摘 要
随着现代化工产业的发展，大量的非线性电力负荷被应用在配电系统中，导致谐波电流产生并注入到配电系统中，增加了电网损耗，降低了配电质量，影响了化工企业的正常生产、运营。因此，有关化工企业配电系统中谐波治理方面的研究受到了人们的广泛关注和重视。本文在对化工企业配电系统中谐波危害及其分类作出分析和论述的基础上，就化工企业配电系统中谐波的治理措施进行了研究。
【关键词】化工企业 谐波危害 治理措施
由于谐波产生的原因非常复杂且多变。目前，化工领域虽逐渐意识到了谐波所带来的危害，并对配电系统中谐波治理有所重视，但是由于研究和治理力度的不足，导致很多化工企业的配电系统中谐波问题依然存在甚至出现恶化现象。谐波污染对化工企业的整个配电环境都产生了影响，而且谐波污染具有一定的隐形特征，很多化工企业常常在遭受重大事故之后，才采取相应的治理措施，有关谐波治理方面的研究更是后知后觉。为了保证化工企业的用电正常，促进化工企业的长效发展，作者重点就配电系统中谐波的治理措施进行了研究，以期为化工企业的谐波治理提供参考和指导。
1 谐波的危害
在化工企业配电系统中，由谐波引发的设备故障和灾害是非常严重的，影响了该企业整个配电系统的正常运行。通过对化工企业的调查分析发现，谐波不仅影响了配电点线路的正常运行，还影响了部分电力设备的工作。大多数化工企业都是依靠电磁式继电器、感应式继电器等来保护供配电线路和电力电压器的安全，但是受谐波的影响电磁式继电器、感应式继电器又容易做出错误的动作，导致其保护功能失效，严重时可能会致使配电系统瘫痪。除此之外，化工企业的配电系统中产生谐波时，系统投入电容器的电压会增强，一旦这种电压超出电容器的承载能力时，则会使电容器持续发热，加速了电容器绝缘介质的老化，反过来电容器将已畸变的电压投入到配电系统中，也会加剧谐波的产生，是一个不断恶化的过程。配电系统中谐波的产生还会加大变压器铜和铁的使用，相应的电阻损耗和磁滞损耗等也会增加，这无疑会降低变压器的实际容量，弱化了变压器的变压功能。与此同时，大量的谐波还会致使变压器的震动加强，加重了变压器的噪声污染。以上述及的这些危害都是谐波危害中的一部分，谐波还会对异步电机、断路器以及弱电系统设备等造成干扰，严重影响了化工企业配电系统的正常运转。因此，我们应进一步加强对谐波的研究，并采取有效地治理方式方法，以保证化工企业日常生产的正常用电。
2 化工企业配电系统中谐波源类型分析
究极化工企业配电系统中谐波产生的根源，主要由配电系统中部分设备及负荷的非线性特性引发的，很多化工企业配电系统中的电压与电流不成正比关系，致使电路的波形产生畸变，最终出现谐波。一旦化工企业的配电系统向非线性设备和负荷传输电流时，这些设备和负荷会在传播、转换、吸收基波能量的过程中，将部分基波能量转化为谐波能量倒输给配电系统，从而降低配电系统的电能质量。从谐波发生的概率分析，我们大致可以将化工企业配电系统中的谐波源分为稳定型谐波源、动态性谐波源以及突发型谐波源。其中，由稳定型谐波源产生的谐波组成和幅值基本稳定不变，主要包含了稳定电压下因变压器铁芯的非线性特征引出的谐波以及由附带稳定负载的整流、环流设备引出的谐波等；由动态性谐波源产生的谐波随意性非常强，不具稳定性，譬如电弧炉、电气化机车引出的谐波等。在化工企业中，由电弧炉产生的谐波尤为严重，其冶炼的不对称性和电弧燃烧的不稳定性都是造成谐波幅值震荡的重要因素；由突发型谐波源产生的谐波一般不会出现在化工企业正常运行的配电系统当中，它只有在某些特定的条件下才会产生。典型的动态型谐波源有变压器空载合闸的励磁涌流等等。我们只有知悉每一种谐波源的类型归属，并分析其产生的根源，才能制定有针对性、有目标性的谐波治理方案，从而提升谐波治理效果。
3 化工企业配电系统中谐波的治理措施
通过对谐波危害的分析，我们深刻的认识到谐波治理的重要性。作者结合上文中对化工企业配电系统中谐波源类型的总结和分析，就化工企业配电系统中谐波治理的措施进行了探讨，并提出了一些有效建议，以供参阅。
3.1 优化整流装置
