论文部分内容阅读
摘 要：如何实施对谐波用户的管理，保障电网安全正常运行是每个相关电力工作者关注的问题。本文着重探讨谐波用户的管理问题，进行一定的总结，希望有助于相关部门工作的开展。
关键词：谐波；用户管理
引言：目前国内对电能数量的要求也逐渐转向对质量的要求上，电能质量问题逐渐发展成为电力用户以及电力部门双方共同关注的问题之一。因为相当多的电力设备，开始逐渐采用节能型的新产品来对原有的电力设备进行更换，由此产生的换频就较容易导致谐波的产生。谐波不仅影响到电网的稳定性，造成电力设备的损坏，甚至引发严重的安全事故，威胁到人们的生命以及财产安全。电力设备所产生的谐波，就电力环境而言是一个极大的污染物，由于该污染的无形性，比较不容易被察觉和发现，也相应加重了谐波治理工作的难度。
一、谐波的产生
（一）用电设备产生的谐波
用电设备产生谐波的情況，就非线性用电设备的电力用户而言，主要有以下几种：
第一种，富含磁铁饱和特性的铁芯式设备，常见设备有用途多样的变压器以及电抗器等等；
第二种，工作介质为富含较强非线性特性电弧的设别，例如交流弧焊机、气体放电等等；
第三种，广泛应用于化工、冶金、电气铁道、矿山企业以及家用电器中，电力电子元件作为基础的设备，例如说整流器、变频器、逆变器等电力变流设备、电压装置、相控调速等等；[1]
（二）输配电系统产生的谐波
电力系统在输配电过程中由于磁化曲线的非线性、变压器铁芯的饱和，再加上变压器自身的质量问题等，导致谐波的产生，同时变压器同一谐波引起电流的自我叠加，容易出现整体电流通过变压器时，电压的某一段开始饱和，当遇上电压突然上升的情况时，整体电压磁饱和，产生更多谐波电流的情况。[2]
（三）分布式发电设备产生的谐波
风力发电、光伏等新能源的发电设备，都需要借助相应的电子电力设备进行直流以及交流变换后才能并入电网进行输送，在此过程中电源侧容易产生谐波造成污染。电流源是谐波产生的根源，因而在电源通电过程中，容易导致谐波电流的产生。
二、谐波的危害
谐波产生的危害，概括起来主要表现在以下几方面：
（一）对电力系统的影响
在电力系统中的谐波电流在线路集肤效应的作用下发生放大或者扩张的变化，增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益。[3]其所造成的经济损失也是不可估量的，比如说北京的某个化工厂，因外网波动导致断电，从而引起聚氯乙烯装置发生爆炸，停电5到6小时，造成直接经济损失300多万元。
（二）对变压器的影响
变压器在运行中，因为受到铁芯材质以及工作原理等因素的影响，会出现铁损和铜损的情况，从而致使变压器的有效出力降低。例如：工业中，变压器负荷来源于变频器、中频炉等谐波源设备，当变压器仅承受50%负荷时，温度就过高。例如：在上海的某栋高层建筑大厦内，其一台变压器被设计为均带空调负荷，投入使用之后因为大量谐波的产生，使得该变压器无法正常运转。
（三）对电力电容器的影响
电力系统中电感和电容的存在，构成简单的谐振回路情况。当系统中的相关频率接近或者成为某次谐波分量的频率时，系统也会出现谐振情况，此时谐波电流在放大后会发生严重威胁到电容安全运行的情况。其危害为第一，放大后的谐波电流导致电容器发热或者出现过高电压而无法正常运作的情况；第二，谐波电压会随着谐波电流的放大而增加，对电容器产生的损耗增加，从而缩短电容器的正常使用寿命。
（四）对电机的影响
电动机在用电负荷中所占的比例高达75%，谐波对电动机的危害为：旋转运作中的电动机因谐波影响而产生较多的附加损耗。磁带、集肤效应、涡流等随着使用频率的提高而使处于旋转运作中的电动机附加损耗增多，发热明显，从而使电机运行效率降低、电机正常使用寿命缩短等。例如说；河南省220KV的柳林变电站中原有的是10KV8组6600KVar并联电容器，但是由于受到3次谐波的影响致使该串联电抗器受到极大损失，而进行更换，产生巨大的经济损失。
