陶瓷企业的谐波污染及其治理

全剑棠（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东　肇庆　526000）

陶瓷企业的谐波污染及其治理

全剑棠
（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东肇庆526000）

摘要：随着越来越多的陶瓷企业进入肇庆电网，陶瓷企业在大量的应用变频设备进行电机的调频调速的同时，也产生大量的谐波污染。本文通过对陶瓷企业内部负荷特征的分析，发现谐波源，同时对陶瓷企业进行了实时电能质量监测和数据分析，得出变频器产生大量的谐波，特别是5次和7次谐波。最后针对陶瓷厂谐波超标和谐波危害的问题，提出3种治理的措施，对于不同的回路适用措施有所不同。

关键词：谐波；变频器；治理

一、前言

近些年，越来越多的陶瓷企业落户高要市，使肇庆电网的出现了较快的负荷增长，最高负荷与日供电量不断创新高，但与此同时，由于陶瓷企业负荷的非线性，在生产的过程中产生大量的高次谐波，对电网造成了污染，使电能质量变差，如何帮助陶瓷企业的治理谐波污染成为了我们供电部门的一个工作的课题。

图1　陶瓷企业的生产流程

二、陶瓷企业的负荷组成

陶瓷成品制作的主要由原料加工、成形、烧制三大工序组成，其生产流程如图1所示。

在上述生产的环节中，主要的负荷是球磨机、水泵、传输带、鼓风机等电机类设备，而为了实现对电机的调速，在电机负荷的前级往往配置了变频器。变频器是一种把电压和频率固定不变的交流电变换成电压或频率可变的交流电的转换装置，市电经过变频器后，转变成了电压或频率可变的交流电，电机输入频率的随之调节，从而实现了对电机的转速的调节，使企业的各生产环节有效衔接。

图2　甲厂2#变压器低压侧出线A相电压总畸变率

三、陶瓷企业的谐波检测及结果分析

对于陶瓷企业来说，一个厂区内的变频器数量不少于30台，容量从几百瓦到几十千瓦不等，总体的负荷占全厂的负荷比例也相当高。从变频器的构造原理上分析，它主要由将交流转变为直流的“整流模块”、“平波电路”和将直流转变为所需的交流电的“逆变模块”三部分组成，由于在现行的技术层面上不可避免会产生谐波，而且所占的负荷比重较高，谐波的影响更为突出。为了验证这一说法，我们利用fluke435电能质量分析仪对部分陶瓷企业进行了长时间不间断的电能质量监测，监测点设在10kV配电变压器的低压出线侧。以下是我们在本次测量中得到的典型数据。

从图2可以看出，在甲厂的测量点，电流总畸变率几乎都在20%以上，部分甚至高达70%以上，另外根据我们对其谐波含量测量的数据显示，该处的5次以上的奇数次谐波含量均超出其对应的国标允许范围。同样的情况，在其他厂区也同时存在。

从图3可以看出，在乙厂的测量点，电压的总畸变率几乎均高于允许值5.0%。另外，另外根据我们对其他次数电压谐波测量的数据显示，电压的5次、7次、11次谐波95%概率值超出国标允许值的4.00%。同样的情况，在其他厂区也同时存在。

总的来说，根据测量的数据统计分析，在陶瓷厂的变压器低压侧出线处，在电流方面均不同程度的存在5次以上奇数次谐波超标，电流总畸变率偏大的问题；在电压方面均不同程度的存在奇数次谐波95%概率值超出国标允许值，电压总畸变率超标的问题，陶瓷厂的电能质量普遍存在电压谐波含量不合格、电流谐波含量不合格的情况，特别是5次和7次谐波。

图3　乙厂3#变压器低压侧出线A相电压总畸变率

四、谐波的治理措施

谐波所带来的危害不容忽视，一方面谐波的存在增加了变压器、电动机的损耗，使电力设备过热，加速其绝缘老化。另一方面，部分厂为了解决用户侧的电压问题，往往会增加无功补偿容量，而在谐波不解决的情况下，大量地增加电容器，反而将增大谐振的风险，严重是会造成设备烧毁，甚至爆炸。因此针对谐波的质量显得尤为重要，对于产生的谐波，应采取综合治理的方式消除谐波。

（1）采取线路分开供电的方式，将产生谐波负荷的供电线路与其他易受谐波影响的负荷供电线路进行分离，使其避免互相干扰；将变频器的供电电源与设备的电源进行独立设置，或者在变频器和设备输入的旁边安装隔离变压器，以减少谐波的影响。

（2）进行无源滤波器的安装，将其安装在变频器的交流一侧。目前常见的谐波滤波器如图4所示。L、C、R共同构成了无源滤波器的共振回路，一旦LC回路的谐波与高次谐波电流频率相同，就可以阻止高次谐波流入电网，对其他设备造成影响。其特点是投资少、构造简单且好维护，可靠性强。缺点是易受系统参数干扰，耗费大，安装体积大。对于陶瓷厂，一般的供电回路，安装无源滤波器是比较合适的，因为它比较经济，而且在性能上也不逊色。

（3）进行有源滤波器的安装。有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。其特点是具有可控性和响应速度快，缺点是设备价格高，所需容量大。在陶瓷企业中，一般是适用在对供电可靠性要求高，供电于高精度生产设备的供电回路中。

图4　典型无源滤波器

结语

在所有的电能质量问题中，谐波问题是已经被公认为影响最直接、最快、损失最大的的动态电能质量问题，在许多国家和地区都非常关注。我国社会在发展中，已经逐步认识到谐波对生产和生活的危害，如何将谐波带了的损失降到最低已成为迫切需要解决的问题。作为电力工作者，特别是营销战线的人员，如何帮助企业减少谐波干扰带来的损失，减少客户的经济损失，已成为我们客户服务工作的一项重要内容。希望本文章给从事需求侧管理的电力人员带来启示。

参考文献

[1]闫世斌．炼化企业配电系统谐波污染与治理[J]．延安职业技术学院学报，2012，26（05）：85-85．

中图分类号：TM711

文献标识码：A