浅谈10kV配电线路谐波治理和节能降损

应龙　刘晓松

摘要：10kV配电是电网系统中的重要组成部分，在10kV配电网中，由于其相关线路比较密集，因此在电网运行中容易产生较大的能源损耗，对于电网的节能与平稳运行具有一定的阻碍性与制约性。文章分析了10kV配电网中谐波产生原因，并探讨了10kV配电线路谐波治理和节能损耗情况，以便快速提升我国电能质量。

关键词：10kV配电线路；谐波治理；节能降损；电网系统；能源损耗 文献标识码：A

中图分类号：TM72 文章编号：1009-2374（2015）36-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.039

10kV配电作为电力系统的重要组成部分之一，其节能损耗与线路谐波对整个电力系统的运行有着比较直接的影响，而且还会给人们的日常生活带来不便之处。谐波不仅会对电气设备以及通信系统造成一定程度的损坏与影响，而且还容易造成大量的电能浪费，更甚者是其可造成供电事故，危及到人们的生命和财产安全。随着人们生活水平的不断提升，为进一步确保我国电能质量与当下的发展需求相符合，改造谐波系统以及进行节能损耗研究已经成为电力部门必须重视与亟需解决的问题。

1 治理谐波案例分析

以某制管企业为分析案例，镀锌钢管是该企业的主要生产产品。该企业有8台配电的变压器，其总容量能够达到10000kVA。此企业的侧电压（低压）谐波畸变高达6.4%，已经严重超出基本标准的28%。该企业的功率因数通常在0.78左右。其用电设备主要以高频设备为主，因此，该企业的谐波问题比较严重，导致电容器烧毁的现象时有发生。针对这样的现状问题，做出如下治理谐波措施：根据用电设备和企业实际谐波情况，通过分析、计算和仿真操作，整个滤波补偿相关装置最后安装容量达到了450kvar，其中每一套安装的滤波器中均有5次模式的滤波柜1个、7次模式的滤波柜1个、11次模式的滤波柜1个。通过上述操作，该企业安装了滤波设备以及无功补偿的相应装置，该企业变压器的侧电压（低压）可以有效提升6%，其功率因数也可以提升至0.95，企业总的电压畸变发生率也降低至2%及以下，这样一来，不仅提升了企业的电能质量，而且也明显减少了线损情况的发生。通过节省电能和减少无功罚款的措施就可以每年为该公司节省180万的经济支出，其中因安装滤波装置进行的投资金额为239万元，只需要1～2年的时间便可以收回成本。除此之外，也在很大程度上提高了用电用户的电压质量，实现了经济效益和社会效益的双赢。

2 治理谐波与节能降损之间的联系

在很多重工业比较集中的区域，比如以制管、轧钢、钢铁冶炼等为支柱性核心产业的企业，为满足经济利益的快速增长，企业中的用电设备通常会使用较多的高频设备，因此谐波问题比较严重。企业的非线性性质的大量负荷会导致电网产生过量的谐波，最终引发电流波形以及电压出现畸变，这样一来不仅会影响电能质量，而且会对电网造成电能损耗的后果。同时，继电相应保护装置在被谐波干扰的情况下，很容易影响到正常的操作，一旦产生错误操作，便会产生安全隐患甚至引发安全事故。同时，谐波会危害到电容器的正常运行，进而对无功补偿产生影响。因此，只要对高次谐波进行滤除就可以净化原有的用电环境，进而减少谐波产生的电流在企业输、配电以及用电设备中的热量，避免有功功率的浪费，最终降低线损。除此之外，通过电容器以及电抗器进行串联生成了滤波回路，因此，在滤波时可向电网中进行容性无功的注入，这样一来便抵消了无功电流，提升了企业配电设备自身的容量。同时，补偿无功功率也可以提高企业末端电网部分的电压，进而提升电能质量。

3 在10kV配电网中谐波产生的原因

一般情况下，电力系统出现时变或时不变的电力负载时，就会产生不同工频的电压或电流，就是电力谐波。其产生的原因主要包括以下两点：（1）由于受变压器、发动机等相关电力设备所造成的影响，使得电网自身就携带一定的谐波；（2）电气设备产生的谐波，如电石炉、整流装置、非线性元件、变频装置等。其中，谐波的损害主要表现在以下四方面：（1）对产品质量的影响，影响电动机效率和正常运行；（2）对电能质量产生消退的影响；（3）对通信系统以及通信设备的影响，容易引起局部谐振；（4）增加变压器和线路损耗，容易出现供电事故。此外，也会对公网产生不利影响等。

4 有效治理谐波的重要策略

对于电力系统而言，抑制谐波，即采取措施减少或清除注入电力系统中谐波的电流，进而将电压有效控制在一定的范围内。当前，我国治理谐波的主要途径是集中治理电网、安装有源滤波以及无源滤波相应装置等，现阶段则主要以无源治理方式的应用比较成熟。在当前采取的抑制谐波策略中，由于考虑到经济成本的投入，无源滤波装置的使用比较广泛，主要包括无源并联以及串联方式的两种滤波器。虽然有源滤波装置具有更好的滤波效果，但因受到成本过高的影响而未实现广泛使用。其中，有效治理谐波的重要策略主要包括如下四个方面：

