冯大旋

摘要：本文就办公建筑供配电系统谐波抑制措施及效益进行了分析，简述了谐波的抑制，通过结合具体的实际工程，对谐波的抑制措施作了系统的分析，并详细阐述了节能的效益，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：供配电系统；谐波；抑制措施；效益

近年来，经济的高速发展工业化和自动化程度迅速，供配电系统非线性设备和负荷的使用，使谐波的产生巨大的温床，谐波对电网的干扰愈加严重，电网供电质量下降。所谓的谐波，会使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁，对供配电系统具有严重的破坏性。因此，采取必要的措施对谐波进行抑制对保障供配电系统的正常运行尤为重要。本文就办公建筑供配电系统谐波抑制措施及效益进行了分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

1 谐波的抑制

采用并联电容器、回路串联电抗器的非调谐补偿滤波方案，可以避免主要谐波源被放大，使并联电容器端子电压提高，补偿容量相应降低，系统的功率因数得以提高。

2 实例分析

2.1 系统概况

某办公建筑低压配电室1#变压器、2#变压器容量均为1600kV·A。所带负载主要有照明设备、空调设备、风机及水泵等。由于使用了变频器、整流设备等非线性负载，使得系统中存在谐波污染。

由于原配电系统中使用的是纯电容无功补偿装置，当补偿回路投入运行后往往会放大系统谐波，加剧配电系统的谐波污染，使整个配电系统的电能质量下降。为保障配电系统和用电设备的安全运行，原系统中的纯电容无功补偿装置停止使用，避免了放大系统谐波，但会出现功率因数下降，电能质量不高等不利因素。

2.2 改造方案

根据对低压配电系统的综合分析，针对配电系统的特点，对无功补偿装置进行升级改造，采用电容器串联14%电抗器（14%电抗器的调谐频率为134Hz，小于150Hz）的非调谐补偿滤波方案，可以防止谐波放大和有效抑制谐波污染，并能安全可靠地提供无功补偿，提高功率因数，减少系统谐波污染，整体提升低压配电系统的可靠性和用电效率。

2.3 改造效果分析

（1）纯电容补偿谐波放大分析

改造前系统采用纯电容补偿装置进行无功功率补偿，纯电容补偿装置投入后会对系统中的谐波含量进行放大，甚至发生并联谐振。

以1#变压器为例对系统中纯电容补偿造成的谐波危害进行仿真分析。其中变压器容量：1600kV·A，谐波含量：3次，45A；5次，55A；7次，50A。纯电容单路投入容量：30kvar，分12路投入共计补偿容量：360kvar。

通过得知，当系统纯电容无功补偿装置投入到第7路时，7次谐波被严重放大，谐波电流从50A放大到103A，放大2倍。当投入到12路时，系统谐波电流放大最为严重，高达424A，放大8倍，而系统基波电流才为520A，谐波电流含量严重超高。

（2）1#变压器改造效果分析

为避免系统内3次谐波电流被放大，选用电容器串联14%电抗器的非调谐补偿滤波方案进行无功补偿，则并联电容器端子电压为465V。由于补偿容量Q∝US2/UR2（其中US为母线电压；UR为电容器额定电压），因此Q值相应降低，实际调谐补偿容量為291kvar。

改造后系统中3次、5次及7次谐波含量均较低，方案起到抑制谐波作用。非调谐补偿滤波回路投入运行后，系统功率因数得到显著提高，从改造前的0.88上升到改造后的0.93，可以节约大量用电成本。

（3）2#变压器改造效果分析

2#变压器经过非调谐补偿滤波改造后，系统功率因数从投入前的0.62上升到投入后的0.9，同时谐波电流被有效抑制。

3 节能效益

采用非调谐补偿滤波方案后，用户可以得到以下综合收益。

3.1 直接收益

功率因数提高，节约电费。

采用非调谐型无功补偿滤波方案后，滤波电抗器可以保护电容器不受谐波影响，保障电容器的安全可靠运行，提高电容器的使用寿命。非调谐补偿滤波装置的可靠运行可以显著提高配电系统的功率因数，正常负荷情况下，可以保证系统的功率因数达到0.95以上。

按照国家电网取费标准客户直接收益如下：

以1#变压器（功率为1600kV·A）为例按节能效果计算：

改造前功率因数cosφ1=0.88；改造后功率因数：cosφ2=0.93。

电费节约公式为

D=PxTxdx（a1+a2）

式中，a1为在当前功率因数下，增加电费系数，取cosφ1=0.88；a2为投入电容后，减少电费系数，取cosφ2=0.93；P为负荷有功功率（1600kV·A变压器）；P1为用电高峰时段（夏季）功率，700kW；P2为其他时段功率，400kW；T为年运行小时数，7200h（每年按300天取值）；T1用电高峰取3000h，T2其他时间取4200h；d为每度电费，按0.7元/（kW·h）计算（电价按峰谷值收取，为方便计算在此取平均电费值）。

则

D1=700kW×3000h×0.7元/（kW·H）×（0.45%+1%）=21315元

D2=400kW×4200h×0.7元/（kW·h）×（0.45%+1%）=17052元

1#变压器节约电费：D1+D2=38367元

以2#变压器（1600kV·A）为例按节能效果计算：

改造前功率因数cosφ1=0.62；改造后功率因数csoφ2=0.9。

电费节约公式为

D=PxTxdx（a1+a2）

式中，a1为在当前功率因数下，增加电费系数，取cosφ1=0.6；a2为投入电容后，减少电费系数，取cosφ2=0.9；P为负荷有功功率（1600kV·A变压器），300kW，测量时有功功率为240kW（综合考虑负载量计算时取300kW）；T为年运行小时数，7200h（每年按300天取值）；d为每度电费，按0.7元/（kW·h）（电价按峰谷值收取，为方便计算在此取平均电费值）计算。

则

D=300kW×7200h×0.7元/（kW·h）×（0+19%）=287280元

两台变压器每年分别节约电费28.7万元和3.8万元节约电费，总计为32.5万元。

3.2 综合收益

（1）防止谐波放大，抑制谐波，提高配电系统可靠性。采用非调谐型无功补偿滤波方案可以在补偿无功功率的同时，防止电容器放大系统谐波，并能有效抑制系统谐波，提高配电系统可靠性。

（2）提高电网质量，保证用电设备安全，提高用电设备使用寿命。采用非调谐型无功补偿滤波方案可以有效防止纯电容补偿引起的谐波放大问题，提高用电设备的可靠性和使用寿命。

（3）提高用电效率，节约电能。采用非调谐型无功补偿滤波方案不仅可以提高功率因数，减少无功损耗，而且可以有效抑制系统的谐波污染，全面提高用电效率，实现电能的节约。

4 结束语

综上所述，供配电系统中的谐波不但危及电网及其他电力用户而且也危及自身，因此，对谐波进行抑制具有非常重要的意义。对于谐波的抑制，就需要相关工作人员认真监测谐波，并采取有效的措施对谐波进行抑制，防止谐波带来的危害，从而保障供配电系统的正常运行。

参考文献：

[1]马新华.供配电系统中的谐波及其抑制措施[J].科技情报开发与经济.2004（08）.

[2]韩宾.谐波危害及抑制方法[J].城市建设理论研究.2012（26）.