技术与市场 ２０１８年第２５卷第２期 技术应用 电力系统谐波的危害及其抑制措施 马学工 （广西农垦糖业集团金光制糖有限公司，广西南宁５３００４２） 摘要：糖厂电力系统在工作运行过程中可能会受到谐波影响进而影响生产效率，所以应该结合自身电力系统谐波危害 影响现状来积极采用谐波治理技术，实现谐波有效抑制。以某糖厂为背景，探讨他们的厂内电力系统应用设计方案，明 确其方案中系统电力设备所受到的谐波危害影响，并讨论抑制措施。 关键词：糖厂电力系统；谐波危害；潮流分布；设备影响；抑制措施 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１８．０２．０３２ ０ 引言 ２糖厂电力系统谐波危害影响问题分析 在糖厂电力系统中，谐波危害是必须要解决的问题之一， 如上文所述，该糖厂主压榨车间的电力系统谐波危害影响 我国制糖行业目前就需要解决这一问题，填补传统中谐波治理 的技术空白。特别是在我国人世以后，供用电标准已经正式改 较为严重，多台电力系统设备都存在谐波干扰问题，例如它的 ４台电机传动设备和４台脉冲全控桥整流装置，它们也形成了 该糖厂电力系统中的谐波主要构成源头。从对电力系统的调 查结果来看，车间内的谐波干扰为潮流分布形式，却存在不同 谐波频率分量的谐波潮流，最为严重的就包括了５次谐波与７ 次谐波。根据调查发现其谐波的发起端为发电机装置，末端为 各个用电设备，也包括压榨车间中的某些并联补偿设备。对其 谐波的功率进行分析，发现其始端谐波处于非正弦电流用电设 为国际电工的ＩＥＣ标准，在电气设计上整体与发达国家接轨， 所以制糖行业在未来更要正视谐波问题，以衡量供用电质量指 标为基准来解决当前谐波治理困境。 １ 糖厂电力系统应用现状 该糖厂电力车间采用联合厂房设计，其负荷分布相对集 中，其中配备了１台５００ ｋＷ的汤加撕裂机，它的额定电压供电 为６．３ ｋＶ，其余设备均为４００ ｋＷ。从整体来看，该糖厂的整体 装机容量达到８ ０００ ｋＷ，计算负荷４ ０００ ｋＷ，发电机容量则控 制在４ ５００～５ ０００ ｋＷ范围内。以下简要阐述该糖厂电力系统 应用的主要方案。 １．１ 糖厂电力系统应用方案 备中，即存在于整流设备中。而末端则位于其它用电设备中。 但无论是始端还是末端亦或是中间环节，电力系统整体所消耗 的谐波功率均判定为无效损耗，也就是谐波不做功，但会引起 设备剧烈发热。以下主要分析以下该糖厂所产生谐波对于电 力系统中各个设备的危害影响。 该糖厂电力系统采用了１台容量为３ ０００ ｋＷ发电机，配 合１台１ ５００ ｋＷ发电机组，分别分两段并联运行系统，发电机 电压则选择了６．３ ｋＶ高压配电系统。而变压器方面的数量与 容量设置在１ ６００ ｋＶ·Ａ，数量为２台。 １．２糖厂电力系统配电设计原则 １）谐波会对发电机产生直接影响。它的具体影响位置就 包括了发电机的定子绕组和转子绕组，少部分谐波则会继续影 响到激磁绕组，产生感应电流，根据感应电流的发热大小来产 生相应损耗，这导致发电机整体在输出功率方面降低。该糖厂 压榨车间在发生５次谐波与７次谐波时对发电机的影响则最 为严重。其谐波会直接与基波磁场产生相互作用，出现较为剧 该糖厂在电力系统配电设计原则方面遵循３点基本原则： 烈的机械振荡，久而久之就会导致发电机及其他用电设备的汽 轮机叶片处于疲劳循环状态下，使发电机长期处于运行过热状 首先要满足用电设备对供电运行的可靠性要求，同时满足用电 设备对电能的基本质量要求；其次，要保证系统主接线方式简 单，运行费用低。