某工厂谐波治理节能潜力分析

张健榕

摘 要：通过对某工厂进行节能诊断和测试数据分析，发现该工厂T3专变存在谐波现象，对谐波危害进行说明，并提出谐波治理解决方案，以及进行谐波治理的改造效益分析，改善用户电能质量，提升电气设备运行可靠性，达到节能降耗目标，具有较好的经济和社会效益。

关键词：谐波治理;谐波危害;效益分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.193

0 引言

在国家大力推进节能降耗、保卫蓝天的战略背景下，从对某工厂生产现场进行全面调查、资料收集、能效监测和現场测试着手，重点针对供配电系统等生产相关的设备进行综合分析，查找问题及漏洞，挖掘工厂的节能潜力，进行切实可行的节能潜力分析，降低能源消费成本、提高经济效益，促进企业顺利完成节能减排任务，从而提升企业市场竞争力，实现生产和环境可持续发展。

1 现场基本情况

某工厂属于电子产品制造行业，根据行业特性及其配电情况，对C2配电房的T3专变低压侧进行电能质量测试和节能诊断。

由测试数据分析，对于谐波，T3专变谐波均超出《电能质量—公用电网谐波（GB/T14549-93）》允许范围内，需对其进行谐波治理。T3专变谐波测试数据见表1、表2。

2 谐波危害

高含量的谐波电流和畸变电压，将引起变压器铁损、变压器铜损、传输线路损耗、电容器损耗及其它杂散损耗增大，当中的变压器铁损最大，主要缘由是变压器铁芯损耗与频率息息相关。基波损耗时，市电频率为50Hz，也就是电磁场在铁芯中每秒交变50次，而工厂的配电系统中受低次谐波污染为主，电网中5次谐波，其频率为250Hz，也就是电磁场在铁芯中每秒交变250次，其铁芯损耗大幅度增加，如果电网中含有频次更高的谐波，其损耗将会更大。当绕组导线施加畸变电流时，发生第一次集肤效应;绕组磁化变压器铁芯后，产生了畸变磁场，又施加在绕组上，在绕组导线上发生第二次集肤效应，因此变压器铜损铁损都会相应增加。

谐波附加损耗以基波损耗成倍数增加，当变压器受谐波的长期影响，附加损耗以振动、发热形式出现，甚至会烧毁。在电力系统中，谐波电流会造成在线路上的有功功率损失，这也是电网线损的组成部分。从现场节能测算数据分析可见，谐波电流较大时，谐波频率也较高，在导线中的集肤效应促使谐波电阻大于基波电阻，也造成谐波引起的附加线损增大;同时谐波和间谐波的集肤效应使输电线等效截面积变小，线路损耗增加。

3 解决方案

通过对T3专变低压侧监测的电能质量数据分析，得知该变压器中低次谐波电流存在超标情况，本方案采用的谐波治理装置对超标谐波进行滤除，本着就地治理的原则，将本次谐波治理点设在变压器低压侧。

采用有源电力滤波装置APF，主要基于高速数字信号处理器的数字信号处理技术制成的电力谐波治理专用设备，能够实现动态无功补偿和谐波滤除，谐波治理结构框图见下图：

4 改造效益分析

谐波电流实质上是不做功，会造成电网的线损增加。因为导线产生的集肤效应，同样大小的谐波电流导致的电网线损远比基波无功电流引起的线损大，下面按补偿无功功率的节能标准来计算分析滤波带来的节能效果。衡量无功功率补偿经济效益的指标为无功经济当量，无功经济当量的定义：每补偿1kVar无功功率在整个电力系统中节约的有功功率损耗。

其中，Q为原有无功功率， QC为补偿装置容量，△PC补偿装置本身损耗。k为无功功率经济当量，主要根据经验进行取值，这里根据行业特点，无功功率的经济当量k取0.08。

T3变压器谐波电流421A，造成的损耗等效的无功电流可能达到谐波电流3倍以上，此处以1263A计算。

补偿容量：

可减少的电网损耗为：

通过安装1套额定电流为500A的有源滤波装置（自身功耗4kW左右）后，可每年节约电量为（按照年平均运行时间7200小时计算）。

年节电量：

年节电金额：=×电价=50.11×0.7=35.077万元（电价按0.7元/kWh计算），实施改造效益简表见表3：

5 结束语

除了上述节能效益，其他效益主要有：改善用电质量、增容降损、增强设备运行可靠性和提高生产效率。所以，积极实施谐波治理，具有较好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]王兆安，杨君，刘进军等.谐波抑制和无功功率补偿 （第3版）[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2]姚锦卫，张国兴，张颖.采用APF进行谐波治理和无功补偿的工程应用[J].电力系统及其自动化学报，2018（06）.