4.1 缜密规划对整个区域范围内电网谐波的治理工作

由于线路中的很多设备都会产生谐波，这些谐波会对保护过电压的设备产生十分严重的影响，不仅会导致设备难以正常运行，在日积月累的情况下，还会缩短设备的使用寿命。因此，相关单位应该提高治理谐波的重视度，对整个区域范围内电网谐波的治理工作进行缜密规划。一方面，电力单位应该安排专业的工作人员统计电网内的所有设备，并仔细分析不同设备产生的不同谐波类型，按照谐波的影响种类和大小进行相应的治理。比如，隔离、设置谐波过滤的相应装置、控制谐波产生的源头等，只有控制谐波减少对保护过电压设备的影响，才能促使设备的正常运行。另一方面，由于直流模式的电动机中小于250kW的设备相比较于变频模式的电动机而言更为经济实惠，在利益的驱使下，很多客户更愿意选择使用直流模式的电动机，比如热轧产业客户等。客户为有效地提高自身产品的质量，大部分愿意安装消谐装置。但是，对于很多中小企业而言，其非线性性质的负荷，其变频模式的电动机多为小容量，由于企业自身在设备上的投资并不大，如果要求企业安装消谐装置，通常情况下企业主并不愿意实施。同时，部分产生谐波的企业认为只要谐波含量不对企业其他电器带来危害便不必进行处理的问题也较为常见。对于变电站中的10kV母线而言，其不仅对一家非线性性质的负荷企业进行电力供应，即使其中的部分企业安装了滤波器，便仅可以吸收部分非线性性质负荷的机器设备所发出的谐波。同时，对于多布点、小容量以及分布密集的谐波源，要求所有客户统一安装并使用滤波器具有较大的难度，基于上述情况的分析，变电站应对多谐波来源点进行集中治理，进而达到更好的治理效果。

4.2 根据实际需要选择适宜的消谐装置

相比较高压消谐设备而言，低压消谐设备的结构比较简单，更便于维护工作的开展，对于分散的补偿点，很容易进行随器补偿，但因占地面积比较大，与同容量配置的消谐装置比较，低压消谐设备使用的耗材比较多，产生的造价也比较高。采用高压装置则更为容易的进行集中补偿，进而对次数不同的谐波集中实施治理。除此之外，相关单位应该做好对供电系统和环境的改善工作，根据实际情况尽量实现三相负载之间的平衡性，也可在一定程度上控制谐波对电网产生的不利影响。

4.3 通过无源滤波的相应治理技术抑制谐波

无源滤波的谐波治理模式是通过匹配电容以及电感，对产生的谐波实现并联低阻模式的通路，进而阻止谐波流入系统，具体操作过程为：首先开展测试谐波的试验，对谐波源的相应客户进行确定，然后为谐波客户建立好相应的档案，之后先选取部分客户进行谐波的试点治理，根据治理结果完成试点评估的工作，再制定出治理谐波的长期性工作规划，针对不同的治理客户，应选择适宜的治理模式，并分步进行推广和应用。无源滤波设备由于经济成本比较低，因此得以在无功补偿和抑制谐波中广泛使用，同时采用无源滤波设备还具有效率高、容量大、运行稳定可靠、技术成熟、结构简单以及便于维护的特点，通常情况下可以实现80%的滤波率。无源滤波设备的特性主要由阻抗比和决定，因此为提升治理质量和有效减少线损的问题，在选择治理地点时应该选择在产生谐波源的发生地点。该种治理模式更为适合在数量单一和容量较大的谐波源中使用。

4.4 通过有源滤波的相应治理技术抑制谐波

有源滤波的谐波治理模式有源滤波谐波治理装置主要是由电力电子的各个元件所组成的电路，主要是利用相应的电子装置对系统谐波进行监测，同时根据需要产生具有相同幅值、相反相位的另外一组谐波，进而起到抵消系统自身谐波的作用。采用有源滤波的谐波治理模式相比较无源滤波的谐波治理模式而言就有更好的治理效果和动作迅速的特点，通常情况下可以实现95%的滤波率。但是，采用有源滤波的谐波治理模式具有设备成本高以及容量小等不足。由于成本较高，在受到经济利益的影响下，很多治理谐波的客户并不愿意采用有源滤波器，因此，通过有源滤波的相应治理技术抑制谐波难以得到广泛使用。

5 结语

综上所述，在我国综合实力不断发展的情况下，人们对于电能质量的要求也越来越高。在10kV配电网中，谐波治理与节能损耗是改善电能质量的重要方法，同时也是确保我国电网稳定运行的必要前提条件。因此，在10kV配电网中，相关单位一定要根据电网运行的实际情况，对滤波系统进行改进，不仅可大幅度提升相关电力设备的使用寿命，而且还可进一步提升电能的有效利用率。在10kV配电网节能损耗中，应该不断引入先进的技术，并对相关的电力设备进行改进，以此来全面改进10kV配电网节能损耗技术，继而为促进我国电能质量作出贡献。

参考文献

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作者简介：应龙（1964-），男，浙江义乌人，国网浙江义乌市供电公司电力工程师，研究方向：用电管理与监察。

（责任编辑：秦逊玉）