減少公用電網(wǎng)諧波污染的建議

淺談使減少諧波污染成為電力用戶自覺行動(dòng)的辦法

劉彥剛

（江西省萍鄉(xiāng)市計(jì)量所，江西 萍鄉(xiāng)，337000)

一、引言
    電能作為一種特殊商品，它的質(zhì)量不僅要求電力系統(tǒng)在發(fā)電、輸電和變電的各個(gè)環(huán)節(jié)上作出努力，同時(shí)也要求電力用戶予以維護(hù)。特別是公用電網(wǎng)的諧波，受用電設(shè)備的影響更是明顯。隨著各種會產(chǎn)生諧波電流的電力電子設(shè)備、非線性設(shè)備及沖擊性用電設(shè)備不斷增加，例如：電氣化鐵道、變頻空調(diào)和變頻電梯、變壓器和電抗器以及電弧爐，構(gòu)成了電能質(zhì)量的主要諧波污染源，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)趨于惡化，不僅威脅著電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且也對電力用戶和通信等行業(yè)產(chǎn)生危害和不利影響。電網(wǎng)被諧波污染，將導(dǎo)致輸電線路、變壓器和電機(jī)損耗增加，浪費(fèi)日趨寶貴的能源；變壓器和電機(jī)的振動(dòng)和噪音增大，溫升增加，壽命降低；電能表等計(jì)量裝置誤差增大，不能正確計(jì)量；電力系統(tǒng)繼電保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，給生產(chǎn)和生活造成不必要的影響、甚至損失，或電力系統(tǒng)繼電保護(hù)拒動(dòng)，引起電力系統(tǒng)事故、甚至擴(kuò)大事故；計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳送和自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失、誤顯示、誤動(dòng)作和元件損壞；電視機(jī)圖像變壞、翻滾；給收音機(jī)和通信設(shè)備引起雜音等。
二、現(xiàn)狀
    為了保護(hù)供用電雙方的利益，必須將公用電網(wǎng)諧波限制在一定范圍內(nèi)，為此原國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年制定并頒布了GB/T14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)，針對電力系統(tǒng)的產(chǎn)品——電能的質(zhì)量要求，規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值，針對電力用戶，限制其諧波污染的排放，規(guī)定了注入公共連接點(diǎn)諧波電流的允許值。作為產(chǎn)品質(zhì)量要嚴(yán)格要求電力系統(tǒng)，使公用電網(wǎng)諧波電壓符合國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在也有成熟的產(chǎn)品能檢測電能的質(zhì)量，并且也有相關(guān)的規(guī)定，規(guī)定了一旦電能質(zhì)量不合格，電力系統(tǒng)應(yīng)承擔(dān)的賠償責(zé)任，余下的就是電力用戶自身要善于和勇于維護(hù)自已的利益。對于電力用戶，一則要求購置的用電設(shè)備，是先進(jìn)合理的產(chǎn)品，產(chǎn)生的諧波電流符合GB17625.1—2003《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》等標(biāo)準(zhǔn)的要求。二則對于注入公用電網(wǎng)諧波電流大于GB/T14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值時(shí)，則要求安裝電力諧波濾波器，以減小注入公用電網(wǎng)諧波電流。但是要購置先進(jìn)的小諧波電流的用電設(shè)備，安裝電力諧波濾波器，限制公用電網(wǎng)諧波污染，都需要電力用戶增加投資。雖然現(xiàn)在公用電網(wǎng)諧波污染日趨嚴(yán)重，但因?yàn)闆]有相應(yīng)的強(qiáng)有力的約束機(jī)制，電力用戶不會主動(dòng)支付額外的費(fèi)用來治理諧波污染。也正因?yàn)闆]有強(qiáng)有力的限制公用電網(wǎng)諧波污染的機(jī)制，對于電力用戶不好說：一旦注入公用電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的諧波電流超過允許值,就不讓其用電。特別是目前的諧波測控方式，大都是僅由省電力公司的檢測機(jī)構(gòu)依次到全省各變電站去檢測，如發(fā)現(xiàn)變電站諧波電壓超標(biāo)，再去檢測是那條出線造成的。電力用戶新投運(yùn)的用電設(shè)備，即使造成了注入公共連接點(diǎn)的諧波電流超過允許值，并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)其造成了十分嚴(yán)重的后果時(shí)才知道，導(dǎo)致了目前公用電網(wǎng)諧波污染日趨嚴(yán)重的局面。
