應(yīng)龍　劉曉松

摘要：10kV配電是電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，在10kV配電網(wǎng)中，由于其相關(guān)線路比較密集，因此在電網(wǎng)運(yùn)行中容易產(chǎn)生較大的能源損耗，對(duì)于電網(wǎng)的節(jié)能與平穩(wěn)運(yùn)行具有一定的阻礙性與制約性。文章分析了10kV配電網(wǎng)中諧波產(chǎn)生原因，并探討了10kV配電線路諧波治理和節(jié)能損耗情況，以便快速提升我國(guó)電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；諧波治理；節(jié)能降損；電網(wǎng)系統(tǒng)；能源損耗 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文章編號(hào)：1009-2374（2015）36-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.039

10kV配電作為電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，其節(jié)能損耗與線路諧波對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著比較直接的影響，而且還會(huì)給人們的日常生活帶來(lái)不便之處。諧波不僅會(huì)對(duì)電氣設(shè)備以及通信系統(tǒng)造成一定程度的損壞與影響，而且還容易造成大量的電能浪費(fèi)，更甚者是其可造成供電事故，危及到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。隨著人們生活水平的不斷提升，為進(jìn)一步確保我國(guó)電能質(zhì)量與當(dāng)下的發(fā)展需求相符合，改造諧波系統(tǒng)以及進(jìn)行節(jié)能損耗研究已經(jīng)成為電力部門(mén)必須重視與亟需解決的問(wèn)題。

1 治理諧波案例分析

以某制管企業(yè)為分析案例，鍍鋅鋼管是該企業(yè)的主要生產(chǎn)產(chǎn)品。該企業(yè)有8臺(tái)配電的變壓器，其總?cè)萘磕軌蜻_(dá)到10000kVA。此企業(yè)的側(cè)電壓（低壓）諧波畸變高達(dá)6.4%，已經(jīng)嚴(yán)重超出基本標(biāo)準(zhǔn)的28%。該企業(yè)的功率因數(shù)通常在0.78左右。其用電設(shè)備主要以高頻設(shè)備為主，因此，該企業(yè)的諧波問(wèn)題比較嚴(yán)重，導(dǎo)致電容器燒毀的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。針對(duì)這樣的現(xiàn)狀問(wèn)題，做出如下治理諧波措施：根據(jù)用電設(shè)備和企業(yè)實(shí)際諧波情況，通過(guò)分析、計(jì)算和仿真操作，整個(gè)濾波補(bǔ)償相關(guān)裝置最后安裝容量達(dá)到了450kvar，其中每一套安裝的濾波器中均有5次模式的濾波柜1個(gè)、7次模式的濾波柜1個(gè)、11次模式的濾波柜1個(gè)。通過(guò)上述操作，該企業(yè)安裝了濾波設(shè)備以及無(wú)功補(bǔ)償?shù)南鄳?yīng)裝置，該企業(yè)變壓器的側(cè)電壓（低壓）可以有效提升6%，其功率因數(shù)也可以提升至0.95，企業(yè)總的電壓畸變發(fā)生率也降低至2%及以下，這樣一來(lái)，不僅提升了企業(yè)的電能質(zhì)量，而且也明顯減少了線損情況的發(fā)生。通過(guò)節(jié)省電能和減少無(wú)功罰款的措施就可以每年為該公司節(jié)省180萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)支出，其中因安裝濾波裝置進(jìn)行的投資金額為239萬(wàn)元，只需要1～2年的時(shí)間便可以收回成本。除此之外，也在很大程度上提高了用電用戶的電壓質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。

2 治理諧波與節(jié)能降損之間的聯(lián)系

在很多重工業(yè)比較集中的區(qū)域，比如以制管、軋鋼、鋼鐵冶煉等為支柱性核心產(chǎn)業(yè)的企業(yè)，為滿足經(jīng)濟(jì)利益的快速增長(zhǎng)，企業(yè)中的用電設(shè)備通常會(huì)使用較多的高頻設(shè)備，因此諧波問(wèn)題比較嚴(yán)重。企業(yè)的非線性性質(zhì)的大量負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)產(chǎn)生過(guò)量的諧波，最終引發(fā)電流波形以及電壓出現(xiàn)畸變，這樣一來(lái)不僅會(huì)影響電能質(zhì)量，而且會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成電能損耗的后果。同時(shí)，繼電相應(yīng)保護(hù)裝置在被諧波干擾的情況下，很容易影響到正常的操作，一旦產(chǎn)生錯(cuò)誤操作，便會(huì)產(chǎn)生安全隱患甚至引發(fā)安全事故。同時(shí)，諧波會(huì)危害到電容器的正常運(yùn)行，進(jìn)而對(duì)無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)生影響。因此，只要對(duì)高次諧波進(jìn)行濾除就可以?xún)艋械挠秒姯h(huán)境，進(jìn)而減少諧波產(chǎn)生的電流在企業(yè)輸、配電以及用電設(shè)備中的熱量，避免有功功率的浪費(fèi)，最終降低線損。除此之外，通過(guò)電容器以及電抗器進(jìn)行串聯(lián)生成了濾波回路，因此，在濾波時(shí)可向電網(wǎng)中進(jìn)行容性無(wú)功的注入，這樣一來(lái)便抵消了無(wú)功電流，提升了企業(yè)配電設(shè)備自身的容量。同時(shí)，補(bǔ)償無(wú)功功率也可以提高企業(yè)末端電網(wǎng)部分的電壓，進(jìn)而提升電能質(zhì)量。

