论工业厂房供配电系统谐波问题及对策

何仁彪

摘 要：结合当前的工业厂房供配电系统发展情况，从自身的工业厂房供配电系统设计的角度出发，分析了工业厂房电网谐波引发的故障，在此基础上，有针对性地提出了谐波治理措施，结合案例探讨了滤波器装置在工程中的合理应用，希望对于有效解决工业厂房供配电系统谐波问题有所帮助。

关键词：工业厂房;供配电设计;谐波问题;谐波原因;滤波器

随着工业化大生产的逐步发展，工厂配电系统中的非线性负载应用量日趋增加。在这样的情况下，非线性负载也会造成高频率的谐波问题，在进行电源反馈环节中，会使得供电系统中存在着电压不稳定或者电波畸形的问题，造成电能产生的质量受到影响。另外，谐波问题还会影响到场内通信系统的正常运行状态，容易造成企业运行的混乱情况。所以，我们应该充分重视工业厂房供配电系统谐波问题，这样才能满足有效全方位提升电能力质量的要求。

1 供配电系统谐波以及其危害

1.1 谐波

随着工业化大生产的开展，谐波问题在诸多领域都有涉及，这里所指的谐波则是电力谐波，主要就是在周期波，或者量的正弦波分量，相应的频率情况则是为整数倍的基波频率的情况。在电力系统中，正是由于存在着非线性的负载情况，这样则容易造成谐波问题的出现。特别是在相应的非常规的变换影响下，考虑到特定的电力系统的参数以及条件的作用，往往会造成系统的工作状态的无序化问题较为严重，这样存在着不断动态化的电流大小情况。在相应的情况下，就会造成谐波问题。针对三相系统进行分析，在对称条件下，往往仅有奇次谐波的情况，这也是供配电系统中的主要类型。

1.2 谐波的危害

1.2.1 增加线损

结合电力系统的发展特点来看，主要在谐波电压以及谐波电流的影响下，其具有一定的持续性的特点，难以在短时间进行有效控制或者进行消除，这样作用往往呈现出持续化积累的特点，会造成线路以及相关构件的受损情况的出现，往往还是会造成变压器的带载能力有所降低，不能保障电力系统的正常化工作要求。

1.2.2 降低设备的使用寿命

结合谐波的发展情况来看，其还会造成设备的使用寿命受到影响，特别是影响到设备构件情况，通过增加绝缘材料的电应力情况来看，则会有效在特定的情况下，有效保障变压器和电容器的涡流损耗有所增加，这样的影响下，从而会造成变压器的金属绕组受到很大程度的影响，往往存在着电力设备中较大的噪音以及过热的情况，从而存在着绝缘老化的问题，造成设备的使用寿命难以维系，出现直线下降的情况。

1.2.3 影响通信

谐波问题直接影响到相应的通信活动开展情况，考虑到不固定的谐波长度的实际情况，这样会造成通信环节中长波、短波都会受到影响，往往存在着通信噪声增加的情况，一般来说，这种影响往往是在缩短距离情况下而会更加明显，还会影响到语音信号、视频信号传输等工作。

1.2.4 引发误动作

一般情况下，在谐波影响下，机电设备的继电器会造成工作能力出现大幅度下降的情况，实践中难以有效区别三次谐波以及零序电流的情况，会造成误保护动作的情况。另外，相关的自动装置在谐波影响下也会存在着误动作的情况，从而产生相应的跳闸事故问题。

2 工程概况

这里结合工程实例进行分析，选择某针织厂作为研究对象，从实际出发来看，结合相应的厂区内部的实际布局情况，以及相关的车间生产实际数量以及分布情況。总体来看，一共设置到六座的变配电室，其中，变压等级为10/0.4kV，相对应的运行电压为10kV。在此过程中，结合生产的实际需求来看，1号变配电室为主配电室，内部设置了10kV环网柜的情况，主要利用工业园区两个不同的35/10kV变电站来满足厂房的供电需求。结合实际的厂房运行情况，其中涉及到直流操作电源一套，综合自动化系统一套，结合相应的厂区中的消防备用电源的实际生产需求，考虑到纺织生产工作的实际性特点，进行配置了一套柴油发电机。在此基础上，还进行配置了10多个0.4kV的低压配电室等，利用总线监控处理技术，能实现在值班室进行厂区内变配电室的线路运行状况的动态化监测，这样有助于快速解决存在的故障问题，便于更好地维系纺织厂的正常工作要求。

3 工业厂房电网谐波引发的故障分析

针对在工业厂房的供配电系统中的中、低压的变频器来说，其会造成谐波的逐渐泛化情况。另外，如果在电力系统中存在着利用电加热对于晶闸管的调压或整流处理、应用一系列的大容量的应急电源（EPS）、大规模应用大容量的不间断电源（UPS）等情况，这样也会增加出现谐波问题的概率[1，2]。一般来说，工厂配电网络中的谐波问题所引发的故障主要表现在如下方面：一是，操作失误问题，往往发生在循环水的变电站中，相应危机保护系统容易出现操作失误问题;二是，在TPU配电室中，容易导致出现电容器柜失火问题;三是，跳闸问题，一般表现在断路器、进线的隔离开关中;四是，非正常熔断问题，往往表现为断路器误动作或熔断器熔体中。究其原因，主要涉及到如下方面：输配电系统中存在着电力变压器带来的谐波问题，谐波大小和磁路的运行回路、铁心的饱和状态有着关联;发电厂的电能质量不达标;用电设备所造成的谐波问题。