相比之下電網(wǎng)無功電力的就地平衡工作則做得相當(dāng)成功，用戶在努力提高自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，還按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)并安裝無功補(bǔ)償裝置，并做到隨功率因數(shù)和電壓的變化，及時(shí)投入或切除補(bǔ)償裝置中的電容器，使得電網(wǎng)無功電力分層分區(qū)就地平衡。之所以電網(wǎng)無功電力就地平衡工作做得如此成功，得益于原電力部和原水利電力部早在1976年和1983年，先后頒發(fā)了《力率調(diào)整電費(fèi)辦法》[1]和《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》[2]（后者下發(fā)時(shí)前者同時(shí)作廢）。
三、辦法
    限制公用電網(wǎng)諧波污染，如能采用電網(wǎng)無功電力就地平衡那樣的成功經(jīng)驗(yàn),制定相應(yīng)的政策，對電力用戶注入公共連接點(diǎn)的諧波電流，將其當(dāng)作電力用戶向公用電網(wǎng)排污一樣予以計(jì)量并實(shí)行考核，當(dāng)電力用戶治理得好，諧波電流小時(shí)給予獎(jiǎng)勵(lì)（即按一定比例減少電費(fèi)）；若電力用戶治理得不好，諧波電流在一定范圍時(shí)，據(jù)排污量按比例加收電費(fèi)；當(dāng)電力用戶諧波電流超過一定限值時(shí)，再責(zé)令其停產(chǎn)治理。這樣定能使治理公用電網(wǎng)諧波污染，如同電網(wǎng)無功電力就地平衡一樣成為電力用戶的自覺行動(dòng)。
對于諧波電壓和電流的測量，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了其測量方法，人們也已有成功的經(jīng)驗(yàn)，只是要將諧波電流當(dāng)作排污一樣累計(jì)，其方法有待探討。對此我認(rèn)為最好的方法是分別將各次諧波電流取絕對值后對時(shí)間積分，累計(jì)各次諧波電流的電荷量，當(dāng)然在將測得的各次諧波電流取絕對值，對時(shí)間積分之前，還應(yīng)減去由于公共連接點(diǎn)處電壓波形畸變，形成的各次諧波電壓，在當(dāng)時(shí)電壓和負(fù)荷電流情況下，所對應(yīng)的等效線性負(fù)載上形成的各次諧波電流，因?yàn)樵摬糠种C波電流的存在，責(zé)任不在于電力用戶。
    據(jù)了解不少電子式電能表生產(chǎn)廠家的工作用多功能電能表，已具備測量各次諧波電壓和電流的功能，只要稍加努力，完全有可能生產(chǎn)出，將諧波電流作為排污累計(jì)的計(jì)量器具。
    值得注意的是，諧波電壓和電流的測量，不可能直接在公共連接點(diǎn)的高壓下進(jìn)行。為了準(zhǔn)確地測量各次諧波電壓和電流，不僅要求二次側(cè)的諧波測量裝置的計(jì)量準(zhǔn)確性，而且將各次諧波電壓和電流按比例縮小的取樣裝置，其計(jì)量準(zhǔn)確性也猶為重要。現(xiàn)在常用的電壓和電流互感器，都是在工頻50赫茲基波情況下設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)的，其幅頻和相頻特性一般不可能滿足準(zhǔn)確測量各次諧波電壓和電流（標(biāo)準(zhǔn)要求2-25次諧波）的要求。為了真實(shí)反映各次諧波電壓和電流，應(yīng)采用幅頻和相頻特性均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的諧波電壓和電流取樣裝置。
四、結(jié)論
    隨著電氣化鐵道、變頻空調(diào)和變頻電梯等會產(chǎn)生諧波的用電設(shè)備不斷增加，公用電網(wǎng)諧波污染日趨嚴(yán)重，而且至今還沒有行之有效的治理諧波的管理辦法。特此建議借鑒電網(wǎng)無功電力就地平衡的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法，將電力用戶在公用電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)處，注入公用電網(wǎng)的諧波電流當(dāng)作排污一樣進(jìn)行累計(jì)，并據(jù)情予以獎(jiǎng)罰，從而使得治理公用電網(wǎng)諧波污染，如同電網(wǎng)無功電力就地平衡一樣，成為電力用戶的自覺行動(dòng)。


參 考 文 獻(xiàn)
[1]原電力部1976年頒發(fā)的《電熱價(jià)格》中規(guī)定的辦法.
[2]原水利電力部1983年頒發(fā)的文件.