工厂供电系统中谐波的危害与防治探讨

工厂供电系统中谐波的危害与防治探讨

作者：孙义广

来源：《科技与创新》2014年第24期

摘 要：随着电子和信息技术的发展，产生谐波的设备类型和数量都在快速增长，因此，必须消除谐波给生产、生活带来的危害。介绍了工厂供电系统中谐波的产生和危害，并提出了相应的防治措施，以供参考。

关键词：电力系统；低压配电系统；谐波问题；防治措施

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0077-02

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。随着电子技术的广泛应用和发展，工厂供配电系统中增加了大量的非线性负载。这些非线性负载在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，降低了电能质量。解决谐波问题，不仅能降低电能损耗，而且还能延长设备的使用寿命，改善电磁环境，提高产品的质量。 1 工厂企业电网中的谐波

随着现代化工厂生产的快速发展，电力负荷急剧增加，电网中的各种变频调速装置、整流器等的负荷容量在不断增长。大量电力电子功率器件和装置在电网中的广泛应用，在给工厂生产带来能量的同时，也给供电网电能质量造成严重的影响。大量的谐波和无功电流注入供电系统，造成系统效率低下，功率因数变差，并对其他设备和装置产生了扰动，严重威胁到电网的电能质量和电力设备的安全运行。因此，电能质量测试是电网安全运行评价和研究的一项重要内容，而谐波问题是最突出的问题。

选取工厂的低压供电系统，在0.4 kV侧测量电网的电压和电流。利用Fluke435电能质量分析仪进行谐波测试。电压测量情况如表1所示。

从表1中可以看出，电网电压已经超过国家标准规定的低压供电系统中0.4 kV系统电网电压畸变率不超过5%的限值。 电流测量情况如表2所示。

从表2中可以看出，工厂电网中存在5，7，11，13次谐波和电流波形，电网电流发生了明显的畸变。工厂电网电流畸变率如图2所示。

造成电流畸变现象的原因为企业采用的是6脉动的变流器给电机供电，其特征次谐波是h=6k±1（k为正整数）次，这与现场的实际情况吻合。

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现代化工厂企业供电系统中电能质量最突出和普遍的问题就是谐波，主要的谐波源有各种变频器、整流设备、晶闸管变流设备和一些用于节能的电子控制装置。谐波会给各种用电设备带来危害，轻则增加能耗，缩短设备寿命；重则造成严重的用电事故，直接威胁到工厂企业的正常生产。

2 工厂企业谐波治理措施

工厂供电系统中存在大量谐波，必然会随着电流在整个系统中流动，也就会影响到各种用电设备，给工厂企业生产带来极大的影响。因此，要采用相应措施消除谐波。 2.1 对谐波源进行改造

首先从产生谐波的根源入手，各种非线性元件是产生谐波的主要来源，因此，就要从电子装置入手，想办法减少谐波的产生。从测试中可以看出，加强变流的装置周期能够消减脉动次数，降低起伏幅值的大小，进而减少谐波源。采用这种方法就一定要使用波段测试装置，从技术角度干预异常波段。同时，还要在供电系统中应用高频率因数整流器，以自动改造谐波源。 2.2 滤波器的选择

滤波器主要分为无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器是传统的谐波补偿装置，无源滤波器具有结构简单、工作可靠、投资较少、基本上不需要维护等优点，目前在老旧工厂企业中已有部分应用。但其存在体积大、易造成电压鼓包和电网电压恶化等缺点。随着现代电力电子技术的不断发展，人们将滤波的研究方向转向了有源滤波器。

有源滤波器采用了先进的谐波电流检测技术，可实时检测谐波电流，通过瞬时电流控制，实现谐波电流的动态补偿。有源滤波器可以自动跟踪电网谐波电流的变化，具有高度的可控性和快速响应性。

有源电力滤波器的主电路主要由逆变电路、电感和直流侧储能元件组成。补偿电流主要由有源电力滤波器提供。针对工厂企业供电系统各配电间配电容量较小和各处谐波电流大小不一的情况，考虑开发小容量模块化有源滤波器，灵活配置后，可对工厂企业供电系统产生的谐波起到很好的治理作用。

模块化源滤波器采用的是先进的数字化控制系统，单模块输出能力较小，但可以针对不同的供电系统配置不同数量的模块。这样就可以实现设备的灵活配置，实现资源的合理利用。 据此，可以为工厂企业的供电系统配置2个30 A的模块化有源滤波器，采用主从控制方式，实时、高效地补偿电网谐波。这样就可以弥补机柜式有源滤波器不易安装、体积较大的缺点。

2.3 动态补偿一体化

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动态补偿一体化就是将无功发生器中自换相的桥式变流电路通过电抗或者直接与供电系统并联，其内部的智能控制单元就能够获取无功补偿。自动调节桥式电路输出的交流电压相位与幅值可使输送进供电系统中的电压处于正弦波形式。这种方式有效发挥了动态补偿和质量谐波的作用。 3 结束语

综上所述，使用2个30 A的模块化有源滤波器来防治谐波是有效的。谐波治理和节能技术大大提高了设备运行的可靠性，降低了企业的用电量，提高了企业的核心竞争力。 参考文献

[1]孙苑.低压供电系统谐波治理技术[J].科技与创新，2014（02）.

[2]段永强.地铁供电系统谐波的分析及治理[J].城市轨道交通研究，2012（06）. [3]林嵩.工厂企业10 kV谐波治理方案设计[D].广州：华南理工大学，2013（11）. 〔编辑：王霞〕