李顺生

 

 

摘  要  针对南津渡水电站工业小区谐波对电站发电机组及电气设备的影响应采取的治理措施。

关键词  工业小区  谐波  影响  治理

 

南津渡水电站工业小区始建于1998年，随着我站多种经营的进一步发展，工业小区负荷急剧增加到1600KW，各类非线性用电设备（整流变电弧炉、中频炉）大量增加，现有氯酸钾厂、冶炼厂、轧钢厂、焊剂厂等。由于工业小区非线性负荷的大量增加，它们吸收电网中非正弦电流，引起系统电压畸变，产生高次谐波，通过大坝工业小区35KV供电线路注入我站发电机组，致使我站工业小区电气设备和发电机组受到日益严重的谐波危害，影响了我站自供区和电气设备的安全可靠运行。

 

    对自然环境的污染问题早已引起世界各国的重视并且都制定了相应的环境保护法，对各种污染源排放的容许量加以限制并进行监测和管理。

    在电力系统中，各种谐波源产生的谐波也对电力系统环境造成污染，谐波污染对电力设备的危害是严重的，其主要表现：过负荷和发热、增加介质应力和过电压、干扰和危害以及破坏电压设备和保护控制设备的性能和正常工作，其中：

1）对发电机和电动机产生附加功率损耗和发热，特别是发电机定子绕组中的谐波电流同样也有集肤效应，在定子的双层绕组中，沿槽高的上层线棒的谐波电流附加损耗可达下层线棒的6倍之多；加速了绝缘老化，增大噪音。

2）谐波电流不仅会引起变压器绕组附加发热外，对外壳、外层的钢片及某些紧固件，还会引起发热，同时还会使变压器噪声增大。

3）对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动式拒动。

    南津渡水电站工业小区35KV变电站自投运以来先后发生隔离开头、真空开关及跌落保险瓷瓶炸裂、CT、BT烧坏、主变压器温度异常、微机保护经常误动和拒动。

更为严重的是自99年以来，南津渡水电站的1#发电机定子线棒因主绝缘的损坏，先后发生两次线棒击穿故障。今年2月12日，3#发电机定子绕组B相中性点引出线与汇流排的接头脱焊而熔断，造成相间短路而损坏数根线棒。

    2#发电机在近两年运行期间发出特浓的臭氧味。今年年初对2#发电机进行了详细的检查，发现定子线棒有多处因硅橡胶老化，引起线棒松动。定子铁芯有多处卷边现象。

    以上所叙述的发电机故障以及大坝工业小区35KV变电站多起设备故障，说明南津渡水电站发供电系统受到了工业小区谐波的影响，其危害程度是严重的。

为了进一步查明工业小区谐波情况以及对南电系统的影响程度，于2001年4月请湖南省电力试验研究所对工业小区各厂以及三台机组和1#、2#主变进行了谐波检测。

南津渡水电站主接线图如图，运行方式为：1#机满发，带1#B变110KV，3#机满发，带2#B35KV及110KV，2#机检修，504、506运行，420、402运行，我们分别对大坝工业小区及主变高、中、低三侧进行检查，结果如下：

1）不带35KV负荷时，发电机机端电压畸变率接近4%，谐波电流主要是2、3、5次，分别达到12、12、7.5A，两项指标均在标准范围之内；

带35KV负荷时，发电机机端电压畸变率达5%以上，最大为C相达5.18%，超标严重。谐波电流主要是2、3、5、7、11次等，分别达到9、16.5、18、9、4.5A，超标；

2）110KV侧不带35KV负荷时注入系统的谐波电流满足国标要求，带35KV负荷时，谐波电流、电压畸变均有所增大，但仍在国标范围以内。

3）、从35KV侧谐波源负荷流入电站的5、7、11次谐波电流分别达到17.4、6.9、2.0A，其中5、7次谐波按容量比分配已严重超标；

电压畸变三相都在3.6%~3.7%之间，超出国标3%的要求。

4）、大坝35KV变电站谐波测试结果令担忧，所供的轧钢厂、冶炼厂、铸钢厂及氯酸钾厂都是谐波源，其中轧钢厂、铸钢厂、氯酸钾厂产生的谐波最大，主要是5、7、11、13次谐波，另外轧钢厂还产生了较大的3次谐波。

