谐波的危害及治理

九江整流器厂谐波治理中心 吴思斐 张志国

    随着科学技术的进步和电力工业的迅速发展，特别是冶金、化工、矿山、电气化铁道和直流输电等部门的电气机车、整流设备、电炉以及其它的负荷，家电领域里的彩色电视机、日光灯等用电设备的大量使用，电子行业中的开关电源、高频电源、电子振流器等的普遍应用，致使大量谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量严重下降，不但对电力系统的一些主要设备产生重大影响，而且对广大用户也产生了严重危害，例如：白莲河铝厂， 1991 年技术改造，将原来的硅整流电解设备改造为晶闸管设备后，原有的一套 2600 千乏的无功补偿装置由于晶闸管设备的谐波问题困扰，长期不能投产，致使该厂每月因功率因数不合格被供电部门罚款六万多元，而且该厂的谐波注入电网，直接影响到为其供电的白莲河水电厂，造成电厂自动装置误动，曾在 1995 年 5 月使电厂出现一次全厂停电事故，丹江铝厂、赣州铝厂也存在有类似问题。

    大功率整流装置是电力系统中的主要谐波源之一，按照谐波理论，整流装置产生的谐波主要为 KP ± 1 次，其中 P 为脉波次数，比如 6 脉波整流装置生产 5 、 7 次谐波， 12 脉波整流装置生产 11 、 13 次谐波等等，我们把这类谐波称为特征谐波。从理论上讲，整流装置只产生特征谐波，但实际上由于变压器绕组的不平衡、磁路饱和、晶闸管触发特性的差异等因素的影响，装置还会产生非特性谐波，甚至由于波形的正负半周不对称而产生偶次谐波，据我们监测，白莲河铝厂、丹江铝厂在滤波器投产前就存在有大量的非特性谐波和偶次谐波。由于近年来电解铝、氯碱等工业迅猛发展，整流装置的功率越来越大，而且为了稳流控制的需要，大多采用晶闸管整流装置，因而所产生的谐波也随着整流装置的功率增加而增大，另外晶闸管整流装置也增大了设备的无功需求，往往功率因数低，一般在 0.8 到 0.85 左右，所以谐波治理及无功补偿应结合在一起综合来进行。

    随着电解铝、氯碱工业的高速发展，这类非线性负载用户的用电量的增长率远远高于发电量的增长率，因而造成供电电网的谐波危害及无功不足的问题日益突出，造成的危害也越来越严重，已经制约着电网的发展和造成电能的浪费，谐波和无功的综合治理已成为摆在我们面前的一个迫在眉睫的实际问题。

    我们在长期的谐波治理实践工作中，形成了一整套具有自主知识产权的独特的无功补偿和谐波治理技术，针对谐波无功综合治理是一项难度较大、技术复杂的综合工程，并结合电解、电化用大功率整流机组产生的谐波特点及电力系统的有关参数，创建数学模型对不同的谐波源用户进行多方案计算机仿真计算，选出最优的滤波方案并进行谐波滤波器物理模似，在滤波器的安装调试工作中采用滤波器现场精确调谐等我们独有的技术，在解决复杂的谐波危害问题中应用并取得成功。例如白莲河铝厂的谐波治理及无功补偿装置，是在武汉某公司的铝电解专家、华中某大学的某教授、西安某大型企业的谐波专家治理工作失败，他们先后设计制造的设备不是烧毁就是不能投运的情况下，我们应用我们的独特的技术，在接手该项治理工程后，仅用三个多月的时间，在 1996 年 8 月底使我们设计制造的谐波治理及无功补偿装置一次投运成功，该厂的功率因数由 0.82 上升到 0.96 ，供电部门对该厂也由无功罚款六万元到奖励四万元，丹江铝厂的谐波治理也是在某大型甲级设计院设计的无功补偿装置存在较大严重缺陷的情况下，我们接手过来重新设计制造设备，一次投运成功的。赣州铝厂的谐波治理无功补偿装置，是在几家单位激烈竞争，我们以技术和价格方面的优势一举夺标，在不到三个月的时间内，设计制造好设备，于 2001 年 3 月一次投运成功。

    我们在长期的谐波治理工作中，完成了四十多项谐波治理及无功补偿工程，每个工程都达到了设计的要求，并都实现了一次投运成功。

    我们治理谐波的工作，采取了如下的步骤和方法：

    背景谐波测试和供电系统的有关参数收集

    谐波治理的初步方案的制订

    滤波器组的多方案计算机数字模拟

    滤波器组的物理模拟

    治理方案的最后选定及设计谐波治理和无功补偿设备

    设备的订货及制造

    设计滤波器的一次、二次原理及安装图纸

    现场设备安装及现场滤波器成组精确调谐

    投产测试

    我们特别擅长解决别人难以解决的十分复杂的谐波问题。我们在谐波治理及无功补偿的工作中向用户提供最优质的技术服务，保证在任何复杂的谐波环境下实现谐波治理工程一次投运成功并在治理完成后使谐波达到国标要求，装置投入后的功率因数达到用户和供电部门的要求，一般在 0.95 以上。

    定货要求：

    为使滤波器无功补偿装置达到最佳使用效果，需针对各用户单位的电网参数及谐波发生量由我们进行单独设计，可由用户自行提供设计数据，由我厂根据参数要求提供相关设备，也可以由我厂进行整体设计制造，若由我厂设计，请提供以下参数：

    1 ．滤波器装置安装处的电网电压、电力系统最大短路容量，最小短路容量。

    2 ．供电系统电气主接线图及变压器的电气参数。

    3 ．所需要的补偿容量或现有功率因数，希望达到的功率因数。

    4 ．各次谐波发生量及各非线性负荷有关参数如：大功率整流机组的容量、接线方式、整流脉动数 P 、额定状态下的控制角和整流变压器漏抗等。

    5 ．最大频率偏差。

    6 ．背景谐波（谐波负荷空载条件下谐波电压和谐波电流值）。

    7 ． 24 小时内的最高电网电压和最低电网电压。

    8 ．电网运行参数和背景谐波等也可由我厂实地监测。

已完成的部分无功补偿、谐波治理工程的用户一览表