（五）对计量仪器以及电能质量的影响
目前国内电能计量仪表进行测量的计量仪器均是参照50Hz的标准正弦波进行设计和生产制造的。当电能计量仪器在谐波大于正常情况时，其准确性明显下降，从而导致严重的计量错误情况发生。[4]在2005年国际铜业协会（中国）针对56个行业，进行的《中国电能质量行业状况以及用户行为调研报告》显示，调查对象中共计129个企业的64个企业，因为电能质量问题，共计造成了3.5-5.8亿人民币的损失。
三、谐波治理的基本原则
对谐波进行治理，应遵循的基本原则如下：
（一）治理标准以国家的谐波标准为标准；
（二）谁污染，谁治理；
（三）节约资源，以最小的投资换得最大的治理效果；
（四）供电方和用电方共同努力，同时监管，例如说对于设计不合格的用户拒绝送电等；[5]
四、对谐波用户进行管理的对策
（一）就供电方而言，构建和完善谐波监督管理网，设立谐波检测机构，不定期进行谐波测试的抽查；比如曾经有某个宽带运营商因为突然断电给其网络用户造成巨大的损失，而赔偿了大几百万，如果供电方及时检查做好相关防护工作就可以有效避免用户的损失。
（二）加强谐波用户用电设备审批工作，对已经建成投入使用的谐波源用户，协助其建立相关监管和治理措施；对不积极配合的谐波源用户，供电方有权根据合同实施停止服务的措施。例如说：2014年吉林省农电局一条配电线发生了500多次的不合规低压电器设备烧毁事故，就是因为用户谐波管理措施不当。 （三）切实加强谐波管理，在签署供用电合同时按标准进行要求，对于违反谐波管理的用户追究其治理责任以及投资责任。对用户进行用电申请时，对其电能质量及全套设施进行全方位评估，确保其符合相关标准及要求，由用户谐波所造成的损失应由该用户进行损失的赔偿以及相关责任的承担。对于新建用电企业的用电申请，在电能质量评估的基础之上，对设备以及滤波装置选型、无功补偿等展开论证，保证企业以符合国际要求的标准投入使用。例如；曾经一个计算机中心在检测改进之后，大大减少了其电闸跳闸的情况，所挽回的经济损失高达360亿人民币。
（四）用户根据实际需求情况考虑，可选择有源、无源电力谐波滤波器，静止同步补偿装置以及静止动态无功补偿装置等滤波设备。[6]
无源滤波器为目前国内广泛使用的滤波器。有源滤波器利用的是时域补偿原理，适时补偿，不增加电网的容性元件，且造价较高是有源滤波器的特点。无源滤波装置对高次谐波具有较强的吸收性，但所有的滤波支路对基波表现为容性，以此满足无功补偿的要求，且不需要进行并联电容器补偿装置的另外安装，该方法以其经济且简便的优势，在国内外范围之中得到普遍使用。由于电力机车、卷扬机、地铁、轧机、中频炼钢炉以及电弧炉等用电设备的用电负荷稳定性不够，而且变动频率较高，在引起较强谐波产生的基础上，且较易导致电网电压发生波动或者閃变，甚至影响到系统三相的平衡性，从而影响到电网的供电质量，此种情况下应使用静止同步补偿装置抑或是静止动态无功补偿装置。
结束语：电力系统产生的用户谐波极大的干扰了电网的正常运行状态，增加了电力设备事故发生的可能性。本文分析了谐波的产生、危害，并提出了积极的谐波用户管理建议，希望有助于相关部门工作的开展和效率的提升，与此同时，本文尚存在诸多不足，需要在今后的工作进行深入探讨研究。
参考文献
[1] 顾定军.电网谐波治理相关问题探讨[J].电力需求侧管理，2010，02：15-18.
[2] 赵向东，李电.电力用户的谐波管理与治理[J].电力电容器与无功补偿，2009，01：53-56.
[3] 李滢.面向谐波管理业务的分层多粒度服务组合的研究[D].上海大学，2012.
[4] 白华智.电力用户谐波发射水平评估[D].华北电力大学（北京），2006.
[5] 王庆红.遵义电网谐波分析与监测[D].贵州大学，2006.
