浅析低压配电线路无功补偿装置谐波治理技术

王熹瞳

（郑州大学产业技术研究院，河南郑州，450000）

0 引言

当下人们的用电需求与日俱增，对电力供电系统提出了更高的供电要求。但是配电系统在运营的过程中仍然存在着一些问题，谐波的存在就是问题之一。谐波会对电力系统的设备造成一定影响，这些设备会在谐波的作用下性能退化、寿命减少。所以如何有效解决电力系统的谐波问题是值得深入研究的课题。

1 谐波对低压配电线路造成的不良影响

如果在低压配电线路中存在谐波电流，线路中就会发生集肤效应，还会发生有功功率损耗的不良情况。此时谐波的电阻就会变大，线路上损耗的电流就会随之增大。也就是说谐波会影响低压配电线路的运行效率，会降低供电的质量。在低压线路中，通过中性线的电流不大，一般情况下，都会使用比较细的线。如果其中存在着大量的谐波，线路的绝缘性能就会明显降低，进而发生线路短路的情况，如果没有及时发现，就有可能发生火灾事故。此外，谐波会对电容器的电容量产生一定的破坏作用。如果在线路中出现了谐波电压，电容器的温度就会持续升高，当温度上升至一定的高度，超过电容器所能承受的极限温度，此时电容器就会爆炸，这会给电力系统带来巨大的经济损失[1]。另外电容器在谐波的作用下，会发生谐波谐振，这会对电网的正常运行产生影响。如图1所示为检测到的多种谐波的特征曲线。

图1 多种谐波特征表示图

2 目前市面上出现的无功补偿装置

谐波的存在会对低压配电网的运行产生不良影响，会严重破坏设备的功能，也会降低设备的使用年限。当下我国科学技术获得了良好发展，科学技术水平在不断提高。供电企业引进先进的科学技术，让配电网的运行更加稳定，也增加了配电网运行的安全性能。选择合适的低压配电网无功补偿装置能够实现对谐波的有效抑制，这对电力系统来说有着十分重大的意义。一般情况下，低压配电网出现的谐波都是1次谐波、7次谐波和13次谐波，低压谐波滤波器对谐波产生的是防治作用。市面上出现的抗谐无功功率自动补偿装置如图2所示。固定式的单调谐波滤波器由电容器和滤波电抗器组成。在选择时要注意电抗器的电感值。要确定两个数值，一个是一般回路形成的谐波频率，另一个是电网间存在的最低次谐波频率，正常情况下后者的数值会高于前者的数值，利用这一特点能够保证谐波的频率达到正常的标准。有源滤波器也是目前已经广泛应用于实际的一个有效治理谐波的装置。这是一种新型装置，制作这一装置所用的技术十分先进[2]。国内能够生产这一装置的厂家数量不多，如今使用的装置大多数来自于国外。这种装置的优势就是能够在较短的时间内响应要求，通常情况下发出响应的时间不会超过1ms，这一特点能够有效提高对三相谐波电流补偿的效率。还有一个优点就是，有源滤波器的谐波次数是50次以上，这一水平十分高，会明显降低企业的经济损失。

图2 抗谐无功功率自动补偿装置

3 无功补偿装置的类型和特点

图3 静止式的无功补偿装置

无功补偿装置可以划分为两种，一种是静态补偿装置，这种补偿装置抗阻确定，因此这种装置不能符合无功需求随时发生变化这一特点，所以起到的无功补偿的作用有一定缺陷。只有在稳定不波动负荷的支持作用下，才能使用这种装置。由于这种局限性，静态的无功补偿装置在实际的应用中不是十分广泛。无功补偿装置的另一种是动态的无功补偿装置。科学技术在不断发展，电力系统也得到了很大程度的完善，动态的无功补偿装置得到了广泛的运用，尤其是在低压配电网领域，动态无功补偿装置比静态无功补偿装置有明显的优势。在工作时，动态无功补偿装置会检测电力系统，会分析控制芯片的运转情况，然后让电容器能够根据实际需要自由切换模式。这样就能实现对系统的无功补偿。这种类型的装置有一定的使用优点，就是即使电路中没有电流也没有电压，仍然能够实现电容器的投切，此时机械投切的危害明显降低，装置的使用寿命会有所增加。另外一个优点是动态无功补偿装置能够快速检测出电网中存在的无功电流，之后再分析芯片，进而判断出是否进行无功功率补偿，此时电路会快速恢复稳定，保证线路的供电质量，如图3所示为静止式的无功补偿装置。

4 运用无功补偿装置治理低压配电网谐波需要注意的问题

安装无功补偿装置是一项治理谐波的有效技术，能够达到良好的治理效果。在选择低压无功补偿装置时，应该做到科学合理。要对谐波的含量有清楚的把握，要了解谐波的负载性质。可以使用谐波测试仪测量线路中谐波的含量。电力负载的变化幅度、电力负载的变化频率以及三相负荷之间的平衡度这些都是电力负载的性质。要详细掌握这些内容，并在此基础上合理选择无功补偿装置[3]。存在一些场合对谐波控制有着很高的要求，比如起重设备制造企业，各种大型的商场。为此在为这些场合选择无功补偿装置时，需要具体考虑这些场合的具体情况。另外还要收集配电网的技术参数，因为有了这些参数才能设计滤波器。配电网的运行电压值、电压值的变化范围、配电网的额定电压值、电压畸变率测试值以及配电网的基波频率无功负荷状态，这些都是配电网的基本参数值。参考这些参数，才能保证滤波器的设计符合使用的要求。选择无功补偿装置还要用到仿真模型工具，这一工具能够辅助计算，进而制定出无功补偿大致的实施方案。同时仿真模型工具还具有预测的功能，能够预测配电网中是否会出现谐波共振的情况，同时还能预测谐波放大的情况。这样工作人员就能知道无功补偿装置在发挥作用时可能出现的问题，并在此基础上制定出有效的解决方案。

5 运用滤波器治理谐波，将线路中的谐波有效过滤

无功补偿谐波治理可以在用户端进行，具体的操作是把有源滤波器或者是无源滤波器植入到用户端。这样就能在用户端实现对谐波的治理。无源滤波器的治理的原理是将谐波电流充分吸收。使用这一方式进行治理需要用到无源网络。无源滤波器的组成部分有电容、电阻和电感。目前这种方式已经得到了广泛的应用。这项工作的关键之处就是要选择合适的无源滤波器，无源滤波器的种类有单调滤波器和双调滤波器，只有选择合适的滤波器才能起到良好的滤波效果。还有一种方法就是在低压配电网的变电站进行谐波治理，这种方式有着管理便捷的特点，而且能够达到系统化的治理效果。在目前的发展阶段中，这种治理方式普遍使用混合型的电力滤波器，这种滤波器不仅有着有源滤波器的治理特点，还有无源滤波器的治理特点。有着更为良好的配电网谐波治理效果。混合型电力滤波器的工作原理有两种，一种是串联的混合型，另一种是并联混合型。在实际的治理工作中要灵活选择治理原理，力求达到最好的治理效果，让谐波对低压配电网造成的影响降低到可以接受的范围内。

6 总结

综上所述，本文研究谐波对低压配电网产生的危害，发现谐波问题会严重影响电力系统的稳定运行，导致系统供电质量下降，这会对人们的正常用电产生不良影响。供电企业在运用无功补偿技术治理谐波时，应该仔细研究谐波污染产生的原因，更应该注意装置的合理运用。