商业综合体谐波问题分析及治理方案

陈萧殷

沈阳有色冶金设计研究院有限公司 辽宁沈阳 110003

1 问题的提出

2019年4月某Y商业综合体投产后，出现了一系列电能质量相关问题：①2018年2月至2019年3月，商场内最终照明灯具安装，均采用了led照明灯具；②进入夏季后，在检查中发现，商场内几处专用变配电室环境温度升高，变压器运行温度有明显升高，噪声增大，电缆发热，但负荷变化不明显；③在对商铺进行电气安全检查时，发现很多商铺的中性母线上的电缆有高温烧蚀，剩余电流检测器不正常工作，漏电保护开启；④监控中心的监控显示屏上产生比较严重的木纹形状干扰。

针对上述问题，建议Y商业综合体对所有变压器和配电室的电能质量进行了深入测试，并根据测试结果解决了问题。本文以Y商业综合体的实测数据和谐波治理为例进行探讨。

2 Y商业综合体变配电室电能质量测试

Y商业综合体于2019年投入使用。电梯、自动扶梯、空调水泵为变频设备，专用变配电室采用7%电抗补偿+30%电容补偿。

2019年夏季，对Y商业综合体1#专用变压器和2#专用变压器进行了电能质量测试。

3 测量数据分析

根据实测数据统计和国家标准GB/T14549-1993《公共电网电能质量谐波》可知，谐波的允许值：①变压器三相电压基本平衡，三相电压偏差在规范允许的电压总谐波畸变率5%以内；谐波电压含量不高，谐波电压含量在4%的允许范围内。②Y商业综合体的三相电流不平衡超过规范允许值，中性点电流漂移严重：谐波电流含量超标，主要是三、七、十一阶等奇次谐波；奇次谐波含量三相平均值为140A，占27.1%；三次谐波电流平均值为92.85A，占17.98%，比三次谐波62A允许值超出49.76%。总谐波电流三相平均值为142.4A，电流总谐波畸变率THDi=27.55%。③变压器输出电流波形严重变形，谐波电流的平均值和比例均严重超过规范允许值。④由于谐波电流过大，无功损耗和运行成本大大增加[1]。

4 谐波原因分析

2019年投入使用的Y商业综合体负荷中的电梯、自动扶梯、冷冻水泵、冷却水泵均为变频调节设备；公共区域和商店的照明灯具均为LED照明灯具；同时，使用多个发光二极管显示器。这些非线性负载的广泛使用，如变频负载和开关负载，导致电力系统中出现大量谐波。

5 谐波控制方案的选择

谐波控制有两种选择：无源滤波和有源滤波。无源滤波改造方案成本低，但改造难度大，对商业运营影响大；有源滤波器改造方案难度大，不影响商业运营，但成本高。经商业综合体运营团队研究决定，采用有源滤波方案对现有项目进行谐波治理改造。

6 利用有源滤波装置控制谐波

Y综合商体1#专用变压器和2#专用变压器谐波治理（集中治理法）试点。治理目标：①减少配电系统中三次谐波叠加造成的中性线电流过大现象；②降低无功补偿谐振概率；③降低谐波引起的铁损和线损；④提高设备的可靠性和使用寿命；⑤减少谐波对公共电网的污染；⑥减少对通信设备的干扰，提高通信信号质量。

6.1 治理方案

3#专用变压器的主谐波为三次谐波，最大三次谐波电流为107.506A，总谐波电流值为152.833A，选择200A有源滤波补偿装置集中处理。

4#专用变压器的主谐波也是三次谐波，最大三次谐波电流平均值为196.2A，总谐波电流值为218A，因此选择300A有源电力滤波器集中处理。结合现场用电和数据测试分析，本工程集中处理采用机柜地板安装。APF将在原有低压配电系统的基础上安装，安装接线位置将在400伏配电系统中，在补偿辅助柜和负荷柜之间，以确保系统的基波电流流经补偿柜的400伏母线。

6.2 治理效果

（1）工程部于2019年10月14日至10月19日进行了为期6天的谐波治理效果对比试验，其中有源滤波设备于10月14日、10月16日和10月18日关闭，有源滤波设备于10月15日、10月17日和10月19日开启。与1#变压器谐波治理设备停机3天相比，开机3天共节约用电719.9千瓦时，占节能量的6.50%。与2#专用变压器谐波治理设备停机3天相比，开机3天共节约电能925.6千瓦时，占4.81%。从谐波处理后的检测结果可以看出，1#专用变压器的谐波含量从处理前的10.81%下降到2.78%，下降了8.03%；2#专用变压器谐波含量由处理前的22%降至0.9%，下降21.1%。

（2）灯具故障率降低90%，灯具更换数量由谐波治理前每月50台左右降至每月5台。

（3）处理后仍存在的问题：谐波处理装置温度偏高，达到43℃；谐波控制装置的噪声偏高，达到72.6分贝。

6.3 处理后的经济效益

根据Y综合商体1#专用变压器和2#专用变压器的中试处理结果，计算了Y综合商体谐波处理后6台负荷性质相近的变压器的节能费用。商业综合体中类似负荷性质的6台变压器每年节电36万千瓦时以上。经过谐波治理，Y综合商体灯具故障率下降90%。

7 有源滤波器设备选型注意事项

①选择具有高精度电流闭环算法的有源滤波器，具有较强的电网环境适应能力；②选择高效散热设计的有源滤波器；③选择故障检测、控制和保护功能完善的有源滤波器；④选择补偿精度高的有源滤波器；⑤选择低功耗的有源滤波器，功耗不超过额定输出功率的3%；⑥选择谐波滤波率高的有源滤波器，滤波率不小于97%，系统电流谐波不大于3%；⑦选择能同时滤除2-51次谐波的有源滤波器；⑧选用低噪声有源滤波器，噪声不超过65dB；选择可靠性高的主要部件。

8 结语

商业综合体中的谐波产生主要是由于LED照明灯具、变频装置等非线性负载的广泛应用，导致电力系统中产生大量奇次谐波。本文以Y商业综合体为谐波治理试点项目，对业主持有的其他商业综合体项目进行了谐波治理，取得了良好的谐波治理效果和长期的节能降耗效益。