低压配网中频炉谐波治理的技术措施

由彬 徐伟

【摘 要】随着社会经济的快速发展，我国各行各业的发展都得到了有力的推动，钢铁业、铸造业的产量剧增，而大量非线性器件也得到了广泛的应用，但是此类设备容易给电能质量问题造成一定的影响。例如，中频炉产生的谐波污染就会在很大程度上影响低压配网的运行。因此，针对低压配网中频率谐波危害，采取有效的措施进行治理尤为重要。文章对低压配网中频炉谐波进行分析，进而提出相应的治理技术措施，希望能够为相关工作提供一些参考意见。

【关键词】低压配网；谐波；治理；技术措施；中频炉

【中图分类号】TM73 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0173-02

0 引言

电能是人们生活中尤为重要的组成部分，对电能的科学合理应用，可以促进人们日常生活和工作的正常运行。如今，随着科学技术的不断发展，各项新技术在电力行业中的应用也越来越广泛，而非线性的负荷容量也呈现出急剧上升的趋势，在此背景下，电网内部产生了诸多异常现象。在低压配网中，非线性电力负荷存在着较大的比例，而非线性电力负荷也产生了不少的谐波电流，谐波电流进而对低压配网的正常运行造成了较大的影响。世界各国都在积极着手研究相关谐波治理技术，我国近年来也加大了谐波治理方面的研究。通过对谐波进行治理，可以避免谐波产生的危害，进而促进低压配网正常安全运行。

1 谐波概述

谐波是指电流中所包含的频率是基波整数倍的电量，由于交流电网环境下得到的有效性分量是工频，其频率又非常单一，因此其他和工频频率相异的部分均为谐波。谐波的基本原理是在一个周期内电气量的频率高出整数倍基波频率，其次数一定要高于1。在电力体系下，产生谐波的设施就是谐波源。就一般的电网运作而言，发电机、变压器、输电线路都不会出现明显的谐波电流[1]。但是谐波源在整个电力系统环境中却占有较大的比重，几乎各行各业都存在谐波源。谐波源主要包括两种，即半导体非线性组件的设施、电弧及铁磁非线性器件的设施。变流器、变频器、电焊机、电弧炉都有可能是谐波源。不同用电设备的工作原理有所不同，因此所产生的谐波及谐波内在的原理与特点也有着较大的差异。因此，要想有效治理谐波，必须对谐波的产生原因、内在原理、特点等有充分的了解。

2 中频炉谐波分析

随着我国社会经济的快速发展，我国采矿业、铸造业、冶炼业都得到了飞速的进步，与此同时，谐波污染问题却日益严重。中频炉是最大的谐波产生源之一。中频炉是将电网提供的50 Hz正弦交流电源输入可控硅全控桥整流电路后，变成直流电再进入逆变电路，最终变为300 Hz～20 kHz的中频电源，供给负载。当中频电流通过感应线圈产生中频磁场，利用电磁感应原理就可以使中频炉中的材料自身产生涡流发热，炉中温度不断升高，最后融化，提炼成钢坯原料。在中频炉运行过程中，由于受到逆变负荷等因素的影响，在变频器的影响下就会产生多元化的整数次谐波，并且甚至出现高出2配的分数谐波。当中频炉产生谐波，那么带来的影响是多面的[2]。中频炉产生的谐波危害主要体现在以下几个方面：首先，谐波危害会导致变压器、输电线路等产生附加功率损耗，这不仅会导致电能的浪费，同时也会加速绝缘体的老化。其次，谐波危害会改变继电保护和自动装置的动作特性，从而容易引起保护装置出现误动作，甚至导致保护装置产生故障，进而影响到整个低压配网的安全稳定运行。最后，中频炉中所产生的谐波危害还会影响到电力测量仪表的准确性，进而降低电力测量仪表的工作效率和质量，甚至导致出现严重的失误和披露。因此，必须高度重视中频炉谐波的危害，对中频炉谐波产生的原因进行分析，进而采取有效的治理措施。