在本工程案例中，工业厂房项目中的谐波问题主要是由于用电设备的影响，就其来源主要包括如下：（1）变频装置产生的谐波。在此工业厂房中应用了功率不同的变频装置超过一百台，最大功率为540kW。结合系统中的相位控制影响下，这种谐波具有较强的复杂性，涉及到整数次的谐波，还有着分数次的谐波。（2）晶闸管整流设备所造成的谐波问题。在本工程中的存在着五套的电瓶车的充电装置，还涉及到六套的200kW的电加热开关，这样情况下，由于设备的调压整流作用，系统运行中出现奇次谐波，且具有比较大的谐波量。（3）在受到直流屏或大容量的UPS和EPS的影响下，会出现谐波问题。在这个项目中，一共有者100Ah的直流屏的六套，还涉及到紧急电源、不间断电源等十多台，最大功率为30kVA。

4 谐波治理措施分析

此工程项目中，针对谐波治理问题来说，则应重点从以下方面进行思考[3]：一是，实现系统的承受滤波能力得到提升，以保障供电电压等级的提升，实现和公共电网连接的短路容量得到有效提升，从而有效控制好谐波对于电网以及自身的影响，要保证能控制其在一定范围内，尽量有效控制对于电网的影响;二是结合谐波源的角度来看，从整体上实现大部分谐波量值得到消除，降低干扰污染问题。一般来说，则是通过无源LC滤波装置及有源滤波装置APF等方式。这里结合工程项目的实际情况来看，主要重点进行滤波装置的应用情况。

4.1 无源滤波装置的应用

利用无源滤波装置，能有效抑制谐波产生，主要是通过电路产生谐振，并能有效满足谐波的抵阻抗的流经线路，这样能有效利用分流的方式来处理谐波。具体来说，所涉及到谐波类型主要涉及到单调谐滤波器和高通滤波器等。前者主要是适用于对于特定某一种频率的谐波，能够产生固定次数的低阻抗分流要求;后者则是在实际应用中，配合着前者来共同使用，结合这里工程的实际情况，采用5、7、11次单调谐滤波器来实现谐波分流的作用，这样的能够有效处理八成以上的谐波，剩下的流入电网系统中，能有效提升安全系数。

从整体上来看，通过这种方式的滤波器能有效节省投入成本，具有比较高的谐波过滤效率，符合工业厂房生产的要求。但应该注意到，单调谐滤波器则是仅能消除特定频率的谐波，又加上有一定的次数限制，在具体的实践应用中，还会存在着材料消耗较多的问题。

4.2 有源滤波装置的应用

利用有源滤波装置来进行谐波抑制的过程中，主要是结合负载电波的实际监测，能够弄清楚具体的谐波电流的补偿成分，通过必要的反向操作，能够将触发绝缘栅双极型晶体管（IGBT）实现流入电力系统。同时，还能有效实现无功补偿。相比而言，这种滤波器所具备如下特点：一是，过滤谐波环节受到系统阻抗影响比较小，可以忽略不计，能有效提升运行的安全系数;二是，能保障满足无功补偿，有效抑制相应的闪变，性价比较高;三是，具有较强的自适应能力，结合动态化的谐波补偿量，有效实现参数的自动化调整。主要缺陷则是体现在造价较为昂贵，且运行中的损耗相比而言较大。

5 滤波器装置在工程中的合理应用

结合工程項目的实际情况，这里采用的则是混合型配电系统，在具体的厂房中治理谐波的过程中，主要涉及到以下三个方面的内容[4-5]：一是，总补偿，其满足于分布不集中的非线性负载的情况，同时，单台的容量比较小。从实际情况分析，则仅需要将APF安装在低压电源的总的进线位置，能起到较好的分流谐波的作用;二是，部分补偿，这种方式适用于分布比较集中的非线性负载的情况，具体应用在几条支路。具体来说，在相关设备分布的同一区域中，供电则通过单独母线，能实现LC安装在母线供电一端;三是，局部补偿，这种方式能满足于非线性负载分布较为集中且容量较大的情况，比如，针对电弧炉所应用情况，可以通过APF安装来进行谐波消除。

6 结语

由此可见，在供配电系统中，只有从实际出发，弄清楚谐波产生的原因，才能在此基础上提出有针对性的解决措施，以保障工程项目的生产顺利的基本要求。有效解决谐波问题，能全方位保障供电质量得到提升，更好地推动工业生产的开展，也有利于维护好经济社会的稳定持续发展。

参考文献：

[1]张大炜.锅炉房供配电系统的谐波治理策略研究[J].电力系统装备，2019，19.

[2]孙宏斌.煤矿供配电系统谐波分析与治理[J].矿业装备，2019，5.

[3]许莹.供配电系统内谐波对电容补偿的影响分析[J].电工技术，2019，14.

[4]爱普科斯，Lukas Motta.改善电能质量、减少谐波的有源谐波滤波器[J].电力系统装备，2016，8.

[5]史金春.工业厂房低压无功补偿相关参数计算[J].智能建筑电气技术，2019，2.