电压畸变35KV侧最大达到5.93%，10KV侧达到7.34%，远远超过国标3%和4%的要求。

检测表明，经由35KV侧注入电站的谐波电流已严重超标，对发电机的安全运行构成严重影响，当时检测工业小区负荷仅为9000KW，现已剧增到16000KW，产生的谐波电流将成倍增加。

南电机组定子线棒几次故障表明定子线棒与铁芯槽间绝缘是存在空隙放电，由于机组长期承受较大的谐波而使槽间绝缘空隙放电次数大增，加剧了绝缘的老化，导致线棒主绝缘损坏，以及电腐蚀影响产生很浓的臭氧味等等，说明工业小区谐波日益在危及着我们的机组，但因谐波的变化有很大的随机性，对谐波影响量化的分析和评估是较困难的，我们只能通过对发生的系列事故和设备损坏去分析，找到治理办法。

基于上述检测结果和大坝工业小区现有负荷以及谐波源分布情况，同时面对电力系统改革的机遇和挑战，为弥补南津渡水电站在竞价上网中的劣势，南电多种经营要更进一步的扩大的发展，确保三台机组的安全经济运行，始终保持机组健康良好的工况更为重要，南津渡水电站的谐波治理是燃眉之急。

综合考虑到大坝工业小区供电电压的不一样，有35KV和10KV两电压等级，非线性负荷占主要，谐波源分布广、个数多，每个谐波源点产生的谐波次数多，有3、5、7、11、13甚至17次。

鉴于这样的情况，宜采取集中治理，若分散进行治理，工业小区接线有35KV和10KV电压供电，在两个电压等级上进行治理，则需设置两套装置，一次性投资太大，不便于管理，其效果不佳。

采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波“污染”的一种有效措施，目前国内一般都采用“无源型”滤波装置，即由电力电容器，电抗器等适当组合而成的滤波装置，运行中它和谐波源并联，它不仅能起滤波作用，还能兼顾无功补偿，该装置结构简单、运行可靠，维护方便，因此得到了广泛的应用。

3．1滤波装置的组成

    南津渡水电站滤波兼功率补偿装置，采取集中治理的方式，装设于大坝变电站35KV母线。滤波室共设置了3个滤波器支路，针对冶炼厂电弧炉谐波电流的特点，采用一组二阶减幅型3次高能滤波器，其优点是对高次谐波（如4次、5次及以上各次谐波）也有一定的滤波作用，且不易与系统发生并联谐振；针对轧钢厂轧机、氯酸钾厂电解槽的整流负荷特征、谐波次数，采用5次、7次两组单调谐滤波装置。

    滤波装置由滤波电容器、滤波电抗器和电阻器组成，装置即可很好地将负荷产生的谐波吸收，又可以发出基波无功对负荷的低功率因数进行补偿。

    滤波装置的电气主接线如图所示，滤波装置共设三台开关，3、5、7次滤波器支路各由一台真空开关控制，由控制器根据谐波及负荷情况进行投切，不会产生过补，发生无功功率倒送现象。

3．2、滤波装置投运后的效果。

    根据电科院2003年4月对电站工业小区35KV供电系统电能质量的测试结果表明，滤波装置投入后，35KV变电站总进线电能质量指标得到了很大的改善，主要表现在以下几个方面：

    1、吸收负荷产生的谐波电流、降低了35KV母线谐波电压（电压总谐波畸变率降低63．56%）；

    2、补偿了负荷无功功率，提高了供电系统功率因数，降低了供电电流（减小18．63%），提高了系统供电能力和供电可靠性；

    3、提高了母线电压，向用户提供了电压合格的电源（提高4．73%）。

    不投滤波装置和滤波装置投入后35KV变电站总进线电能质量各项指标的改善效果如表所示（据中国电力科学研究所《湖南省南津渡水电站工业小区35KV滤波兼功率因数补偿装置治理效果测试报告》）。

表：滤波装置对电能质量指标的改善效果