諧波治理在某電纜廠的應用實例

安科瑞 徐玉麗

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

    隨著工業經濟的迅猛發展，科學技術的不斷進步，大量的直流設備、變頻調速設備及其它非線性負荷被廣泛應用，對供電系統電能質量要求越來越高。高次諧波的產生，增加了電能諧波損耗，降低了系統功率因數，不僅影響電網的質量，而且還很大程度的影響電網的可靠性，嚴重時造成繼電保護誤動，燒毀微機保護線路板、數字電能表及其它微機裝置。

1、故障現象

     某電纜廠400V供電系統由兩臺歐式箱式變電站組成，兩臺箱變的接線方案一致，但其箱變出線所帶負荷不一樣。兩臺歐式箱式變電站投運不久，1號箱變就發生了無功補償柜中元器件損壞的情況。損壞的元器件主要是電容接觸器和熔斷器，其中電容接觸器燒毀嚴重。

     起初分析認為可能是電容接觸器的樁頭接線松動導致接觸電阻增加，樁頭接線發熱起火燒壞電容器接觸器，進而引起接觸器上側的熔斷器燒毀，產生的火苗又損壞了熔斷器。隨后該公司即更換了燒壞的元器件，同時對所有的接線樁頭進行了檢查，無功補償柜改進后繼續投入運行。但是更改后的無功補償柜使用不到一個月，再次出現了元器件損壞的情況。元器件損壞的位置、現象基本和上次的情況一樣。

2、原因分析

    兩次無功補償柜的故障都發生在1號箱變而非2號箱變，對比分析1、2號箱式變電站的負荷可以發現，2號箱變的負載基本上為異步電動機和辦公照明負載，相對負載較小；而1號箱變所帶負載中除了異步電動機還有三臺直流電動機，其功率分別為185kw、155kw、30kw。此外，還有大量通過可控硅控溫的加熱設備，相對2號箱變負載較大。

在兩次無功補償柜發生故障時，該廠的交聯電纜生產線都在運轉，也就是說直流電機和相當一部分的加熱設備都掛在1號箱變的低壓母線上。該廠的加熱回路采用了三相半控橋式整流電路，同時用交流電源對直流電機供電少不了要有整流裝置。由于整流裝置輸出波形的非正弦性，不同相數的整流電路會產生不同特征的諧波電流。如三相橋式的6相脈動整流電路產生的諧波電流主要為6k±1次（5、7、11、13次，等等）見表1。 

表1  6相脈動整流裝置電流諧波理論數據

因此，交聯電纜生產線在生產時可能對1號箱變400V系統產生了諧波。

根據對負荷性質分析和理論公式的推算，可以確定1號箱變400V系統中存在6k±1次為主的諧波電流。為了證實和明確1號箱變400V系統的諧波情況和參數，對1號、2號箱變進行了多次的對比測量。2號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖1，1 號箱變總線電流波形和頻譜圖分析見圖2。

對比分析圖1和圖2，2號箱變總線電流波形為規則正弦波，頻譜圖分析也表明其電流基本只含基波50Hz電流；1號箱變總線電流波形為非正弦波，頻譜圖分析可以看出含有3、5、7、11次等諧波。電流總畸變率THDi為52.32%，功率因數0.8，系統阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系統短路容量10MVA。

1號箱變的無功補償柜之所以數次出現電容接觸器和熔斷器損壞的情況，其原因就是交聯電纜生產線產生的諧波電流被無功補償柜的電容器放大產生了過電流，致使接觸器和熔斷器過熱損壞。