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浅析用户端谐波源的测试评估

作者：任编辑日期：2015-02-28 09:40 来源：《电子制作》

蒋卫理国网浙江省电力公司金华供电公司送变电第一分公司浙江金华 321000
徐奕国网浙江省电力公司金华供电公司客户服务中心浙江金华 321000

【文章摘要】
如何进行用户端谐波源的测试评估，确定用户的谐波责任的问题，结合对用户测试的实际情况，谈点自己的看法。
【关键词】
谐波；测试；分析；评估
0 概述
从事多年的谐波测试使我们更清楚知道：谐波源更多的是存在于电能的使用端，产生于非线性负荷；为了有效地治理谐波，首先要弄清用户中的谐波源分布，了解谐波源注入系统的谐波电流是否超过国标允许限值，并定量估计各次谐波所占比重，这是限制谐波和治理谐波污染的前提。
1 谐波源用户测试评估
我们目前开展的电能质量测试内容主要有以下两个方面：（1）公用电网公共供电点的电能质量监测；（2）电能质量控制装置对电能质量改善效果的测试和评估。下面结合二个实例谈谈谐波源用户测试和评估。测试仪器PQPT1000。
1.1 中频炉实例
某公司电源从110kV 变电所10kV 出线某支线6 号杆引接，接在10kVII 段母线上；其主要生产用电设备是2 只500KW 中频炉（主备用），协议容量为1000kVA，中频炉它是一种将工频50HZ 转变为中频（200HZ-10KHZ）的电源装置，应用电磁感应原理的加热设备，广泛用于有色金属的熔炼和加热；是冲击性负荷是典型的谐波源。为了掌握该公司用电产生的谐波状况对其进行了测试。最小短路容量为:215MVA ；供电容量为50 MVA。测试点选择10kV 进线侧，测量的间隔时间为1 min。通过测试得到以下结果：测试期间有功功率520KW 左右。电流值如表1 所示：（表中所给数据为测量统计的95% 概率值）
表1 电流值表
电压值如表2 所示：
表2 电压值表
基波电流如图1 所示；五次谐波电流如图2 所示：
图1 基波电流变化趋势图（CT ：150/5）
图2 5 次谐波电流变化趋势图
综合上述测试数据及图形，明显可见：中频炉不工作时，背景谐波是很低的；中频炉工作时，5、7 次谐波电流趋势图（7 次图略）与基波电流趋势图非常一致的，这种时变特征之间的相似性表明：5、7 谐波电流是由中频炉负荷产生的，结合有关的系统参数计算，5 次、7 次、11 次谐波电流均超国标限值；5 次谐波电压超国标限值，10kV 母线谐波电压总畸变率超过国标限值；建议该公司进行谐波治理。
1.2 整流设备实例
某电源制造有限公司专线，其主要用电设备是整流设备，整流设备是典型的谐波源，应用最广泛的三相六脉动整流装置的主要谐波其次数为（KP±1）P 为脉动数，为此该厂进行了谐波治理，为验证谐波治理效果和对电网的影响, 谐波治理前后二次在10kV 进线处对其进行了测试。用户协议容量为：8030kVA，最小短路容量为237 MVA，供电容量为50 MVA，测试间隔：1min，以下数据为测量统计的95% 概率值。
治理前，测试时基波电流为208A，主导谐波电流是5 次、7 次，其中5 次谐波电流为36.90A，允许值为8.97A ；7 次谐波电流有效值为14.02A，允许值为8.53A ； 11 次谐波电流有效值为1.71A，允许值为7.26A。
治理后，测试时基波电流为265A，5 次谐波电流为6.176A，7 次谐波电流为3.0A。
基波电压为6070V，5 次谐波电压含有率为1.129%，允许值为3.2% ；7 次谐波电压含有率为0.682%，允许值为3.2% ；总谐波电压含有率为1.289%，允许值为4.0%。
综合上述测试数据：治理前5、7 次谐波电流严重超标；治理后，5 次、7 次滤波效果非常明显，各次谐波电流均小于国标限值；各次谐波电压及总谐波电压畸变率均低于国标限值。
2 谐波源用户测试要点
从上述实例可知，对用户的测试，首先要明确测试的内容和目的，取得用户的资料（接线方式、负载容量、数量、类型、各设备的运行和谐波治理情况等），对用户是一个怎样的谐波源做到心理有数。其次确定公共连接点的供电容量和最小短路容量，然后确定测试点，原则上选取谐波源用户接入公用电网的公共连接点作为谐波的监测点，有时也选择在特定负载处。测量间隔确定：对于负荷变化快的谐波源，测量的间隔时间1min ；对于负荷变化慢的谐波源没有规定，常取15min。测量时间一般24 小时。取测量时段内各相持续测量过程中实测值的95％概率值，并取三相中最大一相的值，作为该测试时段的谐波水平值，并以此作为判断谐波是否超标的依据。最后在分析时特别要留意以下二个问题：
（1）对谁是污染源进行判断：谐波往往是多个谐波源共同作用的结果，在一路出线上挂接了二路以上的用户，这时很难正确的判定各谐波源各自的谐波责任，很难明确污染源和受害者。另一种情况是电网背景谐波电压较大，其在用户负荷阻抗上产生的谐波电流，这部分谐波电流不应算到用户头上。这二种情况都可用功率法：当基波功率为正时，基波功率如图3 所示：而谐波功率为负时，五次谐波功率如图4 所示：则判定该用户负荷为谐波源，它吸收基波功率的同时又向电网注入谐波功率。
（2）对测试时用电设备是否都投入运行进行分析：用户各次谐波电流的允许值是根据公共连接点（PCC）的用户协议容量、公共连接点的供电容量和最小运行方式下的短路容量计算出来的。每一个被测用户各次谐波电流的允许值是一个确定值，与实际负荷无关。测试时有些用户有意的少投入用电设备，这样实际负荷越小（特别是产生谐波的负荷越小）测出的各次谐波电流就越小，以此来达标，逃避治污的责任。所以，在测试时要根据实际情况进行分析判断。如中频炉实例中，实际负荷为协议容量的一半左右，但考虑到其二台中频炉一起工作时，实际负荷会超过1000kW，引起开关跳闸，在未扩容前，故此负荷可视为正常生产情况。而整流设备实例中，用户协议容量为8030kVA，测试期间实际负荷为4000kVA 左右，是否所有的负荷都开起来了，就很难判断，不能只听用户的一面之词，这时就要通过查以往的负荷情况来判断。
3 结束语
从某种意义上讲，电力谐波防治更主要的是针对用电系统的谐波源问题，然而谐波的严重污染是多个谐波源共同作用的结果，因此在谐波用户端要加强抑制效果的检测和评估，监督每个电力用户的谐波源注入电网的谐波电流都不超过国际规定的允许值，这样才能保证公用电网的谐波电压不超标，从源头上对影响电能质量的因素进行控制。
【参考文献】
[1] 国标GB ／ T 14549 － 1993，电能质量• 公用电网谐波[S]
[2] 卜劲松. 电网专业技术监督丛书电能质量专业[M]. 北京：中国电力出版社，2011 年
【作者简介】
蒋卫理（1963—），女，浙江金华人，工程师，高级技师，从事电测仪表、电能质量监测等工作。
徐奕（1988—），女，浙江金华人，助理工程师，从事电力营销工作。
图3 基波功率变化曲线（为正）
图4 该点的五次谐波功率变化曲线（为负）