低壓電網(wǎng)中的諧波污染問題及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對諧波分量的限值；處理低壓無功補償裝置諧波放大的若干實例，并提出了對電壓無功補償裝置合理選擇的意見。

1.低壓電網(wǎng)諧波污染的嚴(yán)重性

近三十年來，在被日益廣泛應(yīng)用的各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例*大，逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路，常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴(yán)重的諧波源。計算機、彩色電視、各種辦公設(shè)備和其他家用電器的普及也會造成諧波污染。上述電氣設(shè)備的單臺容量雖然很小，但數(shù)量卻極為龐大，其內(nèi)部大都含有開關(guān)電源，各類開關(guān)電源、變頻器的用量越來越多，加上熒光燈產(chǎn)生的諧波，使電源的諧波污染日益突出，諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴(yán)重畸變，影響到對電力用戶的供電質(zhì)量。在低壓電容器無功補償裝置上還可能由于諧波的放大，產(chǎn)生并聯(lián)電容器的損壞或諧振事故，因此對低壓電網(wǎng)的諧波治理和無功補償裝置的改進是當(dāng)前電力系統(tǒng)中亟待解決的重要課題。

實際上，不同的理解和采用不同的技術(shù)，對狀態(tài)檢修的概念敘述是不同的。普遍的設(shè)備狀態(tài)檢修的定義為：依據(jù)設(shè)備的實際狀況，通過科學(xué)合理地安排檢修工作，以*少的資源消耗保持機組（設(shè)備）的**、經(jīng)濟、可靠的運行能力。由此可見，狀態(tài)檢修實際上是電廠實現(xiàn)設(shè)備維修管理現(xiàn)代化所追求的一個長遠目標(biāo)，其實施計劃是一個長期解決方案。

狀態(tài)檢修并不是要減少檢修，也不是要取消計劃，其關(guān)鍵是如何科學(xué)合理地安排檢修工作。國內(nèi)電廠以往的維修方式主要采取計劃維修的模式，這種模式在相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍將是我們的主要維修管理模式。狀態(tài)檢修與計劃檢修的根本差別是：維修工作的科學(xué)性和合理性，而不是計劃性。傳統(tǒng)的計劃檢修主要是依據(jù)規(guī)程和以往經(jīng)驗來安排維修計劃，大多數(shù)是日歷式的。而狀態(tài)檢修則主要是根據(jù)各自真實的設(shè)備狀況監(jiān)測結(jié)果和科學(xué)的設(shè)備評估方法來安排計劃，力圖改變過去依據(jù)規(guī)程和以往經(jīng)驗來安排計劃帶來的設(shè)備“過修”和設(shè)備“欠修”的弊端。因此狀態(tài)檢修的準(zhǔn)確含義應(yīng)當(dāng)是“維修優(yōu)化”，即使維修活動進一步科學(xué)化、合理化。如上所述，國外開展?fàn)顟B(tài)檢修的模式有很多，其中主要有3種方式，即以設(shè)備可靠性分析為中心的維修（RCM）、以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知性維修（PDM）、以高溫關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)和壽命評估為基礎(chǔ)的設(shè)備壽命管理（LM）等技術(shù)。這些模式的理論基礎(chǔ)不同，使用范圍和特點也不同。電廠采用時一般要根據(jù)自己的機組特點和設(shè)備維修重點，選擇一種模式或?qū)⒉煌Ｊ浇M合，產(chǎn)生出適合電廠自身的狀態(tài)檢修模式。

2.低壓電網(wǎng)中諧波分量的限值

為了限制諧波源注入電網(wǎng)后產(chǎn)生**影響，必須把電壓和電流的諧波分量控制在允許的范圍內(nèi)，使連接在電網(wǎng)中的電氣設(shè)備免受諧波的干擾。GB／T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對注入低壓電網(wǎng)中諧波電流允許值和諧波電壓限值的規(guī)定分別見表1和表2。

表1低壓電網(wǎng)諧波電流允許值（均方根值）

（基準(zhǔn)短路容量10MVA）

表2低壓公用電網(wǎng)的諧波電壓（相電壓）限值

對公共連接點處的*小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量10MVA時，可按公式（1）修正表1中的數(shù)值。

IN＝IKPSK1／SK2（1）

式中，SK1為公共連接點處的*小短路容量，MVA；SK2為基準(zhǔn)短路容量，MVA；IKP為表1中第N次諧波電流允許值，A；IN為短路容量為SK1時的第N次諧波允許值，A。

