智能電網(wǎng)之電力、電網(wǎng)諧波的危害

21ic智能電網(wǎng)：概述：

隨著科技的不斷進(jìn)步，全球工業(yè)化的進(jìn)程不斷加快，對(duì)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(chǎn)量達(dá)2.7億噸。成為世界上第二大鋼材生產(chǎn)國家，中國的鋼材廠家也不斷在發(fā)展壯大，而鋼廠的主要設(shè)備是由電弧煉鋼爐、變頻煉鋼爐和直流電動(dòng)機(jī)等組成。從它的構(gòu)成的原則就決定了這是占據(jù)大量功率及產(chǎn)生大量諧波的設(shè)備裝置。無功功率的增大及諧波的發(fā)生直接對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染。

一、無功功率的影響：

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

2、增大設(shè)備容量。無功功率的增加會(huì)導(dǎo)致電流和視在功率的增大，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器、用電設(shè)備的容量和導(dǎo)線容量增加，同時(shí)，電力用戶的起動(dòng)及控制設(shè)備、測量儀表尺寸和規(guī)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(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量降低，影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行。

二、諧波的危害：

1、諧波使公用電網(wǎng)系統(tǒng)下設(shè)備元件產(chǎn)生了附加諧波損耗，降低了發(fā)電，輸電及用電設(shè)備的效率(導(dǎo)致用電量大增加)，大量的3次以上的諧波流過中性線路時(shí)，會(huì)使線路過熱損壞甚至發(fā)生火災(zāi)。

2、諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，諧波對(duì)電機(jī)的影響除了引起附加損耗外，還會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)、噪聲增加和過電壓;使變壓器局部，電容器、電纜等設(shè)備發(fā)熱。加速設(shè)備絕緣老化、減少使用壽命以至設(shè)備損壞報(bào)廢。

3、諧波的發(fā)生還會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，從而進(jìn)一步引起諧波放大，使上述的危害大大增加。甚至還會(huì)引起嚴(yán)重電力事故。

4、諧波還會(huì)影響電氣線路中的保護(hù)元件，繼電器、自動(dòng)系統(tǒng)裝置的誤操作，電氣測量儀表不準(zhǔn)確等等。

5、諧波在注入電網(wǎng)系統(tǒng)后會(huì)對(duì)鄰近的通信信號(hào)產(chǎn)生干擾，影響一定范圍的通話質(zhì)量。觸發(fā)電話鈴響，甚至在極端情況下，威脅通信設(shè)備和人員的安全。

綜上所述。無功功率增大和諧波放大對(duì)供電部門和用戶自身都造成極大的危害和損失，國家對(duì)諧波的治理制定了相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)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(duì)其正常供電。諧波含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)所允許值的用電戶，供電部門對(duì)其采取經(jīng)濟(jì)罰款和停止供電等措施。

針對(duì)冶煉行業(yè)的實(shí)際問題，一些冶煉廠家的基本目的是提高系統(tǒng)的功率因數(shù)采用安裝無功補(bǔ)償屏方法，通過對(duì)無功功率的調(diào)整，使用補(bǔ)償電容器對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償以達(dá)到功率因數(shù)。無功補(bǔ)償屏是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠的特點(diǎn)，但本身存在較嚴(yán)重的缺陷：

1、產(chǎn)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(duì)電容器燒毀。

2、產(chǎn)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(yùn)行中發(fā)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?yàn)槭褂玫碾娙萜髦杏锌赡芘c系統(tǒng)中發(fā)生諧振將諧波放大，這也是最大的危害，不僅對(duì)電容器本身造成損壞，嚴(yán)重時(shí)候還可能危及電網(wǎng)中的各類電氣設(shè)備、破環(huán)電網(wǎng)的正常使用。

直接采用電容補(bǔ)償?shù)姆椒ù_實(shí)可以提高功率因數(shù)，減少無功損耗的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)諧波治理卻沒有起到更好的作用，甚至有時(shí)與電網(wǎng)諧振點(diǎn)發(fā)生諧振而產(chǎn)生諧波放大(導(dǎo)致用電量大大增加)。在這樣的基礎(chǔ)下我公司研究開發(fā)出的消諧濾波補(bǔ)償裝置彌補(bǔ)了電容器補(bǔ)償屏的不足，且結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)高效。

消諧濾波補(bǔ)償裝置主要是由單調(diào)濾波器對(duì)諧波的抑制，而一個(gè)單調(diào)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(chǎn)生串聯(lián)諧振，形成低阻抗電路，該諧波電流大部份流入濾波器。對(duì)于基波頻率，濾波器仍同電容器一樣向系統(tǒng)提供功率因數(shù)補(bǔ)償，這也是一個(gè)傳統(tǒng)意義的電容器組。綜上所述，供電系統(tǒng)接入消諧濾波補(bǔ)償裝置后可以做到一舉三得。

1、濾除系統(tǒng)高次諧波，減少由諧波所產(chǎn)生的一切噪聲干擾和設(shè)備線路損耗，節(jié)省電能10%~30%左右。

2、同時(shí)對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，使功率因數(shù)達(dá)到理想要求0.95以上(cosφ≥0.95)

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

三、消諧濾波補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)分析

以負(fù)載為500KW的鑄鋼車間為例，沒有安裝補(bǔ)償屏或消諧濾波補(bǔ)償裝置的鑄鋼車間一般功率因數(shù)都在(cosφ=0.6~0.7)之間，按負(fù)載率運(yùn)行90%計(jì)算。

有功功率P=500×90%=450KW

視在功率S=640KVA

每月計(jì)算設(shè)備運(yùn)行22天，每天工作12小時(shí)。

每月設(shè)備的耗電能：640×22×12=168960(度)

每月交納的電費(fèi)費(fèi)用：以現(xiàn)在每度電費(fèi)價(jià)格為0.6元計(jì)算。168960×0.6=101，376(元)

根據(jù)水電部和國家物價(jià)局頒布《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》規(guī)定;按0.9為標(biāo)準(zhǔn)的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定功率因數(shù)為(cosφ=0.7)時(shí)月電費(fèi)追加10%，功率因數(shù)為(cosφ≥0.95)時(shí)月電費(fèi)下調(diào)0.75%。

實(shí)際功率因數(shù)為(cosφ=0.7)時(shí)500KW設(shè)備實(shí)際所交納電費(fèi)費(fèi)用為：

101376+101376×10%=111，513.6元。

投入濾波補(bǔ)償裝置后把鑄造車間的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上(cosφ≥0.95)，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)針對(duì)性的3、5、7、11、13次等各次諧波抑制到國家標(biāo)準(zhǔn)諧波GB/T14549-93《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》所規(guī)定的諧波量值以下，達(dá)到電力部門諧波管理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。避免供電部門對(duì)因用戶注入公用電網(wǎng)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(jīng)濟(jì)損失。

安裝消諧濾波補(bǔ)償裝置不僅濾除諧波，還能對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償在功率因數(shù)補(bǔ)償上后還能節(jié)約一塊電能損耗的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，還是以負(fù)載為500KW的鑄鋼車間為例把功率因數(shù)提高到(cosφ=0.95)為標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約的電能損耗費(fèi)用如下：

有功功率P=450KW

無功功率Q=148Kvar