对于化工企业而言，治理谐波最行之有效的方法无疑是优化整流设备。我们可以改进整流装置的内部结构，提升其控制精度，从而减小配电系统中的谐波电流。具体而言，我们可以从两个角度来完成整流装置的优化：一，改变换流器的相数，减小触发角。理论上来讲，一个换流器的交流内测只会含有其相数任何正整数倍数的特征谐波分量，这个数值误差不会超过正负一次，而且每次特征谐波的电流值与谐波次数成反比关系，即换流器的相数越高，那么幅值高、频次低的谐波发生频率越低甚至消除。值得注意的是，这种治理谐波的方案只有在三相负载完全平衡的前提下才能产生效果，并不适用于任何情况的配电系统。这是因为假如化工企业配电系统中的三相负载不平衡，那些被消除的谐波会转化为非特征形式的谐波重新出现；二，改变整流变压器的接线方式。一般情况下，化工企业配电系统中的变压器都是以三角形的方式连接在一起，在此我们可以将其中的两台用星形连接起来，从而使其具备十二脉波整流装置的效能，有效消除谐波电流中较高次数的谐波。与此同时，我们还应加装平衡电压器，以保证化工企业配电系统的正常、安全运行。另外，我们在改变整流变压器接线方式时，会将高压绕组匝数减至原来的57.7%，理论上此时变压器绕组容量会超出额定的容量范围。因此，我们要注意仔细核算新型接线方式变压器的容量，确定其能够满足负荷要求之后，方可使用。
3.2 安装滤波设备
化工企业在配电系统中加装滤波设备需要根据整流装置产生高次谐波次数、高次谐波电流值等条件而定，在此过程中，还需考虑以下两个方面的因素：一方面，选用正确的方式加装滤波设备。化工企业可以根据配电系统的运行实际，合理的改进系统接线方式，使同属于一根母线的两个回路改为并行工作状态，如此我们只需在母线上安装滤波设备就可达到预期的谐波治理效果，减少企业的资本投入；另一方面，考察整流装置优化效果。常规上我们认为，经过优化的整流装置完全或基本可以达到偶次谐波以及三次谐波的治理要求，但是受某些条件的限制这也不是绝对的。假如优化过的整流装置注入配电系统中的谐波电流含量依然超出了国家额定的标准，化工企业再选择加装滤波设备，以为本企业节约使用成本和维护成本。除此之外，化工企业还要注意选用滤波设备的科学合理性。一般选装的滤波器需要具备两项功能，即经过滤波器注入系统的谐波次数能降低到国家规定的范围之内和滤波器可以进行基波无功补偿，能够为负荷提供所需的无功功率。化工企业切不可盲目的加装滤波装置，应该协同相关技术人员全面、仔细分析本企业的配电系统运行实际，明确自身的谐波治理需求，在保证有效治理谐波的同时注意把控治理成本，尽量将由谐波治理产生的费用降到最低。
3.3 降低谐波含量
除了以上提出的两种治理谐波的有效方式，我们还可以在谐波源上做文章，降低其中谐波的含量，有效抑制谐波的产生。这种方法相对比较积极，能够为化工企业节约更多地谐波治理成本。近年来，随着科学技术的发展，化工企业可采用多种方式降低配电系统中谐波源携带谐波的数量。在此作者主要介绍调整脉宽法和多重化整流电路法两种。其中，调整脉宽法是指通过控制PWM输出波形的转换时机，来使四分之一波形相互对称，继而实现谐波治理和基波幅值控制的方法。PWM技术是近年来人们最常用的谐波治理技术之一，包含了最有脉宽调制技术，跟踪行PWM技术以及自控式PWM技术等，其优势就在于能够提高功率因素，有效降低谐波源中低次谐波的含量。多重化整流电路法则是指通过叠加多个方波，消除谐波源中低次数谐波的含量，从而得到与正弦波相近阶梯波的谐波治理方法。当整流电路的重数越多时，其波形与正弦波越相近，此时化工企业配电系统的电路愈加复杂，所以多重化整流电路法主要适用于大容量场合。此外，调整脉宽法和多重化整流电路法并不冲突，两者结合使用会取得更好地谐波治理效果。
4 小结
总之，化工企业加强配电系统中的谐波治理工作是非常重要的。由于作者的个人认知有限，有关化工企业配电系统中谐波治理方面的研究还可能存在很多不足之处。因而，化工企业在以后的工作实践工作，要根据本企业的配电系统运行实际，加强谐波治理方面的分析和研究，从根源上分析谐波产生的原因，并借助现代先进的检测技术和治理技术，积极探索出更多的谐波治理方案，加以应用，从而保证企业的供配电正常，促进企业的可持续发展。
参考文献
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[3]乔小敏，王增平，文俊.高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响[J]. 电力系统保护与控制，2009（10）.
作者简介
胡利江（1980-），男，浙江省杭州市人。大学本科学历。现为杭州电化集团有限公司工程师。研究方向为供配电技术。
作者单位
杭州电化集团有限公司 浙江省杭州市 310053
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