3 中频炉谐波治理的技术措施

3.1 无源滤波器治理

无源滤波是中频炉谐波治理的一种常用方案。无源滤波器是由电抗器、电阻器、滤波点电容器组成的设备，其与谐波源中频炉进行并联工作，当中频炉产生谐波时，通过无源滤波器可以进行有效的过滤，进而在一定程度上消除滤波危害。无源滤波器的成本较低，所以在早期中频炉谐波治理中应用较为广泛[3]。但是随着治理技术的不断发展，无源滤波器显然无法满足治理需求，其中存在一些难以克服的缺点。无源滤波器只能针对单次谐波，并且容易发生谐波共振。因此，无源滤波器需要结合实际情况合理应用。

3.2 有源滤波器治理

有源滤波器是治理中频炉谐波的一种比较新的方案。有源滤波器的基本原理是先检测出谐波电流，进而由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等的极性相反的补偿电流，这样就可以使电网电流中谐波电流得到有效治理。有源滤波器能够对谐波进行跟踪补偿，并且其补偿特性不会受到电网阻抗的影响。在中频炉谐波治理中，有源滤波器得到了广泛的应用，并且发挥着重要的作用。

3.3 改善电压波动

通过加强电压波动的治理，也可以有效消除中频炉运行中产生的谐波，进而减少谐波危害。加强电压波动治理最主要的就是改善电压波动，比如选择适当的供电方式，将中频炉负荷与其他设备用电负荷进行分离，使用单独的变压器接带中频炉负荷，这样能够有效增大线路的短路容量，进而达到改善电压波动的目的[4]。要改善电压波动，还可以根据需求安装无功功率补偿装置，比如静止无功补偿器、静止无功发生器等。此外，还可以通过将负荷接在较大的供电网络上来改善电压波动。这是因为中频炉引起的电压波动与供电网络的短路容量成反比，而通过将中频炉的负荷接在较大的供电网络中，就可以改善中频炉引起的电压波动。

3.4 TCR+FC型SVC治理

在中频炉谐波治理中，为了能够达到更好的治理效果，可以采用无源滤波器和加装TCR支路的方案进行治理，形成TCR+FC型SVC。SVC能够有效改善电压波动，达到更好的治理谐波效果。首先，需要在35 kV母线加装无功补偿兼波治理装置。其次，增加TCR支路，TCR支路容量必须满足考核点电压波动[5]。最后，形成TCR+FC型SVC。SVC的运行方式如下：首先，在中频炉负荷运行时，从低到高的顺序投入5、7、9次支路。其次，在LF炉中中频炉运行过程中，从低到高顺序投入3、4、5、7、9次支路。通过应用TCR+FC型SVC治理方案，电压波动指标、谐波电压、谐波电流等都可得到有效的治理，进而有效提高电能质量。

3.5 加强谐波治理的管理

为了能够更好地保证低压配网的运行质量，还需要加强对谐波治理的管理和监督。供电企业可以在用电营销部门中设立谐波治理专职，由专业技术人员定期组织对用户的谐波进行检查和监测，如产生谐波危害，立即采取措施进行处理。对于新报工程，首先要做好用电分析工作，并做好带负荷中有非线性负载用户的对接工作。在设计配电工程中，谐波治理设计需要同时进行。如果生产设备超过有关标准规定，必须进行设备安装调试，直到设备满足标准规定为止。

4 结语

中频炉谐波的产生会构成较大的影响，如造成发电机整体功率下降，形成电网污染，对电网用户产生不利，甚至影响到电网的整体有效运行。对此，必须提高对低压配网中频炉谐波的重视，切实采取有效的治理技术措施解决谐波危害。例如，增强低压配网整个运行系统的规范化处理，对治理技术不断创新优化，形成对整个控制系统的全面掌握，从而有效减少谐波危害，进而提高整体电力系统的供电效果。

參 考 文 献

[1]王鹏，李春霞，孙艳荣，等.探析低压配网中频炉谐波治理的技术措施[J].通讯世界，2016（6）：170-171.

[2]郑长青，方劲松.中频炉用电的谐波危害及治理[J].农村电工，2016，24（1）：36-37.

[3]骈亚洲，谭晓东，杜辉.中频加热炉启动运行对电网影响的分析与谐波治理[J].节能，2015，34（8）：73-76，3.

[4]刘晶东.典型冶金负荷谐波问题分析与治理[D].北京：华北电力大学，2016.

[5]陈慧颖.浅谈中频炉谐波治理及其电能计量装置的选择[J].数字技术与应用，2014（9）：198.

[责任编辑：陈泽琦]