[6] 解绍锋.电气化铁道谐波过程分析与推荐限值制定思路研究[D].西南交通大学，2004.
关键词：谐波；用户管理
引言：目前国内对电能数量的要求也逐渐转向对质量的要求上，电能质量问题逐渐发展成为电力用户以及电力部门双方共同关注的问题之一。因为相当多的电力设备，开始逐渐采用节能型的新产品来对原有的电力设备进行更换，由此产生的换频就较容易导致谐波的产生。谐波不仅影响到电网的稳定性，造成电力设备的损坏，甚至引发严重的安全事故，威胁到人们的生命以及财产安全。电力设备所产生的谐波，就电力环境而言是一个极大的污染物，由于该污染的无形性，比较不容易被察觉和发现，也相应加重了谐波治理工作的难度。
一、谐波的产生
（一）用电设备产生的谐波
用电设备产生谐波的情況，就非线性用电设备的电力用户而言，主要有以下几种：
第一种，富含磁铁饱和特性的铁芯式设备，常见设备有用途多样的变压器以及电抗器等等；
第二种，工作介质为富含较强非线性特性电弧的设别，例如交流弧焊机、气体放电等等；
第三种，广泛应用于化工、冶金、电气铁道、矿山企业以及家用电器中，电力电子元件作为基础的设备，例如说整流器、变频器、逆变器等电力变流设备、电压装置、相控调速等等；[1]
（二）输配电系统产生的谐波
电力系统在输配电过程中由于磁化曲线的非线性、变压器铁芯的饱和，再加上变压器自身的质量问题等，导致谐波的产生，同时变压器同一谐波引起电流的自我叠加，容易出现整体电流通过变压器时，电压的某一段开始饱和，当遇上电压突然上升的情况时，整体电压磁饱和，产生更多谐波电流的情况。[2]
（三）分布式发电设备产生的谐波
风力发电、光伏等新能源的发电设备，都需要借助相应的电子电力设备进行直流以及交流变换后才能并入电网进行输送，在此过程中电源侧容易产生谐波造成污染。电流源是谐波产生的根源，因而在电源通电过程中，容易导致谐波电流的产生。
二、谐波的危害
谐波产生的危害，概括起来主要表现在以下几方面：
（一）对电力系统的影响
在电力系统中的谐波电流在线路集肤效应的作用下发生放大或者扩张的变化，增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益。[3]其所造成的经济损失也是不可估量的，比如说北京的某个化工厂，因外网波动导致断电，从而引起聚氯乙烯装置发生爆炸，停电5到6小时，造成直接经济损失300多万元。
（二）对变压器的影响
变压器在运行中，因为受到铁芯材质以及工作原理等因素的影响，会出现铁损和铜损的情况，从而致使变压器的有效出力降低。例如：工业中，变压器负荷来源于变频器、中频炉等谐波源设备，当变压器仅承受50%负荷时，温度就过高。例如：在上海的某栋高层建筑大厦内，其一台变压器被设计为均带空调负荷，投入使用之后因为大量谐波的产生，使得该变压器无法正常运转。
（三）对电力电容器的影响
电力系统中电感和电容的存在，构成简单的谐振回路情况。当系统中的相关频率接近或者成为某次谐波分量的频率时，系统也会出现谐振情况，此时谐波电流在放大后会发生严重威胁到电容安全运行的情况。其危害为第一，放大后的谐波电流导致电容器发热或者出现过高电压而无法正常运作的情况；第二，谐波电压会随着谐波电流的放大而增加，对电容器产生的损耗增加，从而缩短电容器的正常使用寿命。
（四）对电机的影响
电动机在用电负荷中所占的比例高达75%，谐波对电动机的危害为：旋转运作中的电动机因谐波影响而产生较多的附加损耗。磁带、集肤效应、涡流等随着使用频率的提高而使处于旋转运作中的电动机附加损耗增多，发热明显，从而使电机运行效率降低、电机正常使用寿命缩短等。例如说；河南省220KV的柳林变电站中原有的是10KV8组6600KVar并联电容器，但是由于受到3次谐波的影响致使该串联电抗器受到极大损失，而进行更换，产生巨大的经济损失。
（五）对计量仪器以及电能质量的影响
