智能電網之電力、電網諧波的危害

21ic智能電網：概述：

隨著科技的不斷進步，全球工業化的進程不斷加快，對各種原材料的需求也不斷增大，特別是鋼材的需求量正以十分迅猛的速度增長。在2004年中國鋼材產量達2.7億噸。成為世界上第二大鋼材生產國家，中國的鋼材廠家也不斷在發展壯大，而鋼廠的主要設備是由電弧煉鋼爐、變頻煉鋼爐和直流電動機等組成。從它的構成的原則就決定了這是占據大量功率及產生大量諧波的設備裝置。無功功率的增大及諧波的發生直接對電力系統造成嚴重污染。

一、無功功率的影響：

1、設備及線路損耗增大。無功功率的增加使總電流增大，使設備及線路損耗增加，用電量增加是顯而易見的。

2、增大設備容量。無功功率的增加會導致電流和視在功率的增大，從而使發電機、變壓器、用電設備的容量和導線容量增加，同時，電力用戶的起動及控制設備、測量儀表尺寸和規格也加大，增加了基建的投入。

3、線路的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量降低，影響其它設備的正常運行。

二、諧波的危害：

1、諧波使公用電網系統下設備元件產生了附加諧波損耗，降低了發電，輸電及用電設備的效率(導致用電量大增加)，大量的3次以上的諧波流過中性線路時，會使線路過熱損壞甚至發生火災。

2、諧波影響各種電氣設備的正常工作，諧波對電機的影響除了引起附加損耗外，還會引起機械振動、噪聲增加和過電壓;使變壓器局部，電容器、電纜等設備發熱。加速設備絕緣老化、減少使用壽命以至設備損壞報廢。

3、諧波的發生還會引起公用電網中局部的并聯諧振或串聯諧振，從而進一步引起諧波放大，使上述的危害大大增加。甚至還會引起嚴重電力事故。

4、諧波還會影響電氣線路中的保護元件，繼電器、自動系統裝置的誤操作，電氣測量儀表不準確等等。

5、諧波在注入電網系統后會對鄰近的通信信號產生干擾，影響一定范圍的通話質量。觸發電話鈴響，甚至在極端情況下，威脅通信設備和人員的安全。

綜上所述。無功功率增大和諧波放大對供電部門和用戶自身都造成極大的危害和損失，國家對諧波的治理制定了相應的控制標準《電能質量-公用電網諧波》(GB/T14549-93)，只有在國家允許的諧波含有量下供電部門才能對其正常供電。諧波含量超過國家標準所允許值的用電戶，供電部門對其采取經濟罰款和停止供電等措施。

針對冶煉行業的實際問題，一些冶煉廠家的基本目的是提高系統的功率因數采用安裝無功補償屏方法，通過對無功功率的調整，使用補償電容器對其進行補償以達到功率因數。無功補償屏是結構簡單、經濟優惠的特點，但本身存在較嚴重的缺陷：

1、產生的諧波電流直接疊加在電容器的基波電流上，使電容器電流有效值變大，本身的溫升增高，甚至引起過熱，而對電容器燒毀。

2、產生的諧波電壓直接疊加在電容器的基波電壓上，使電容器電壓峰值大大增加，諧波還使電容器在運行中發生的局部放電不能完成，這往往是使電容器最易損壞的主要原因。

3、因為使用的電容器中有可能與系統中發生諧振將諧波放大，這也是最大的危害，不僅對電容器本身造成損壞，嚴重時候還可能危及電網中的各類電氣設備、破環電網的正常使用。

直接采用電容補償的方法確實可以提高功率因數，減少無功損耗的優點，但對諧波治理卻沒有起到更好的作用，甚至有時與電網諧振點發生諧振而產生諧波放大(導致用電量大大增加)。在這樣的基礎下我公司研究開發出的消諧濾波補償裝置彌補了電容器補償屏的不足，且結構簡單、經濟高效。

消諧濾波補償裝置主要是由單調濾波器對諧波的抑制，而一個單調濾波器是由電容器、電抗器和電阻器等組成。電抗器的電感值選擇與電容器在某次諧波頻率上產生串聯諧振，形成低阻抗電路，該諧波電流大部份流入濾波器。對于基波頻率，濾波器仍同電容器一樣向系統提供功率因數補償，這也是一個傳統意義的電容器組。綜上所述，供電系統接入消諧濾波補償裝置后可以做到一舉三得。

1、濾除系統高次諧波，減少由諧波所產生的一切噪聲干擾和設備線路損耗，節省電能10%~30%左右。

2、同時對功率因數進行補償，使功率因數達到理想要求0.95以上(cosφ≥0.95)

3、安裝消諧濾波補償裝置不僅同時起到濾除高次諧波、提高功率因數。而且消諧濾波裝置的增加投入維護也很少，這樣既節約成本又減少耗電能。

三、消諧濾波補償裝置的經濟分析

以負載為500KW的鑄鋼車間為例，沒有安裝補償屏或消諧濾波補償裝置的鑄鋼車間一般功率因數都在(cosφ=0.6~0.7)之間，按負載率運行90%計算。

有功功率P=500×90%=450KW

視在功率S=640KVA

每月計算設備運行22天，每天工作12小時。

每月設備的耗電能：640×22×12=168960(度)

每月交納的電費費用：以現在每度電費價格為0.6元計算。168960×0.6=101，376(元)

根據水電部和國家物價局頒布《功率因數調整電費辦法》規定;按0.9為標準的功率因數調整電費標準規定功率因數為(cosφ=0.7)時月電費追加10%，功率因數為(cosφ≥0.95)時月電費下調0.75%。

實際功率因數為(cosφ=0.7)時500KW設備實際所交納電費費用為：

101376+101376×10%=111，513.6元。

投入濾波補償裝置后把鑄造車間的功率因數補償到0.95以上(cosφ≥0.95)，同時也對系統針對性的3、5、7、11、13次等各次諧波抑制到國家標準諧波GB/T14549-93《電能質量、公用電網諧波》所規定的諧波量值以下，達到電力部門諧波管理的驗收標準。避免供電部門對因用戶注入公用電網的諧波量不合格而限制用電、斷電的可能，減少由限制用電、斷電而避免的不必要經濟損失。

安裝消諧濾波補償裝置不僅濾除諧波，還能對其功率因數進行補償在功率因數補償上后還能節約一塊電能損耗的經濟費用，還是以負載為500KW的鑄鋼車間為例把功率因數提高到(cosφ=0.95)為標準，節約的電能損耗費用如下：

有功功率P=450KW

無功功率Q=148Kvar