應(yīng)該指出：對于不同電壓等級電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率的限值不同，電壓等級越高，諧波限制越嚴(yán)。例如6～10KV、35～66KV及110KV電網(wǎng)，其電壓總諧波畸變率分別規(guī)定為4.0、3.0和2.0；另外對偶次諧波的限制也要嚴(yán)于對奇次諧波的限制。

3.電容回路的諧波放大和諧振

無功補償裝置和濾波裝置主要由并聯(lián)電容器及電抗器組成。在工頻條件下，電容器的電抗值比系統(tǒng)的電感電抗值要大得多，不會發(fā)生諧振。但由于容抗XC＝1／ωC，感抗XL＝ωL，高次諧波條件下由于XL的增加和XC的減小，就可能發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這種諧振往往會使諧波電流放大到幾倍甚至數(shù)十倍，會對電網(wǎng)及并聯(lián)電容器和與之串聯(lián)的電抗器產(chǎn)生很大的威脅，并可能使電容器和電抗器燒毀。根據(jù)日本及我國的統(tǒng)計，由于諧波而損壞的電氣設(shè)備事故中，電容器事故約占40％，電抗器事故約占30％。下面將介紹由于諧波及諧波放大引起的事故實例，以供參考。

4.由于諧波放大造成電容器損壞

某辦公大樓內(nèi)部分無功補償?shù)牡蛪弘娙萜饕蜻^熱而損壞，而這些電容器組接于向不間斷電源（UPS）供電的回路上，見圖1。當(dāng)投入1組或2組50KVAR電容器時，實測得諧波電流值及電壓畸變率的數(shù)值見表3。

 圖1某辦公樓低壓電容器組接線圖

表3諧波電流實測值及電壓畸變率

注：供電電流由測量點1處測得，電容器組電流由測量點2處測得。

從表3中可知，當(dāng)投入100KVAR電容器組時出現(xiàn)嚴(yán)重的并聯(lián)諧振，將由UPS產(chǎn)生的30A、11次諧波電流放大近10倍達到283A，電壓畸變率達到19.6％；由測量點2處測得：當(dāng)投入電容器兩組共100KVAR時，電容器組的電流有效值高達364A，相當(dāng)于100KVAR電容器額定電流值的2.5倍，這足以充分說明引起電容器過熱損壞的原因。

解決的措施：將每組50KVAR電容器串聯(lián)7％的電抗器。其加裝7％串聯(lián)電抗器后的實測值見表4。從表4中可看出：11次諧波放大和電容器的嚴(yán)重過載問題都得到了滿意的解決，表4還給出了在*大非線性負(fù)載條件下測得的數(shù)據(jù)。測量結(jié)果表明諧波電流均在允許值之內(nèi)，無放大現(xiàn)象，無功補償和抑制諧波的效果均滿意。

表4每組電容器加裝7％串聯(lián)電抗器后的實測值

5.用低壓濾波器進行無功補償和抑制諧波

圖2為不帶電抗器的補償電容器組接線圖。由于6相交流拖動負(fù)載的性質(zhì)諧波含量大，電壓畸變率UTHD高達12％，顯然不帶電抗器的補償電容器組是不能采用的，采用帶電抗器的5、7、11次濾波電容器組，進行無功補償取得了良好的效果，基波供電電流大約下降了520A，大量諧波電流被有效吸收，供電質(zhì)量達到規(guī)定的諧波限值。投入和不投入濾波器時的饋電電流及電壓畸變率見表5。

圖2不帶電抗器的補償電容器組接線圖

表5投入和不投入濾波器時的饋電電流及電壓畸變率

6.因低壓電容器組引起諧波放大

某工業(yè)企業(yè)在400V低壓供電母線上安裝了150KVAR用于無功補償?shù)牟⒙?lián)電容器組，其接線圖見圖3。投入、運行后發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電容器經(jīng)常損壞，為了找出原因，現(xiàn)場進行了諧波測量，實測數(shù)據(jù)見表6。

測量結(jié)果表明：電容器組通過的均方根電流IC值為371A，相當(dāng)于額定電流的1.71倍，是引起電容器損壞的原岡，切除電容器組的情況下電壓畸變率已達8.1％，投入電容器組后電壓畸變率則高達13.1％，因此根據(jù)非線性負(fù)載的性質(zhì)，應(yīng)選用濾波電容器組進行無功補償。