技术操作方面运行灵活，易于检修；第三，该 态，缩短寿命周期。 ２）对电力电容器也会产生影响，经检查发现压榨车间所产 生的高次谐波会直接影响电力电容器，引发并联谐振，此时电 糖厂在电力系统建设方面始终坚持少投资、低运行费用的基本 原则，结合上述３点来进行综合性技术指标与经济指标论证。 为此，该糖厂电力系统不但能满足高峰负荷运作，也能保证低 谷负荷，客观讲实现了电力系统波峰波谷的有效转换。目前厂 内主车间（压榨车间）主负荷可以达到全厂电力负荷的８０％左 右。但问题在于目前主车间的４台直流电动机与４台脉冲全 控桥整流装置产生了严重的谐波问题，这对主车间发电机产生 容器会发生过热，严重时直接绝缘烧坏。 ３）对输电电缆产生影响，糖厂中输电电缆分布较广泛，其 分布电容会在一定程度上放大谐波。当压榨车间处于用电高 峰状态下，其电网电压也会升高，谐波电压升高，此时电缆局部 会放电，介质温度也会相应升高，最终引发电缆故障。 ４）压榨车间谐波也会对继电保护及各种仪表产生负面影 响，同样为谐波过电压引发设备过热进而导致设备烧损 。 ３糖厂电力系统谐波问题的抑制措施 ３．１糖厂电力系统的发电条件 了负面影响。而且其降压变压器由于存在一定的隔离作用，它 的谐波干扰也相对较大。换言之，该糖厂主车间的系统电压相 对较高，整流设备容量较大，所以谐波干扰问题也相对较严 重…。 某糖厂电力系统中发电机的最大运行方式为多台发电机 ８５ 技术应用 ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．２，２０１８ 设备并联运行，在生产压力最小时也保证两台发电机并联运 行。其中每台发电机的母线段都皆有全数字化的脉冲全控桥 整流装置，配合直流电机进行发电直流传动。另外在发电机三 段母线上还衔接了功率因数为１４０ ｋｖａｒ的补偿电容器。 ３．２压榨车间的谐波理论值计算 考虑到该压榨车间在发生５次谐波与７次谐波过程中其 对电动机甚至是整个电力系统的危害最大，造成谐波电压正弦 流柜、４４０ Ｖ的额定输出电压、４５０ Ａ的电流和直流电动机。经 过测试发现该压榨车间中还是５次谐波与７次谐波电流分量 最为明显，这说明这两种谐波最严重。 ３．４设计滤波装置 为了有效治理压榨车间的５次谐波与７次谐波问题，专门 设置了谐波滤波装置。主要是基于总电压畸变率来明确谐波 电压有效值，看其与均方根、基波电压有效值之间的合理百分 比是多少，最终根据上述计算出的５次谐波与７次谐波畸变率 波形畸变，严重危害各个电力系统用电设备，所以要首先对它 的第ｎ次谐波电压正弦波形畸变率进行计算： ＴＨＤ （％） 百分比计算出总电压畸变率为１０．８％，这一数值是超过国家电 网标准规定数值的，所以该糖厂也专门设计了５次谐波与７次 谐波单调谐式滤波器，基于上述计算数值对两谐波系数取值为 ０．８和０．６，安装滤波装置。 在安装了滤波装置并投入运行以后，该糖厂压榨车间的发 配电系统与电动机系统在电容器补偿装置的配合下运行逐渐 在上述算式中，ＴＨＤ 就表示第ｎ次谐波电压正弦波形畸 变率下的百分比比例；Ｕ 表示电网的额定线电压（ｋＶ），Ｓ 表 示电网各个衔接点的三相短路容量（ＭＶ·Ａ），ｎ表示谐波次 数～ｉ表示在第ｎ次时的谐波电流有效值，一般它所表示的就 转好，每项指标都达到了国家电网标准且均未超标，谐波治理 效果良好 。 ４结语 是相电流（Ａ）。