农村电网电炉谐波分析及抑制对策

（1．沈阳农业大学，辽宁省沈阳市110161；2．东北电力试验研究院, 辽宁省沈阳市110006）

摘要：根据农村电网谐波污染状况调查的结果，确认中频炉是目前农村电网的主要谐波污染源，并结合实例测量了谐波污染程度，最后提出了治理中频炉谐波污染的四种有效措施。
关键词：电炉谐波 抑制对策
1、引言
随着我国产业结构的调整和农村电网的建设发展，大量的工矿企业从城市中心迁移到城郊和农村地区，传统的非线性设备和现代电力电子非线性设备的大量投入造成农村电网中的谐波问题日趋严重，农村电网电能质量严重下降，电能损耗显著上升。因此谐波治理已经成为农村电网建设和运行管理中亟待解决的问题。
2、农村电网谐波污染状况调查
据抽样调查，农村电网主要的谐波源有三类，分别是：（1）电力电子装置，包括变速传动装置、不间断电源（UPS）、整流器、逆变器、开关电源和晶闸管控制系统；（2）电弧装置，包括电弧炉、荧光灯和水银灯；（3）饱和设备，如变压器、电动机和发电机等。部分受谐波污染严重的县级电网中，谐波含量远超过国家规定的标准。
在各类谐波源中，中小功率的中频电弧炉是农村电网中主要的谐波污染源。由于具有技术含量低、投资少、使用方便等特点，中小功率的中频电弧被广泛用于乡镇冶炼企业。一些生产厂家为了低价竞争销售整流及变频设备，降低其设计和制造标准，使得产生的谐波电流普遍偏高，对农村电网形成了严重的谐波污染。特别是局限于农村电网供电方式，乡镇企业用户与居民用户共用同一线路，导致发生多起烧损用户计量装置和家用电器的事故。据调查统计，由谐波引起的各种故障和电能损耗呈明显上升趋势。
3、谐波测量实例
一个支线上包括总表27块，子表960块，用户电视38台，漏电保护器940个（275V过电压保护，极限500V）在内共1965个电器设备被损坏；另一条线上包括总表15块，子表492块，用户电视24台，漏电保护器480个（275V过电压保护，极限500V）在内共1011个电器设备被损坏，。更换后，半月内发现两条线上有960块单相电能表（电子式）和260个漏电保护器，总计烧损单相电能表2454块，漏电保护器1680个，电视机62台。
测试仪器：HIOKI-3193电力分析仪；U900F电力分析仪。
测试依据：国家标准《电能质量 公用电网谐波》GB/T 14549-93
测试结果：电压、电流谐波畸变率详见图1、图2。

4、治理中频电炉谐波污染的有效措施
4．1 10千伏线路入口加装串联电抗器
串入电抗器的作用是阻碍电流中含有的较高次谐波，减小对系统的冲击，如果设计时选择较高磁密会使电流波形呈现平顶特征。该方法对减少注入系统的较高次谐波有好处，同时可以减少电压波形中的毛刺，使烧损用电器件的危险性减小，但对减少总的畸变率作用不大，优点是安装方便、造价低，缺点是将会带来额外的电量损失。
4．2 采用滤波器
由于这种炉子的电流波形频谱很宽，要达到理想效果最少要用5、7、高通三组滤波器，有两种方案选择：在10kV侧或电炉变低压侧，前者要有开关、柜体、场地，对乡镇企业来说其投资一般难以承受，如果同一变电所供电的其他厂家不同时采取措施还会出现谐波电流大量涌入导致设备烧毁，运行中还要与电炉同时投切不然会出现无功倒送的问题。
在低压侧装设滤波器难度较大，以2×500kVA的电炉为例，其单变的二次额定电流大约720安培，其5、7次谐波电流分别会达到130、90安培，可见需要滤除的谐波分量很大，电容器的容量也会需要很大，而这种负荷的功率因数一般都在0.90以上，电容组数多也会出现无功倒送问题，真正进行方案设计会很难，一般只能对起主要作用的5、7次谐波采取分流或滤波的方法。
4．3 设备改造
改变变压器的接线形式抵消较低次的特征谐波，在整流与变频回路中回路采取一些技术措施使非特征谐波不再进入系统.将两台同为Y/Y0接线变压器中的一台改变为Δ/Y0，则两台变压器同时运行后就可以形成12脉动整流效果，如果变压器的参数设计合理则基本上可以完全抵消5、7、17、19次谐波，即使参数配合稍差也会使这些分量在总畸变率中不起主要作用。
对原有设备进行改造，其修改接线后相应的整流柜可控硅的触发脉冲也要进行相应的调整才能保证设备的正常运行。实践证明采用这种方法可将5、7次谐波电流含量从21%、13%降低到6%、4%，可见降低特征谐波的效果显著。
4．4 供电审批
供电单位的审批部门应对拟入网运行的此类负荷所涉及的各种
设备选型、接线形式、投运后注入系统各次谐波电流的含量提出明确的要求，要合理选择供电方案。
通常农村电网二次变电所变压器的容量在5000至20000kVA之间，其短路容量相对较小。国家标准 [GB/T14594-93]对不同电压等级的公用母线都给出了允许注入的谐波电流限值，根据变电所的短路容量进行简单的折算就可以得到相应的限制值，再根据拟审批的电炉类型就可以得到该变电所能否给其供电以及允许炉子的最大容量。
5、结束语
在农网改造中使用了大量的电子式电能计量表，目前个别地区出现了较大量损坏的情况，经过分析，多数烧表和非线性的中频炉运行有关。经过测试烧表地区的电压波形有以下两种：系统参数配合下的持续性的高次谐波叠加和电炉运行中出现的不确定冲击出现暂态性的高次谐波叠加，还可能出现两者的结合，其结果是使电压峰值高出很多，最后导致电表中的电压传感元件烧毁。此问题应引起农电技术人员的广泛关注。
在电炉谐波治理方法中，串联电抗器和加装滤波器属于治标的方法，目的在于减少注入系统的谐波，而对设备进行改造则属于治本的方法，通过采取技术措施使非特征谐波不再进入系统。如有条件，应优先采用后一方案。