某化工厂10KV整流装置谐波分析及治理方案

摘要：谐波主要是由称为谐波源的大功率换流设备（包括化工电解整流设备）及其它非线性负荷产生，谐波源产生的谐波不但危及电网及其它电力用户而且也危及自身，因此谐波的治理是十分必要且有实际经济效益的。本文以某化工厂为实例对谐波的产生及治理方案进行了分析研究。

关键词： 谐波造成的危害 系统接线

1　谐波造成的危害

　　谐波主要是由称为谐波源的大功率换流设备（包括化工电解整流设备）及其它非线性负荷产生，谐波源产生的谐波不但危及电网及其它电力用户而且也危及自身，因此谐波的治理是十分必要且有实际经济效益的。本文以某化工厂为实例对谐波的产生及治理方案进行了分析研究。

　　该化工厂由郝村站供电，站内装设三组共10．8Mvar并联电容器，分别串联有4．5％，7％和12％电抗率的电抗器，分别用于限制五次及以上、四次及以上、三次及以上高次谐波放大并分别对五次谐波、四次谐波、三次谐波形成不完全滤波。

　　投运后电容器出现严重过负荷，噪音异常，个别电容器投运不久就发生鼓肚现象，后测试发现母线谐波电压和电容器回路谐波电流严重超标，为防止设备进一步损坏，将10．8Mvar电容器全部退出运行。通过对赫村站进一步测试结果表明，谐波主要是来自某化工厂，不仅谐波含量高而且谐波频谱范围宽（最低为二次）。

　　经过专业人员对化工厂配电系统的接线，设备配置，运行情况进行多次调查和测试，基本摸清情况，并对产生2次及以上高次谐波的原因进行了分析，制订了治理方案。

2　原因分析
2．1　整流变压器接线

　　四台整流变压器接线，一次绕组接线为三角形，二次侧为双反星形接线，等效为六相接线，其产生的特征谐波为：n＝kp±1　　k＝1，2……（1） 理论计算对于p＝6相其谐波为5，7……。

　　实际上在电解工业中，广泛应用两台六脉波桥式接线整流机组并联组合形成等效十二脉波电路，对于二次为双反星形接线的桥式整流回路，形成等效十二脉波，只需将其一次侧绕组一台接成星形另一台接成三角形（见图1b），使两台整流变压器低压侧形成30°相角差，对于等效十二脉波整流电路应用（1）式计算，理论上只存在11、13等高次谐波，即可将含量较高的5、7次谐波消除，而又无需附加任何投资，这是一种非常好的方法，显然四台变压器一次全部采用三角形接线，二次双反星接线属于设计选型配置不当。

　　两种接线方式接线如图1所示。

2．2　控制角

　　分析四组整流装置变压器高压侧谐波电流，不但含有奇次谐波而且含有偶次谐波，尤其以39＃变更为严重，其产生的原因之一是可控硅整流装置触发角不同及器件特性有差异而产生异常谐波（即非特征谐波）。

2．3　电容器装置的影响

　　在38＃、39＃整流装置的高压侧母线上分别接有未串联电抗器的并联电容器组，高压并联电容器对整流装置的换相角和谐波电流发生量以及电网侧电压畸变程度都有影响。从测试结果对比分析不难看出，电容器的投入与否，对谐波电流的影响非常明显。

3　治理措施

　　由于某化工厂谐波负荷的特殊性--既有特征谐波，又有非特征谐波，并且含量较高，涉及到设备本身存在的问题，已不能采用单一的装设滤波装置，还需要改变变压器接线，治理整流装置--即需要采取综合治理方案，才能有较好的滤波效果，并且改变变压器接线，治理整流装置不但属于治本而且与装设滤波装置相比可以以较少的投入取得较好的效果。通过综合治理使注入系统的谐波电流和母线谐波电压都在国家标准允许范围以内，使电力系统能够安全可靠地优质供电。

3．1　治理整流设备

3．1．1　改变整流变压器接线，将其中两台变压器高压侧接线由三角形改为星形，使一台一次星接的整流变与一台一次为三角形接线的整流变并列运行，使其等效为十二脉波整流，使谐波电流含量较高的5、7次谐波被基本消除，当然需要增加平衡电抗器，见图1。

　　将变压器一次绕组由三角形改为星形接线，需要将高压绕组匝数减少42．3％，存在的问题是变压器绕组容量下降为额定容量的57．7％，实际上改后的容量可达到额定容量的60％～70％，需要核算改后变压器容量是否能够满足负荷要求，如容量不存在问题，改变变压器一次绕组接线不失为一种较好的方案。

3．1．2产生非特征高次谐波的主要原因是整流装置本身，因为一般情况下，电源电压为三相对称系统，供电回路为三相对称回路，产生非特征高次谐波主要是由于整流装置可控硅的触发角不同或器件特性存在差异，通过改进控制回路并调整不合格可控硅，使2、3、4、6次等非特征高次谐波基本被消除（将模拟控