3 在10kV配電網(wǎng)中諧波產(chǎn)生的原因

一般情況下，電力系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)變或時(shí)不變的電力負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同工頻的電壓或電流，就是電力諧波。其產(chǎn)生的原因主要包括以下兩點(diǎn)：（1）由于受變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)等相關(guān)電力設(shè)備所造成的影響，使得電網(wǎng)自身就攜帶一定的諧波；（2）電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波，如電石爐、整流裝置、非線性元件、變頻裝置等。其中，諧波的損害主要表現(xiàn)在以下四方面：（1）對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，影響電動(dòng)機(jī)效率和正常運(yùn)行；（2）對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生消退的影響；（3）對(duì)通信系統(tǒng)以及通信設(shè)備的影響，容易引起局部諧振；（4）增加變壓器和線路損耗，容易出現(xiàn)供電事故。此外，也會(huì)對(duì)公網(wǎng)產(chǎn)生不利影響等。

4 有效治理諧波的重要策略

對(duì)于電力系統(tǒng)而言，抑制諧波，即采取措施減少或清除注入電力系統(tǒng)中諧波的電流，進(jìn)而將電壓有效控制在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)前，我國(guó)治理諧波的主要途徑是集中治理電網(wǎng)、安裝有源濾波以及無(wú)源濾波相應(yīng)裝置等，現(xiàn)階段則主要以無(wú)源治理方式的應(yīng)用比較成熟。在當(dāng)前采取的抑制諧波策略中，由于考慮到經(jīng)濟(jì)成本的投入，無(wú)源濾波裝置的使用比較廣泛，主要包括無(wú)源并聯(lián)以及串聯(lián)方式的兩種濾波器。雖然有源濾波裝置具有更好的濾波效果，但因受到成本過(guò)高的影響而未實(shí)現(xiàn)廣泛使用。其中，有效治理諧波的重要策略主要包括如下四個(gè)方面：

4.1 縝密規(guī)劃對(duì)整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)電網(wǎng)諧波的治理工作

由于線路中的很多設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波，這些諧波會(huì)對(duì)保護(hù)過(guò)電壓的設(shè)備產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備難以正常運(yùn)行，在日積月累的情況下，還會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。因此，相關(guān)單位應(yīng)該提高治理諧波的重視度，對(duì)整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)電網(wǎng)諧波的治理工作進(jìn)行縝密規(guī)劃。一方面，電力單位應(yīng)該安排專(zhuān)業(yè)的工作人員統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)內(nèi)的所有設(shè)備，并仔細(xì)分析不同設(shè)備產(chǎn)生的不同諧波類(lèi)型，按照諧波的影響種類(lèi)和大小進(jìn)行相應(yīng)的治理。比如，隔離、設(shè)置諧波過(guò)濾的相應(yīng)裝置、控制諧波產(chǎn)生的源頭等，只有控制諧波減少對(duì)保護(hù)過(guò)電壓設(shè)備的影響，才能促使設(shè)備的正常運(yùn)行。另一方面，由于直流模式的電動(dòng)機(jī)中小于250kW的設(shè)備相比較于變頻模式的電動(dòng)機(jī)而言更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，在利益的驅(qū)使下，很多客戶更愿意選擇使用直流模式的電動(dòng)機(jī)，比如熱軋產(chǎn)業(yè)客戶等。客戶為有效地提高自身產(chǎn)品的質(zhì)量，大部分愿意安裝消諧裝置。但是，對(duì)于很多中小企業(yè)而言，其非線性性質(zhì)的負(fù)荷，其變頻模式的電動(dòng)機(jī)多為小容量，由于企業(yè)自身在設(shè)備上的投資并不大，如果要求企業(yè)安裝消諧裝置，通常情況下企業(yè)主并不愿意實(shí)施。同時(shí)，部分產(chǎn)生諧波的企業(yè)認(rèn)為只要諧波含量不對(duì)企業(yè)其他電器帶來(lái)危害便不必進(jìn)行處理的問(wèn)題也較為常見(jiàn)。對(duì)于變電站中的10kV母線而言，其不僅對(duì)一家非線性性質(zhì)的負(fù)荷企業(yè)進(jìn)行電力供應(yīng)，即使其中的部分企業(yè)安裝了濾波器，便僅可以吸收部分非線性性質(zhì)負(fù)荷的機(jī)器設(shè)備所發(fā)出的諧波。同時(shí)，對(duì)于多布點(diǎn)、小容量以及分布密集的諧波源，要求所有客戶統(tǒng)一安裝并使用濾波器具有較大的難度，基于上述情況的分析，變電站應(yīng)對(duì)多諧波來(lái)源點(diǎn)進(jìn)行集中治理，進(jìn)而達(dá)到更好的治理效果。

