龙游特立不锈钢制造有限公司谐波影响分析

黄宏华，王志祥，何建明

（浙江衢州电力局，浙江衢州324000）

0 引言

在理想情况下，优质电力应为正弦波形。但在工程实际中，电压、电流波形往往偏离正弦波形，即产生谐波。供电系统谐波是指一些频率为基波频率（我国取工业用电频率50 Hz为基波频率）整数倍的正弦波分量，又称高次谐波[1～2]。供电系统谐波不但导致电压、电流波形畸变，而且将引发一系列危害[3～6]。为此，必须采取有力措施，抑制供电系统谐波，保证供电系统及其所有负荷正常运行[3～7]。

谐波主要源于用电设备[8]。譬如，晶闸管整流设备、电弧炉设备。经统计表明：整流设备所产生的谐波占全部谐波的近40%，这是最大的谐波源。而电弧炉所产生的2～7次谐波，平均可达基波的8%～20%，最大可达45%。

龙游特立不锈钢制造有限公司大量使用晶闸管整流设备、电弧炉设备，是典型的谐波源用户。本文将以此为例，评估谐波状况、危害，并提出相应的对策。

本文工作主要依据GB/T14549－93《电能质量公用电网谐波》[9]进行。

1 谐波状况

1.1 基本用电情况

龙游特立不锈钢制造有限公司主营不锈钢制品，目前投运负荷 2×6.3 MW。该公司采用中频炉，24脉动换流设备。

目前，该用户由110 kV新区变供电，变电所出线间隔命名为特力I222、特力II224。正产运行方式：2号主变（容量50MW）送10 kV II段母线，10 kV母线分列运行，特力I222、特力II224接于10 kV II段母线运行，其它10 kV出线接在I段运行，II段上2号、4号电容器及2号主变有载开关由VQC装置控制自动投切、调档（因母线电压波动过大，导致频繁动作，目前VQC未投运）。

1.2 谐波测试情况

1.2.1 用户负荷投运前谐波分析

测试信号取10 kV II段母线电压。10 kV II段母线由2号主变供电，10 kV II段母线上只有特力 I222、特力 II224两条线路，测试期间两线路处于检修状态，10 kVⅠ、Ⅱ段母线分列运行。谐波总畸变率、频谱分别示于图1、图2。

实测表明，在用户负荷未投运情况下，母线谐波电压以3，5，7次为主，5次谐波电压含有率最大（0.436%），总畸变率为0.986%，远小于国标4%要求。

图2 10 kVⅡ段母线谐波电压频谱图Fig.2 Spectrum of voltage in the bus of 10 kVⅡ

1.2.2 用户负荷投运后谐波分析

5月12日10时至5月13日10时，衢州电力局修试工区进行现场24小时跟踪测试，实测特力I线电压谐波总畸变率曲线及频谱图分别示于图3、图4。测试期间，5月12日21时至5月13日9时为用户负荷投运状态。

图3 特力Ⅰ222线高压侧电压谐波总畸变率变化曲线Fig.3 Voltage THD curve of high voltage side in TeliⅠ222

图4 特力Ⅰ222线高压侧谐波电压频谱图Fig.4 Spectrum of high voltage side in TeliⅠ222

测试表明，特力Ⅰ222线高压侧电压谐波总畸变率达到了6.167%，远远超过国标值4%，24脉动整流设备特征谐波中，23次、25次谐波电压含量最大，已经超标。特力Ⅱ224线高压侧谐波电压情况与特力Ⅰ222线类似。

2 谐波危害

2.1 危及2号主变及2号所用变的安全

谐波引起变压器震动，噪声增大。近期，在特力间隔带负荷时，运行人员夜巡发现该变电所的所用变及主变运行噪声均高于原正常运行情况。此外，谐波电流还将产生附加损耗、谐频磁滞损耗和涡流损耗，影响变压器绝缘性能，导致局部过热。

2.2 严重影响电容器寿命

新区变2号、4号电容器配备限流式阻尼电抗器，电抗率0.2%。根据计算，22次以下谐波均有可能由于电容器的谐波放大作用而被放大，引起电容器谐波电流大大上升，产生严重过负荷、发热，产生异响。在一定条件下甚至可能发生高次谐波谐振过电压，损坏运行设备。6月22日，用户负荷投入后，2号电容器发出巨大声响，运行人员查看后将2号电容器退出运行。改投4号电容器后仍然发出巨大声响，只好将2组电容器全部退出运行。分析认为，是电容器谐波电流严重放大所致。

2.3 造成10 kV II段母线电压波动、合格率下降

图5、图6为5月12日18时至5月13日08时，特力I222线电流及母线电压变化曲线。

可见，用户负荷变动非常大，导致母线电压波动、合格率降低。以6月26，27，28日3天为例，监控系统数据见表1。

表1 10 kV段母线电压最低值及合格率Tab.1 The lowest voltage and qualified rate of 10 kV bus voltage

图5 特力Ⅰ222线高压侧电流变化曲线Fig.5 Current curve of high voltage side in TeliⅠ222

图6 母线电压变化曲线Fig.6 Bus voltage curve

经分析，原因在于：龙游特立不锈钢制造有限公司采用中频感应炉，消耗大量无功，且无功消耗波动很大，而用户就地无功补偿不足，加之新区变2号、4号电容器不能正常投运，导致10 kV母线电压波动、合格率降低。

3 解决方案

（1）根据谐波现状，营销部门应加大谐波治理督促力度，要求用户限期治理。用户应尽快联系谐波治理厂家出台谐波治理方案，经有关部门审批后，立即治理。

鉴于龙游特立不锈钢制造有限公司使用24脉动整流设备，23次、25次谐波电压含量最大，已经超标（参阅图4），谐波治理方案应以抑制23次、25次谐波为主。治理方案中的电容器成套装置应考虑采用6%限流电抗器，以限制5次及以上谐波被放大。

（2）未完成治理前，新区变2号、4号电容器不得投运。新区变2号、4号电容器配备限流式阻尼电抗器，电抗率仅0.2%，22次以下谐波均有可能被放大，产生严重后果。同时，尽可能考虑换用配备6%限流电抗器的电容器。

（3）未完成治理前，VQC装置不得投运。

（4）变电工区应加强对新区变的巡视，特别要注意2号主变及2号所用变的运行工况。如有异常情况，立即向有关部门汇报。

（5）治理完成后试投运期间，进行治理效果评估测试分析，必要时改进治理方案。

4 结论

根据龙游特立不锈钢有限公司实际谐波测试数据，分析了该用户谐波对变压器、电容器等设备及母线电压的影响，并提出了解决对策。

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