減少公用電網諧波污染的建議

淺談使減少諧波污染成為電力用戶自覺行動的辦法

劉彥剛

（江西省萍鄉市計量所，江西 萍鄉，337000)

一、引言
    電能作為一種特殊商品，它的質量不僅要求電力系統在發電、輸電和變電的各個環節上作出努力，同時也要求電力用戶予以維護。特別是公用電網的諧波，受用電設備的影響更是明顯。隨著各種會產生諧波電流的電力電子設備、非線性設備及沖擊性用電設備不斷增加，例如：電氣化鐵道、變頻空調和變頻電梯、變壓器和電抗器以及電弧爐，構成了電能質量的主要諧波污染源，使得電網電能質量指標趨于惡化，不僅威脅著電力系統的安全經濟運行，而且也對電力用戶和通信等行業產生危害和不利影響。電網被諧波污染，將導致輸電線路、變壓器和電機損耗增加，浪費日趨寶貴的能源；變壓器和電機的振動和噪音增大，溫升增加，壽命降低；電能表等計量裝置誤差增大，不能正確計量；電力系統繼電保護誤動作跳閘，給生產和生活造成不必要的影響、甚至損失，或電力系統繼電保護拒動，引起電力系統事故、甚至擴大事故；計算機、數據傳送和自動控制系統數據丟失、誤顯示、誤動作和元件損壞；電視機圖像變壞、翻滾；給收音機和通信設備引起雜音等。
二、現狀
    為了保護供用電雙方的利益，必須將公用電網諧波限制在一定范圍內，為此原國家技術監督局于1993年制定并頒布了GB/T14549—1993《電能質量 公用電網諧波》標準，針對電力系統的產品——電能的質量要求，規定了公用電網諧波電壓（相電壓）限值，針對電力用戶，限制其諧波污染的排放，規定了注入公共連接點諧波電流的允許值。作為產品質量要嚴格要求電力系統，使公用電網諧波電壓符合國家標準，現在也有成熟的產品能檢測電能的質量，并且也有相關的規定，規定了一旦電能質量不合格，電力系統應承擔的賠償責任，余下的就是電力用戶自身要善于和勇于維護自已的利益。對于電力用戶，一則要求購置的用電設備，是先進合理的產品，產生的諧波電流符合GB17625.1—2003《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A）》等標準的要求。二則對于注入公用電網諧波電流大于GB/T14549—1993《電能質量 公用電網諧波》標準規定值時，則要求安裝電力諧波濾波器，以減小注入公用電網諧波電流。但是要購置先進的小諧波電流的用電設備，安裝電力諧波濾波器，限制公用電網諧波污染，都需要電力用戶增加投資。雖然現在公用電網諧波污染日趨嚴重，但因為沒有相應的強有力的約束機制，電力用戶不會主動支付額外的費用來治理諧波污染。也正因為沒有強有力的限制公用電網諧波污染的機制，對于電力用戶不好說：一旦注入公用電網公共連接點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構依次到全省各變電站去檢測，如發現變電站諧波電壓超標，再去檢測是那條出線造成的。電力用戶新投運的用電設備，即使造成了注入公共連接點的諧波電流超過允許值，并不能及時發現，只有當其造成了十分嚴重的后果時才知道，導致了目前公用電網諧波污染日趨嚴重的局面。
相比之下電網無功電力的就地平衡工作則做得相當成功，用戶在努力提高自然功率因數的基礎上，還按照有關標準要求設計并安裝無功補償裝置，并做到隨功率因數和電壓的變化，及時投入或切除補償裝置中的電容器，使得電網無功電力分層分區就地平衡。之所以電網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，先后頒發了《力率調整電費辦法》[1]和《功率因數調整電費辦法》[2]（后者下發時前者同時作廢）。
三、辦法
    限制公用電網諧波污染，如能采用電網無功電力就地平衡那樣的成功經驗,制定相應的政策，對電力用戶注入公共連接點的諧波電流，將其當作電力用戶向公用電網排污一樣予以計量并實行考核，當電力用戶治理得好，諧波電流小時給予獎勵（即按一定比例減少電費）；若電力用戶治理得不好，諧波電流在一定范圍時，據排污量按比例加收電費；當電力用戶諧波電流超過一定限值時，再責令其停產治理。這樣定能使治理公用電網諧波污染，如同電網無功電力就地平衡一樣成為電力用戶的自覺行動。
對于諧波電壓和電流的測量，相關標準明確規定了其測量方法，人們也已有成功的經驗，只是要將諧波電流當作排污一樣累計，其方法有待探討。對此我認為最好的方法是分別將各次諧波電流取絕對值后對時間積分，累計各次諧波電流的電荷量，當然在將測得的各次諧波電流取絕對值，對時間積分之前，還應減去由于公共連接點處電壓波形畸變，形成的各次諧波電壓，在當時電壓和負荷電流情況下，所對應的等效線性負載上形成的各次諧波電流，因為該部分諧波電流的存在，責任不在于電力用戶。
    據了解不少電子式電能表生產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，完全有可能生產出，將諧波電流作為排污累計的計量器具。
    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的高壓下進行。為了準確地測量各次諧波電壓和電流，不僅要求二次側的諧波測量裝置的計量準確性，而且將各次諧波電壓和電流按比例縮小的取樣裝置，其計量準確性也猶為重要。現在常用的電壓和電流互感器，都是在工頻50赫茲基波情況下設計、制造和檢驗的，其幅頻和相頻特性一般不可能滿足準確測量各次諧波電壓和電流（標準要求2-25次諧波）的要求。為了真實反映各次諧波電壓和電流，應采用幅頻和相頻特性均滿足標準要求的諧波電壓和電流取樣裝置。
四、結論
    隨著電氣化鐵道、變頻空調和變頻電梯等會產生諧波的用電設備不斷增加，公用電網諧波污染日趨嚴重，而且至今還沒有行之有效的治理諧波的管理辦法。特此建議借鑒電網無功電力就地平衡的功率因數調整電費辦法，將電力用戶在公用電網的公共連接點處，注入公用電網的諧波電流當作排污一樣進行累計，并據情予以獎罰，從而使得治理公用電網諧波污染，如同電網無功電力就地平衡一樣，成為電力用戶的自覺行動。


參 考 文 獻
[1]原電力部1976年頒發的《電熱價格》中規定的辦法.
[2]原水利電力部1983年頒發的文件.