浅谈石化行业中谐波对电气设备的影响

田 飞，宁 旭

（海工英派尔工程有限公司，山东青岛 266100）

浅谈石化行业中谐波对电气设备的影响

田 飞，宁 旭

（海工英派尔工程有限公司，山东青岛 266100）

对石化行业中谐波给电力系统中的设备带来的影响进行分析和讨论，并总结几种治理谐波的方法

谐波；影响；抑制

随着科学技术的发展，石油化工行业生产水平的提高，电力系统中的非线性用电设备被大量投入使用，导致了电网中的谐波分量所占比重持续增大。谐波的存在，不仅增加了电网运行的损耗，降低供电可靠性，而且还会加速设备老化，危害生产安全与稳定。本文针对谐波对电气设备的影响，进行分析和讨论。

1 谐波的基本概念

随着电网中非线性负载的大量投入使用，使系统电压和电流从正弦波形畸变成非正弦波形。通过高等数学模型中的傅里叶级数分解，可将非正弦波分解为基波部分，以及整数倍基波的谐波部分。

电力系统中具有非线性特性的用电设备就是谐波源，具体到石油化工行业来说，常见的谐波源包括直流电机、变频器、新型LED照明灯具、不间断电源装置（UPS）等。非线性功率用电设备产生的谐波电流，一方面导致电压谐波，另一方面能显著地导致电容器组的过载。

2 谐波对电气设备的影响

石油化工行业中受谐波影响比较敏感的电气设备包括电容器、变压器、电动机、中性线电缆、发电机、集中远程控制系统、可控整流器、UPS系统等。

2.1 对电容器的影响

受谐波的影响，电容器会产生谐波电流，假如电容器的电容与电网的感抗恰好组成谐振回路，其谐振频率与某次谐波分量的频率相同或接近时，就会放大谐波电流，放大倍数通常可达10～20倍，这样电容器就必须通过过量负荷，最终会导致电容器鼓包损坏。同时，谐波电流与基波电流进行叠加，使得电容器运行的电流有效值增加，导致其工作温度升高，电容器过热，进而降低其使用寿命，损坏设备。

叠加在电容器基波电影上的谐波电压，一方面使电容器运行电压有效值增加，另一方面还会增大峰值电压。这就会造成电容器在运行的过程中出现局部放电无法熄灭，这也往往是造成电容器损坏的一个主要原因。当电容器的端电压为非正弦电压时，电容器介质中产生的附加有功损耗就会转换产生额外的热量，这就会继续提升电容器的运行温度，加剧绝缘介质的老化频率，降低电容器的使用寿命。

2.2 对变压器的影响

采用星形接法的变压器，如果变压器绕组中性点接地，而该侧电网中具有比较大的分布电容，或并联电容器组进行中性点接地，就有可能产生3次谐波谐振，增加了变压器的损耗，使其运行可靠性降低。同时，谐波电流会造成变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件温度升高，进而产生更大的噪声。

谐波对变压器的影响主要表现在，随着温度的升高和损耗的增加，含有谐波电流的负荷，通过阻抗时会形成谐波电压，而谐波电压在铁心叠片中将产生涡流电流，使其产生发热和损耗。这部分损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方成正比。进而导致变压器基波负载容量下降，这就是由于谐波的干扰而造成的。

2.3 对电动机的影响

谐波的存在会造成电动机的运行温度升高，损坏增大，进而引起工作效率降低，振动与噪音问题加剧，使用寿命大幅缩短。与此同时由于谐波含有各种特殊的频率的谐波电流，所以会产生一定的附加转矩，由此会产生一系列与谐波有关的干扰问题。

2.4 对中性线电缆的影响

在三相系统中每个相线对星形接法的中性点电压间有120°的相位角度差，因此当每相的负荷相等时，在中性线上的电流为零。如果三相负荷不均衡时，只有去掉均衡值以后的电流流入中性线。电力工程人员本可以利用这一特点，将中线导线容量减少一半。虽然基波电流可相互抵消，但谐波电流却不满足此特性，实际上它们都是三次谐波有奇数次（“3N倍”的谐波）在中线上矢量叠加。因此三次谐波电流的出现有必要扩大中心线电缆的截面。

2.5 对公用电网和其他系统的影响

受系统中谐波的影响，公用电网中元件会产生附加的谐波损耗，容易造成电网中部分发生串联谐振和并联谐振。继而造成继电保护装置以及电气测量仪表等设备的误动作，甚至对临近通信系统的工作稳定性造成干扰。

3 抑制谐波的方法

目前，谐波已经成为评价电力系统供电质量的一个重要指标。谐波抑制的主要方法总结如下：

1）从用电设备的角度去考虑，通过新技术的改进，减少谐波源的注入。但往往受制于设备本身以及其工作的效率、稳定性和经济性率等方面。

2）从减少谐波的共振放大角度考虑，加装串联失谐电抗器。但通过实验表明该方法存在谐波滤出效果欠佳的缺陷。

3）使用LC无源滤波器治理谐波，该方法是当前谐波治理使用最广泛的方法，但是谐波治理的成效还达不到预期要求，还有可能带来新的问题，比如导致系统震荡，放大谐波等等。

4）使用有源滤波器进行谐波治理。抑制效果比较理想，具有节约材料、能源的优势，是谐波治理方法研究的一个主要方向；但是目前来说补偿的谐波源容量较小，投资成本相对较大。

5）加装静止无功补偿装置（SVC）

在高压母线处并联装设静止无功补偿装置，可根据无功补偿和谐波分量的大小，智能分组投切，与传统方式相比更加节能。同时还可改善电能质量，动态补偿功率因数。但同时存在一次性投资过大的不足。

4 结束语

谐波问题对于石油化工行业电力系统中多种电气设备都会造成不良影响，结合谐波治理要求与标准，从技术、经济、效果等多层面，选择合适的抑制谐波方法能减少损失，提高电网稳定性和安全性。

[1] 王兆安，杨君.谐波抑制和无功功率补[M].第2版.北京：机械工业出版社，第2版，2006.

[2] 工业与民用配电设计手册[M].第3版.北京：中国电力出版社，2005.

[3] 吕润馀.电能质量技术丛书第三分册—电力系统高次谐波[M].北京：中国电力出版社，1998.

[4] 宋小刚.电力谐波治理方案[J].上海电力，2008，6.

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《化工设计通讯》编辑部

Influence of Harmonics on Electrical Equipment in Petrochemical Industry

Tian Fei，Ning Xu

This paper analyzes and discusses the influence of harmonic on the equipment in the power system of the petrochemical industry and summarizes several methods of controlling the harmonics.

harmonic；influence；suppression

TM711

：A

1003-6490（2016）12-0075-02

2016-11-23

田飞（1986—），男，山东东营人，助理工程师，主要从事石化行业电气设计工作。