万元的力率调整电费谐波治理后，平均功率因数上升到0.9以上，供电部门每月根据实际情况给予远大公司一定的奖励，解决了力率电费问题以2007年上半年未治理谐波时的电费为基数计算谐波治理为远大公司带来的直接经济效益情况如下表：月度用电量（kWh）电费金额（元）功率因数力调系数力调电费（元）直接效益（元）治理前治理后治理前治理后治理前治理后10.770.958%-0.75%28105-28233092820.850.952.5%-0.75%8463-27201118330.820.954%-0.75%15250-32431849340.820.954%-0.75%14753-31381789150.800.955%-0.75%17810-30302084060.810.954.5%-0.75%17727-335221079合计----------------　　说明:表中,功率因数自0.9及以下，每降低0.01，电费增加0.5%，功率因数自0.7以下，每降低0.01，电费增加1%。

补偿后按功率因数0.95计算，力调系数按-0.75%计算　　2.4.2电网效益2007年8月份谐波治理完成后35kV4#工业线线损率下降到1.55%，按2007年1月份供电量350万kWh计算，每月减少线路损耗：350（18.5%-1.55%）=57.575（万kWh）　　电费单价按35kV一般工商业0.6871元/kWh计算，供电部门在补偿后每月可实现节能降损效益：57.5750.6871=38.56（万元）　　3结论谐波治理对供电部门和用户是一件双利双惠之举，既因功率因数降低，使用户减少缴纳力调电费而为远大公司带来可观的直接经济效益，又为电网安全经济运行、降低供电损耗提供有力的辅助条件，使供电部门实现节能降损效益同时，因谐波的治理，提高了供电质量，为同网的其他用户提供安全、稳定的运行电压　　笔者在此建议：一是供电部门对新上用户的用电设备和负荷性质在送电前进行严格检查，如属于谐波源设备，要督促用户增加谐波滤波设备，净化供电环境，二是政府部门出台有关法律法规，把谐波和高频电磁辐射一样纳入电磁污染范畴，实施强制性治理，为谐波治理工作提供法律后盾　　联系人：马训福 ：　　地址：山东省齐河县电业公司（迎宾路46号）　　邮编：。