工厂谐波治理及其节能量审核

颜伟庆

摘 要：有源滤波跟无源滤波各有各自的优缺点，在实际的场合中，要充分地分析现场以及设备运行工况，再决定用哪一种谐波治理方式。一般可以根据工厂的用能设备或者改造的设备的类型、数量和容量来判断是否使用滤波装置以及选择哪一种合适的滤波方式。

关键词：有源滤波；无源滤波；节能量审核

中图分类号：TM71 文献标识码：A

0.引言

节能减排已经成为了我国一项长期基本国策。在政府财政补助、技术推广、税收优惠等鼓励政策的引導下，很多企业在工厂节能技术改造中取得了很大的成绩，完成了政府下达的节能量指标。其中比较常见的节能技术改造包括：电机系统节能变频改造；注塑机伺服电机节能改造；空气源热泵替代燃油锅炉；冷凝水回收节能改造；LED灯具绿色照明改造等等。

在供用电系统中，通常希望交流电压和交流电流呈正弦波，可是当正弦电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波。比如电路中电力电子整流设备的投入使用，这个时候电压和电流就呈现出非线性关系，电路中就出现了无功跟谐波污染。在工业生产中，这种污染是普遍存在的。谐波污染带来很多危害：产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化，甚至发生故障及烧毁；使计量仪表特别是感应式电能表、通信设备和电子设备产生严重干扰等等。

1.有源滤波和无源滤波

目前治理谐波广泛使用的装置是有源滤波器APF、无源滤波器PF和混合型有源滤波器HAPF。

无源滤波器跟有源滤波器相比各有优缺点，首先无源滤波器可能因为超载而损坏；有源滤波器无损坏之危险，谐波量大于补偿能力时，仅发生补偿效果不足而已。其次无源滤波器谐振点偏移，效果降低；有源滤波器不受影响。第三，无源滤波器受系统阻抗影响严重，存在谐波放大和共振的危险；而有源滤波不受影响。第四，无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化；有源滤波器则可以根据负载调整电流源的输出，补偿效果不受负载变化影响。但是无源滤波器其工程造价较低，结构简单，运行可靠性高、运行费用低、可同时提供无功补偿等优点，所以无源滤波器至今仍是运用最多的方法。

2.谐波治理在实际场合中的运用

有源滤波跟无源滤波各有各自的优缺点，在实际的场合中，要充分地分析现场以及设备运行工况，再决定用哪一种谐波治理方式。一般可以根据工厂的用能设备或者改造的设备的类型、数量和容量来判断是否使用滤波装置以及选择哪一种合适的滤波方式。以下通过几个案例谈谈有源滤波跟无源滤波在实际场合中的运用：

（1）绿色照明改造项目。厦门翔邦高分子有限公司开展绿色照明节能改造，节能灯具更换为LED灯具。由于LED灯是使用直流电源的，所以其需要配套的整流设备，整流器就会产生谐波。工厂中使用的灯具数量众多，就会产生足以影响电能质量的谐波。厦门翔邦高分子有限公司做完LED灯具改造以后，谐波污染影响到了厂内高精度设备的使用，之后又找了有资质的公司做了谐波治理和无功补偿。LED灯具的整流器其主要产生的谐波污染是3、5、7次谐波，谐波固定，并且改造造价不高，所以宜采用无源滤波器。

LED灯具改造的另一个案例是一家合同能源管理公司给厦门夏纺纺织有限公司做的绿色照明改造，改造内容主要是LED灯具替代节能灯。其找的是资质好的节能改造公司，在改造同时进行了谐波污染的治理，所以没有受到谐波污染影响的困扰。