目前国内电能计量仪表进行测量的计量仪器均是参照50Hz的标准正弦波进行设计和生产制造的。当电能计量仪器在谐波大于正常情况时，其准确性明显下降，从而导致严重的计量错误情况发生。[4]在2005年国际铜业协会（中国）针对56个行业，进行的《中国电能质量行业状况以及用户行为调研报告》显示，调查对象中共计129个企业的64个企业，因为电能质量问题，共计造成了3.5-5.8亿人民币的损失。
三、谐波治理的基本原则
对谐波进行治理，应遵循的基本原则如下：
（一）治理标准以国家的谐波标准为标准；
（二）谁污染，谁治理；
（三）节约资源，以最小的投资换得最大的治理效果；
（四）供电方和用电方共同努力，同时监管，例如说对于设计不合格的用户拒绝送电等；[5]
四、对谐波用户进行管理的对策
（一）就供电方而言，构建和完善谐波监督管理网，设立谐波检测机构，不定期进行谐波测试的抽查；比如曾经有某个宽带运营商因为突然断电给其网络用户造成巨大的损失，而赔偿了大几百万，如果供电方及时检查做好相关防护工作就可以有效避免用户的损失。
（二）加强谐波用户用电设备审批工作，对已经建成投入使用的谐波源用户，协助其建立相关监管和治理措施；对不积极配合的谐波源用户，供电方有权根据合同实施停止服务的措施。例如说：2014年吉林省农电局一条配电线发生了500多次的不合规低压电器设备烧毁事故，就是因为用户谐波管理措施不当。 （三）切实加强谐波管理，在签署供用电合同时按标准进行要求，对于违反谐波管理的用户追究其治理责任以及投资责任。对用户进行用电申请时，对其电能质量及全套设施进行全方位评估，确保其符合相关标准及要求，由用户谐波所造成的损失应由该用户进行损失的赔偿以及相关责任的承担。对于新建用电企业的用电申请，在电能质量评估的基础之上，对设备以及滤波装置选型、无功补偿等展开论证，保证企业以符合国际要求的标准投入使用。例如；曾经一个计算机中心在检测改进之后，大大减少了其电闸跳闸的情况，所挽回的经济损失高达360亿人民币。
（四）用户根据实际需求情况考虑，可选择有源、无源电力谐波滤波器，静止同步补偿装置以及静止动态无功补偿装置等滤波设备。[6]
无源滤波器为目前国内广泛使用的滤波器。有源滤波器利用的是时域补偿原理，适时补偿，不增加电网的容性元件，且造价较高是有源滤波器的特点。无源滤波装置对高次谐波具有较强的吸收性，但所有的滤波支路对基波表现为容性，以此满足无功补偿的要求，且不需要进行并联电容器补偿装置的另外安装，该方法以其经济且简便的优势，在国内外范围之中得到普遍使用。由于电力机车、卷扬机、地铁、轧机、中频炼钢炉以及电弧炉等用电设备的用电负荷稳定性不够，而且变动频率较高，在引起较强谐波产生的基础上，且较易导致电网电压发生波动或者閃变，甚至影响到系统三相的平衡性，从而影响到电网的供电质量，此种情况下应使用静止同步补偿装置抑或是静止动态无功补偿装置。
结束语：电力系统产生的用户谐波极大的干扰了电网的正常运行状态，增加了电力设备事故发生的可能性。本文分析了谐波的产生、危害，并提出了积极的谐波用户管理建议，希望有助于相关部门工作的开展和效率的提升，与此同时，本文尚存在诸多不足，需要在今后的工作进行深入探讨研究。
参考文献
[1] 顾定军.电网谐波治理相关问题探讨[J].电力需求侧管理，2010，02：15-18.
[2] 赵向东，李电.电力用户的谐波管理与治理[J].电力电容器与无功补偿，2009，01：53-56.
[3] 李滢.面向谐波管理业务的分层多粒度服务组合的研究[D].上海大学，2012.
[4] 白华智.电力用户谐波发射水平评估[D].华北电力大学（北京），2006.
[5] 王庆红.遵义电网谐波分析与监测[D].贵州大学，2006.
[6] 解绍锋.电气化铁道谐波过程分析与推荐限值制定思路研究[D].西南交通大学，2004.