恭秀芬1，杨爽2，董光德2
1．国网重庆市电力公司市北供电分公司，重庆市 渝北区 401147 2．国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆市 渝北区 401123
摘要：近年来，电力电子等非线性元器件在电力系统中得到广泛应用，其运行过程中产生的谐波成为影响大工业用户最主要的电能质量问题。本文根据某工业园区谐波污染情况，通过谐波监测、测试等手段进行谐波源定位，并结合电网及电力用户生产设备特性，提出针对性的预防治理措施并进行工程实施，实测效果验证了该措施的有效性。
关键词：谐波污染，污染源定位，治理措施
0 引言
近年来，电力电子元器件在电网中得到广泛应用，其负载特性大部分为阻感性[1-2]，运行过程中不仅要消耗大量的无功，也会向公用电网注入谐波电流[3]。过大的谐波电流不仅对供电系统造成严重污染，降低电能质量水平，影响电网及电力用户电气设备的正常运行，导致电网故障、用户生产线停运等，造成不良的社会影响和巨大的经济损失[4]。
随着经济发展和产业结构的调整，囊括了电子工业和先进制造业的高新工业园区已成为谐波污染问题集中爆发点[5]。因此本文以某工业园区企业谐波污染事件为研究对象，研究区域电网谐波传播及影响范围，探讨谐波源定位方法；结合电力用户生产设备特性，针对性的提出谐波治理措施，并指导用户进行工程治理，显著降低了谐波源注入电网谐波电流水平。
1 某工业园区企业谐波污染事件简介
2019年1月，工业园区某氯碱化工有限公司（简称：氯碱化工）反映自2018年11月中旬开始出现谐波异常情况，引起部分设备停机。氯碱化工主供电源来自某220千伏变电站110千伏母线，该母线上共有110kV出线15条。某220千伏变电站部分电气接线如图1-1。
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其中，氯碱化工厂通过110kV花映南、北双回线路供电。根据各出线负荷调查情况，初步排查各出线负荷性质及运行特性，怀疑该母线上最大的电能质量干扰源为110千伏并网的某钢铁集团（有大容量电弧炉与精炼炉负荷），通过花永东、西双回110kV线路供电。
2 谐波监测测试情况
2.1 在线监测情况
该220千伏站110 kV母线谐波监测情况如下：
1）2018年10月31日前，该220千伏站电能质量不存在超标现象，某钢铁集团11月投运后，该站110千伏母线上的谐波检测点持续出现超标现象。
2）110千伏花永东线11月12日投运，110千伏花永西线11月23日投运，结合某钢铁集团投运的时间节点，查看2018年11月该变电站110kV母线电能质量指标超标趋势如图2-1所示：
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图2-1 110千伏母线谐波电压变化趋势图
数据显示，11月23日系统监测到该站110千伏母线谐波电压畸变率开始超标。
2.2 现场测试情况
为进一步确认某钢铁集团集团谐波超标情况，检测人员对某钢铁集团及氯碱化工厂开展了电能质量测试，主要测试结论如下：
1）某钢铁集团
①根据110千伏花永西线负荷电流分布特性，将测试分为三个时段，具体见表2-1所示。
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测试结果如下：
测试时段1和3：5、17、19次谐波电压及总谐波畸变率超标5、17、19、21次谐波电流超标，长时间闪变超标，电压偏差、三相电压不平衡度及频率偏差满足国标要求。
测试时段2：各项电能质量指标合格。
②根据110千伏花永东线负荷电流分布特性，将测试分为两个时段，具体见表2-2所示。
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测试时段1、2测试结果如下：5、17、19次谐波电压及总谐波畸变率超标，长时间闪变超标，各次谐波电流、电压偏差、三相电压不平衡度及频率偏差满足国标要求。
2）氯碱化工厂
根据110千伏花映南线电压分布特性，将测试分为两个时段，具体见表2-3所示。
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测试时段1、2测试结果如下：5、17、19次谐波电压及总谐波畸变率超标，长时间闪变超标，各次谐波电流、电压偏差、三相电压不平衡度及频率偏差满足国标要求。
2.3监测及测试数据分析
1. 氯碱化工厂、某钢铁集团均监测到一定含量的谐波信号，但某钢铁集团的谐波电压、谐波电流均存在超标现象，氯碱化工厂仅监测到一定含量的谐波电压超标现象。由于谐波电压在系统中是可以传递，如果某用户仅监测到谐波电压超标，而无谐波电流超标，则其谐波电压超标应由其他谐波超标用户影响所致。
2. 氯碱化工厂、某钢铁集团均监测到长时间闪变超标现象，但氯碱化工厂在测试第一时段闪变无异常，在第二时段闪变异常，某钢铁集团在第一时段闪变无异常，在第二时段由于电弧炉和精炼炉启动出现闪变现象，氯碱化工厂两个时间段内负荷无明显变化，第二时段的闪变现象应由某钢铁集团引起，相关检测时间段恰好吻合。
3. 由于该站10月谐波无超标现象，11月开始出现超标，且11月23日监测到的超标数据与某钢铁集团投运时间吻合，且该站近期无其他负荷接入，可以大致判断某钢铁集团内部的消谐装置未能对电能质量超标问题进行有效处理，其接入电网已影响该站整个110千伏母线的电能质量和其他接在母线上的用户。
3 谐波治理方案及工程实施
某钢铁集团冶炼负荷主要分布式在4号变压器低压侧，对4号变压器配电室进行技术改造，加装了5次高低压谐波滤波器（NCSF）及高低压调谐滤波器（NCSD）各1台。
为验证滤波器的实际应用效果，对滤波器投入前后的电能质量治理效果进行了测试，结果如图3-1、3-2所示。
图3-1(a)、(b)分别给出了在某钢铁集团负载基本相同的情况下，测量点投入前后谐波电压总畸变率、5次谐波电流改善情况。通过对比可以得出，投入谐波治理装置后，测量点谐波电压总畸变率及5次谐波电流大大减小。图3-2(a)、(b)给出滤波器投入前后系统谐波电流频谱图，通过对比可以得出，投入谐波治理装置后，5次谐波电流减小明显，其他次谐波电流均有减小，滤波效果显著。
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（b）投入后
图3-3 滤波器投入前后系统谐波电流频谱图
4 结论
本文在分析某工业园区谐波污染的基础上，通过在线监测数据和现场实测数据确定了谐波源，并针对性的制定了改善治理措施，工程实际运行结果表明治理措施的有效性。
参考文献
[1]王兆安，杨君，等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2006，6-74.
[2]潘懿.工业园区中的无功补偿和谐波治理[D].山东大学2011.4.
[3]胡铭，陈场，电能质量及其分析方法综述[J].电网技术，2000， 24(2): 36-38.
[4]刘永超，姚军.国内外无功补偿装置的发展历程、现状及趋势[J].经济技术协作信息，2005，21(18): 74.
[5]胡冰心，江波，吕岩岩.无功补偿技术在实际应用中的经济效益探讨[J].电气技术，2007，8(8):116-117.
收稿日期：2020-06-24。
作者简介：
恭秀芬 （1988），女，工学硕士，工程师，主要从事电力系统分析方面的研究工作，