根据该计算式再来计算ｉ ，了解第一次谐波时 畸变率，然后就可以分别计算出５次谐波与７次谐波的具体畸 变率，其算式如下： 本文对某糖厂所存在的电力系统高谐波问题进行了分析 ５次谐波畸变率＝÷Ｉ＿×１００％＝２０％ １１ 与治理，取得了不错的效果，不但符合糖厂电力系统运行技术 指标，也提高了其经济指标。 参考文献： ７次谐波畸变率：÷×１００％＝１１．１％ １ｌ ［１］ 李彦秋．谐波治理技术与糖厂电力系统优化设计［Ｊ］．建 筑电气，２００２，２１（４）：１３—１７． 这里取谐波的畸变率理论值为２０％，分别计算出５次谐波 与７次谐波的畸变率，最终谐波畸变值，明确该压榨车间的具 体谐波指标。 ３．３压榨车间的模拟测试 ［２］ 熊杰锋，李群，袁晓冬等．电力系统谐波和间谐波检测方 法综述［Ｊ］．电力系统自动化，２０１３，３７（１１）：１２５—１３３． ［３］ 梁志瑞，叶慧强，赵飞，等．电力系统谐波状态估计研究综 述［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１５）：１５７—１６０． 接下来对压榨车间所产生的谐波进行模拟测试，专门设计 基于整流柜交流进线的测试点，并设置８６０ ｋＶ·Ａ变压器、整 （上接第８４页） ２）运用“掩护支架＋液压支架撤除机械手”撤除工作面这 ４ ｍ，ｒｒ型梁维护好顶板后，再推出“掩护支架”推移千斤顶，将 项新技术，撤除现场施工作业人员安全系数明显增加，从始至 终未出现磕手碰脚等安全事故，打破以往撤除工作面安全记 录，可创造无形的安全效益价值。 ３）运用“掩护支架＋液压支架撤除机械手”外调液压支 “ＴＹＨ３００型液压支架撤除机械手”前移，再通过机械手横梁带 动由里向外依次前移３台“掩护支架”。前移至距待调支架 ２００ ｍｍ处停止前移，将“掩护支架”的四根立柱升紧支护顶板。 这样就完成了“掩护支架”前移工程，待进入外调下一台液压支 架的准备。 架，由原来的每小班最少安排１０人撤除２台液压支架的任务， 提高为每小班只需安排５人撤除３台液压支架，明显提高了工 作效率，同时节约了人工费用。 ４结语 ６）为了确保通风道畅通，在前移“掩护支架”前，及时打木 点柱，为保证通风道顶板稳定，每１０ ｍ盘打１个花木垛，若通 风道顶板压力大，打点柱无法保证通风道能够通风时，及时盘 打花木垛，维护通风道通风畅通，避免撤除工作面时，瓦斯超限 事故。 ３应用效果 １）通过运用“掩护支架＋液压支架撤除机械手”安全快捷 外调液压支架，为工作面的正常接替争取了宝贵时间，为已结 束工作面封闭缩短了时间，避免了工作面不安全隐患的产生。 ２）通过运用“掩护支架＋液压支架撤除机械手”安全快捷 １）运用“掩护支架＋液压支架撤除机械手”撤除工作面， 外调液压支架，解决了外调液压支架时，施工人员操作不安全 和外调液压支架后，外调液压支架顶板支护不好维护，易发生 顶板安全事故、人员施工站位事故的难题。 ３）为以后综采工作面撤除，积累了丰富、宝贵的实践经验。 作者简介： 陈会明（１９７７一），男，河南内黄人，助理工程师，２０１０年６ 淘汰了以往利用单体柱、丌型梁反复架设、回撤１１棚基本棚、２ 对抬棚的支护形式；淘汰了以往利用多根单体频繁抬运，变换 支撑支点位置缓慢反复外调液压支架的方法，这样明显增加了 安全系数，确保了撤除液压支架的安全，同时减轻了人工反复 架设、回撤竹型梁、单体繁重的体力劳动，避免了不安全因素的 产生，同时利用推移千斤顶反复伸、缩使“掩护支架”和“液压 支架撤除机械手”不断前移，省时、省工、省力。 月毕业于河南理大学采矿工程专业。现从事煤矿技术管理 工作。 ８６