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1.1石化配电系统负载的特点
以某公司配电网为例:内部配电系统拥有变频器360台、UPS7O台、直流屏69台、电子整流照明灯具近2万套,还有大量的计算机、DCS负载。所有这些设备是公司内部配电网产生谐波的源头,其危害已经有所显现:如在配电网中,出现了像UPS不能正常锁相、电感器运行温度过高的现象。但是从石化配电系统的现状看,我国还没有人对谐波的危害加以重视,更谈不上有目的的治理了。事实上,谐波危害已经成为石化配电系统可靠运行的一大一体电感企业隐患。下面分别对以计算机为负载的系统、变频器为负载的系统的谐波情况进行分析。
1.2办公楼电网的谐波检测与分析
以计算机、DCS为典型负载的办公楼电网的相电压和相电流波形,如图1、图2所示;其频谱分析,如表1、表2所示。由图可见,电流中3、5、7次谐波含量较大,电流也远非正弦形,在相电压最大值附近有高的电流尖峰。电压谐波主要集中在3、5、7、9次谐波上,得出的电压谐波总畸变率(THD)为2.9%。这在380V系统中,是可以达到“奇次谐波THD<4%和总谐波THD<5%”的国家谐波电压标准的。在这种情况下,电压波形仍比较接近正弦,在正弦波峰、波谷处存在削顶现象。
综合来看,该点谐波问题不严重,谐波电流含量高,但绝对数值不大,因此谐波电压含量在标准范围内。该点产生功率电感的谐波电流是造成电压畸变的主要原因,低压侧谐波电压中5、7次谐波受6kV侧的影响较大。而3倍次谐波电流在中性线上叠加,并通过公共阻抗产生的谐波电压对相电压的影响比较显著,它们是引起电压谐波的重要原因。
1.3常压配电网谐波检测与分析
以变频器为典型负荷的常压配电网相电压和相电流波形。变频器工作时,各次谐波含量均比较稳定,当负载电流大时基波含量较高,因此各谐波含量百分比反而比较小,THD值也较低。但同时也可看出,电流中5次、7次、11一体电感企业次谐波的含量很高,电流的THD值超过40%,电流波形的畸变相当明显。再看电压的谐波构成,同电流相似,电压谐波的主要成分是5次、7次、11次及13次谐波,大部分谐波次数含量在1%以下,它们的绝对数值也比电流谐波的含量小得多,因此电压波形畸变并不明显,“电压THD<2%”符合谐波标准。电压畸变应主要来源于这些谐波电流在系统阻抗上产生的电压。常压配电网这点的功率电感和谐波电流均比办公楼电网的情形要大,电流畸变更加严重,这对于母线、开关、断路器、电容器和电流表计均会产生不良影响。可是电压畸变却比办公楼电网小,主要原因在于:变频器这点的3倍次谐波小、负载平衡、零序电流小。