7.低壓無功補償裝置的合理選擇

7.1先摸清負(fù)載的性質(zhì)和諧波含量

采用普通的低壓電容補償成套裝置，還是選擇具有抑制諧波功能的濾波器成套裝置，關(guān)鍵在于負(fù)載的性質(zhì)和所產(chǎn)生的諧波分量的大小。諧波分量的數(shù)值可由諧波測試儀測得。對電力負(fù)載的性質(zhì)要特別注意以下3點：

1)   載變化的幅度和頻繁程度；

2)   負(fù)載中是否具有容量較大的諧波源：

3)   三相負(fù)載的不平衡程度。要求快速補償和抑制諧波的行業(yè)，通常包括具有大量電焊機設(shè)備的汽車制造業(yè)、冶金行業(yè)、造紙行業(yè)、電梯及起重設(shè)備、大型商住樓，以及其他具有大量變頻器和大容量熒光燈照明的場所。

7.2搜集配電網(wǎng)及負(fù)載的技術(shù)參數(shù)

搜集配電網(wǎng)及負(fù)載的有關(guān)參數(shù)，為設(shè)計濾波器的方案提供依據(jù)，通常包括：

1)   電網(wǎng)的額定電壓、運行電壓和變化范圍；

2)   基波頻率F的無功負(fù)載；

3)   主要負(fù)載的性質(zhì)、諧波次數(shù)及其分量值；

4)   實測的電網(wǎng)電壓畸變率；

5)   不同運行方式下配電網(wǎng)的短路容量；

6)   國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T14549—1993及IEC標(biāo)準(zhǔn)對諧波電壓和諧波電流的限值等。

7.3進行預(yù)測

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，負(fù)載性質(zhì)及初步提出的補償方案，通過仿真模型的計算機計算，對是否可能發(fā)生諧波放大或諧波共振進行分析，做到心中有數(shù)。

7.4合理選擇補償裝置

近二十余年來，國內(nèi)外電工行業(yè)中先后開發(fā)了多品種的諧波濾波器和具有抑制諧波功能的低壓無功補償裝置，主要包括：

（1）KYLB低壓諧濾波補償裝置，單柜輸出容量60～300KVAR濾波回路，適用于常見的5、7、11、13次諧波，各次濾波器分別由電容器及串聯(lián)電抗器組成。

（2）低壓3次諧波濾波器，非線性的單相負(fù)載如熒光燈、投射燈、計算機、打印機等，接入相與中性線之間，會產(chǎn)生3次諧波電流，并在中性線上進行并聯(lián)疊加，造成電流和電壓畸變。3次諧波電流除了會在中性線上引起過載危險外還會形成150HZ的磁場，因此要求從電網(wǎng)上濾除3次諧波電流，單柜輸出容量一般為15～50KVAR。

（3）固定式帶調(diào)諧濾波器組，額定容量7.5～50KVAR，1臺固定式帶調(diào)諧濾波器，由1臺電容器和1臺電抗器組成，電容器按需補償?shù)臒o功容量選擇，電抗器電感值的選擇要使LC回路形成串聯(lián)諧振電路的諧振頻率，低于電網(wǎng)相間存在的*低次諧波頻率，通常是5次（250HZ），而調(diào)諧頻率則往往按141HZ設(shè)計的。當(dāng)高于調(diào)諧頻率時帶調(diào)諧濾波器是電感性的，不但不會放大典型的5次、7次和11次諧波，還可以吸收電網(wǎng)中低次諧波的一部分。

（4）自動投切帶調(diào)頻濾波電容器組，單柜額定容量15～75KVAR，與常規(guī)的自動投切電容器組相似，由自動功率因數(shù)控制器進行控制，在400V，50HZ電網(wǎng)中使用時，其調(diào)諧頻率通常為130、141HZ或189HZ，如需要時也可設(shè)計為204HZ。

（5）晶閘管投切電容器組（TSC），目前已基本取代用接觸器投切的電容器組。

（6）有源濾波器，從技術(shù)上講*先進，但價格貴，其性能特點是：

a)   優(yōu)良的動態(tài)特性，響應(yīng)時間小于1MS；

b)   三相補償諧波電流、諧波次數(shù)可達50次；

c)   可消除中性線電流的3次諧波及其他零序性質(zhì)的諧波；

d)   功率損耗低；

e)   在既消除諧波又進行無功補償?shù)牟僮髂Ｊ较?span lang="EN-US">COSφ可補償?shù)?span lang="EN-US">1；

f)   電子式的過載保護；

g)   可以與各類濾波器組合使用。