4.2 根據(jù)實(shí)際需要選擇適宜的消諧裝置

相比較高壓消諧設(shè)備而言，低壓消諧設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，更便于維護(hù)工作的開(kāi)展，對(duì)于分散的補(bǔ)償點(diǎn)，很容易進(jìn)行隨器補(bǔ)償，但因占地面積比較大，與同容量配置的消諧裝置比較，低壓消諧設(shè)備使用的耗材比較多，產(chǎn)生的造價(jià)也比較高。采用高壓裝置則更為容易的進(jìn)行集中補(bǔ)償，進(jìn)而對(duì)次數(shù)不同的諧波集中實(shí)施治理。除此之外，相關(guān)單位應(yīng)該做好對(duì)供電系統(tǒng)和環(huán)境的改善工作，根據(jù)實(shí)際情況盡量實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載之間的平衡性，也可在一定程度上控制諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響。

4.3 通過(guò)無(wú)源濾波的相應(yīng)治理技術(shù)抑制諧波

無(wú)源濾波的諧波治理模式是通過(guò)匹配電容以及電感，對(duì)產(chǎn)生的諧波實(shí)現(xiàn)并聯(lián)低阻模式的通路，進(jìn)而阻止諧波流入系統(tǒng)，具體操作過(guò)程為：首先開(kāi)展測(cè)試諧波的試驗(yàn)，對(duì)諧波源的相應(yīng)客戶進(jìn)行確定，然后為諧波客戶建立好相應(yīng)的檔案，之后先選取部分客戶進(jìn)行諧波的試點(diǎn)治理，根據(jù)治理結(jié)果完成試點(diǎn)評(píng)估的工作，再制定出治理諧波的長(zhǎng)期性工作規(guī)劃，針對(duì)不同的治理客戶，應(yīng)選擇適宜的治理模式，并分步進(jìn)行推廣和應(yīng)用。無(wú)源濾波設(shè)備由于經(jīng)濟(jì)成本比較低，因此得以在無(wú)功補(bǔ)償和抑制諧波中廣泛使用，同時(shí)采用無(wú)源濾波設(shè)備還具有效率高、容量大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及便于維護(hù)的特點(diǎn)，通常情況下可以實(shí)現(xiàn)80%的濾波率。無(wú)源濾波設(shè)備的特性主要由阻抗比和決定，因此為提升治理質(zhì)量和有效減少線損的問(wèn)題，在選擇治理地點(diǎn)時(shí)應(yīng)該選擇在產(chǎn)生諧波源的發(fā)生地點(diǎn)。該種治理模式更為適合在數(shù)量單一和容量較大的諧波源中使用。

4.4 通過(guò)有源濾波的相應(yīng)治理技術(shù)抑制諧波

有源濾波的諧波治理模式有源濾波諧波治理裝置主要是由電力電子的各個(gè)元件所組成的電路，主要是利用相應(yīng)的電子裝置對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)需要產(chǎn)生具有相同幅值、相反相位的另外一組諧波，進(jìn)而起到抵消系統(tǒng)自身諧波的作用。采用有源濾波的諧波治理模式相比較無(wú)源濾波的諧波治理模式而言就有更好的治理效果和動(dòng)作迅速的特點(diǎn)，通常情況下可以實(shí)現(xiàn)95%的濾波率。但是，采用有源濾波的諧波治理模式具有設(shè)備成本高以及容量小等不足。由于成本較高，在受到經(jīng)濟(jì)利益的影響下，很多治理諧波的客戶并不愿意采用有源濾波器，因此，通過(guò)有源濾波的相應(yīng)治理技術(shù)抑制諧波難以得到廣泛使用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)綜合實(shí)力不斷發(fā)展的情況下，人們對(duì)于電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。在10kV配電網(wǎng)中，諧波治理與節(jié)能損耗是改善電能質(zhì)量的重要方法，同時(shí)也是確保我國(guó)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要前提條件。因此，在10kV配電網(wǎng)中，相關(guān)單位一定要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)濾波系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，不僅可大幅度提升相關(guān)電力設(shè)備的使用壽命，而且還可進(jìn)一步提升電能的有效利用率。在10kV配電網(wǎng)節(jié)能損耗中，應(yīng)該不斷引入先進(jìn)的技術(shù)，并對(duì)相關(guān)的電力設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以此來(lái)全面改進(jìn)10kV配電網(wǎng)節(jié)能損耗技術(shù)，繼而為促進(jìn)我國(guó)電能質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：應(yīng)龍（1964-），男，浙江義烏人，國(guó)網(wǎng)浙江義烏市供電公司電力工程師，研究方向：用電管理與監(jiān)察。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）