（2）厦门长天企业有限公司对鼓风机、离心机、循环水泵等104台电机进行变频改造，总功率3051kW，改造后电耗大幅下降。这些大功率电机变频器变频启动时会使用到软启动器（可控硅电机启动器），软启动器是非线性负载，启动过程中主要产生5、7次谐波；大功率电机是属于三相设备，使用三相电源，由于在制作过程中定子跟转子的分布以及绕线，没办法做到天衣无缝，再加上设备老化等原因，所以三相设备在使用过程中也会产生5、7、11、13次谐波。这些变频电机主要产生的都是固定的谐波，所以采用无源滤波器，改造公司在进行变频改造的同时也进行了谐波污染的治理。

（3）厦门厦工机械股份有限公司的谐波治理。厦门厦工机械股份有限公司的主要产品是装载机、挖掘机跟叉车，在生产过程中大量使用电焊机、点焊机等快速变化型负载，会产生大量的谐波污染和浪涌，快速的无功功率变化和三相负荷不平衡等现象，反馈回电网，造成电能质量的不稳定，并严重威胁其他设备的工作。公司的结构一车间进行节电改造，投入25万元，在电力开关上装设节电保护器以监视谐波、浪涌，并加以吸收利用提高电力设备的运转效率，工厂经过检测，年节能量达到8%。取得效果后公司陆续对其他车间进行改造。

对于电焊机、点焊机等快速变化负载进行滤波和功率因数补偿，可以采用晶闸管投切的快速补偿滤波装置，如果经济条件容许，最好采用有源电力滤波或者补偿装置（SVG、APF）。有源滤波补偿装置效果会更好，但价格比电容补偿滤波要贵上几倍。厦门厦工机械股份有限公司的谐波治理改造工程，因为其改造后节能量大，取得较好的经济效益，并且其产生的谐波变化大，治理要求高，所以宜采用有源滤波器。

3.谐波治理的节能量认定

3.1 广义上的谐波治理的节能量

广义上来讲，谐波治理的作用是提高电能质量，企业生产的产品质量受电能质量的影响，电能质量越好，企业生产产品的次品率就越低，同时对电网的冲击小，不会影响到电网上其他精密的用电设备的正常使用以及继电保护设备的正常工作，正常通信。就效果上讲，首先产品的次品率越低，因为生产次品也是需要能耗的，所以就越节能；其次设备的使用寿命延长，也是一种节能；第三在传输效率和通信效率上也可以产生节能量等等。但是这个过程中所节省的能源是无法估计的，所以我们一般不认定广义上的谐波治理节能效果的节能量。

3.2 谐波治理改造项目的节能量认定

现在有些做无功补偿和谐波治理的公司会通过安装电能表来计量改造之前跟之后的能耗数据来证明是否有节能的效果，因为影响的因素很多，所以这个节能效果的确认，主要还是靠企业跟节能改造服务公司自己去协商解决这个问题的。但是通过检测发现谐波改造项目中能取得节能量，并且达到财政奖励的标准的比较少，所以没有评选过单独的谐波治理的节能示范工程项目。

也有些节能改造服务公司是通过采用一系列的综合措施来实现节能改造的，谐波治理只是其中的一环，还包括提高功率因数、大数据管理、自动化管理、治理瞬流、浪涌冲击、三相不平衡等等，其节能量的计算是整个改造工程的节能量，不是计算单独的谐波治理取得的节能量。这种改造方式的节能量认定还是要通过实地检测，收集数据，最终由企业和节能改造服务公司一起确认节能量，然后再由专家组来对节能量进行判定。

结论

不是说谐波治理的改造节能量不大就可以忽略的，因为谐波带来的危害是巨大的。谐波的污染，可以和功率因数、浪涌冲击、三相不平衡等等一起综合治理，提高电能的质量，保证设备正常运行，延长设备的使用寿命，其取得的效益不是单单用节能量可以衡量的。

参考文献

[1]孟昭利.企业能源审计方法（第二版）[M].北京.清华大学出版社，2002.

[2]王兆安，刘进军，王跃，等.谐波抑制和无功功率补偿（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3]张选正，徐智林，张金远.谐波治理与无功补偿技术问答[M].北京：化学工业出版社，2009.