减少公用电网谐波污染的建议

浅谈使减少谐波污染成为电力用户自觉行动的办法

刘彦刚

（江西省萍乡市计量所，江西 萍乡，337000)

一、引言
    电能作为一种特殊商品，它的质量不仅要求电力系统在发电、输电和变电的各个环节上作出努力，同时也要求电力用户予以维护。特别是公用电网的谐波，受用电设备的影响更是明显。随着各种会产生谐波电流的电力电子设备、非线性设备及冲击性用电设备不断增加，例如：电气化铁道、变频空调和变频电梯、变压器和电抗器以及电弧炉，构成了电能质量的主要谐波污染源，使得电网电能质量指标趋于恶化，不仅威胁着电力系统的安全经济运行，而且也对电力用户和通信等行业产生危害和不利影响。电网被谐波污染，将导致输电线路、变压器和电机损耗增加，浪费日趋宝贵的能源；变压器和电机的振动和噪音增大，温升增加，寿命降低；电能表等计量装置误差增大，不能正确计量；电力系统继电保护误动作跳闸，给生产和生活造成不必要的影响、甚至损失，或电力系统继电保护拒动，引起电力系统事故、甚至扩大事故；计算机、数据传送和自动控制系统数据丢失、误显示、误动作和元件损坏；电视机图像变坏、翻滚；给收音机和通信设备引起杂音等。
二、现状
    为了保护供用电双方的利益，必须将公用电网谐波限制在一定范围内，为此原国家技术监督局于1993年制定并颁布了GB/T14549—1993《电能质量 公用电网谐波》标准，针对电力系统的产品——电能的质量要求，规定了公用电网谐波电压（相电压）限值，针对电力用户，限制其谐波污染的排放，规定了注入公共连接点谐波电流的允许值。作为产品质量要严格要求电力系统，使公用电网谐波电压符合国家标准，现在也有成熟的产品能检测电能的质量，并且也有相关的规定，规定了一旦电能质量不合格，电力系统应承担的赔偿责任，余下的就是电力用户自身要善于和勇于维护自已的利益。对于电力用户，一则要求购置的用电设备，是先进合理的产品，产生的谐波电流符合GB17625.1—2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）》等标准的要求。二则对于注入公用电网谐波电流大于GB/T14549—1993《电能质量 公用电网谐波》标准规定值时，则要求安装电力谐波滤波器，以减小注入公用电网谐波电流。但是要购置先进的小谐波电流的用电设备，安装电力谐波滤波器，限制公用电网谐波污染，都需要电力用户增加投资。虽然现在公用电网谐波污染日趋严重，但因为没有相应的强有力的约束机制，电力用户不会主动支付额外的费用来治理谐波污染。也正因为没有强有力的限制公用电网谐波污染的机制，对于电力用户不好说：一旦注入公用电网公共连接点的谐波电流超过允许值,就不让其用电。特别是目前的谐波测控方式，大都是仅由省电力公司的检测机构依次到全省各变电站去检测，如发现变电站谐波电压超标，再去检测是那条出线造成的。电力用户新投运的用电设备，即使造成了注入公共连接点的谐波电流超过允许值，并不能及时发现，只有当其造成了十分严重的后果时才知道，导致了目前公用电网谐波污染日趋严重的局面。
相比之下电网无功电力的就地平衡工作则做得相当成功，用户在努力提高自然功率因数的基础上，还按照有关标准要求设计并安装无功补偿装置，并做到随功率因数和电压的变化，及时投入或切除补偿装置中的电容器，使得电网无功电力分层分区就地平衡。之所以电网无功电力就地平衡工作做得如此成功，得益于原电力部和原水利电力部早在1976年和1983年，先后颁发了《力率调整电费办法》[1]和《功率因数调整电费办法》[2]（后者下发时前者同时作废）。
三、办法
    限制公用电网谐波污染，如能采用电网无功电力就地平衡那样的成功经验,制定相应的政策，对电力用户注入公共连接点的谐波电流，将其当作电力用户向公用电网排污一样予以计量并实行考核，当电力用户治理得好，谐波电流小时给予奖励（即按一定比例减少电费）；若电力用户治理得不好，谐波电流在一定范围时，据排污量按比例加收电费；当电力用户谐波电流超过一定限值时，再责令其停产治理。这样定能使治理公用电网谐波污染，如同电网无功电力就地平衡一样成为电力用户的自觉行动。
对于谐波电压和电流的测量，相关标准明确规定了其测量方法，人们也已有成功的经验，只是要将谐波电流当作排污一样累计，其方法有待探讨。对此我认为最好的方法是分别将各次谐波电流取绝对值后对时间积分，累计各次谐波电流的电荷量，当然在将测得的各次谐波电流取绝对值，对时间积分之前，还应减去由于公共连接点处电压波形畸变，形成的各次谐波电压，在当时电压和负荷电流情况下，所对应的等效线性负载上形成的各次谐波电流，因为该部分谐波电流的存在，责任不在于电力用户。
    据了解不少电子式电能表生产厂家的工作用多功能电能表，已具备测量各次谐波电压和电流的功能，只要稍加努力，完全有可能生产出，将谐波电流作为排污累计的计量器具。
    值得注意的是，谐波电压和电流的测量，不可能直接在公共连接点的高压下进行。为了准确地测量各次谐波电压和电流，不仅要求二次侧的谐波测量装置的计量准确性，而且将各次谐波电压和电流按比例缩小的取样装置，其计量准确性也犹为重要。现在常用的电压和电流互感器，都是在工频50赫兹基波情况下设计、制造和检验的，其幅频和相频特性一般不可能满足准确测量各次谐波电压和电流（标准要求2-25次谐波）的要求。为了真实反映各次谐波电压和电流，应采用幅频和相频特性均满足标准要求的谐波电压和电流取样装置。
四、结论
    随着电气化铁道、变频空调和变频电梯等会产生谐波的用电设备不断增加，公用电网谐波污染日趋严重，而且至今还没有行之有效的治理谐波的管理办法。特此建议借鉴电网无功电力就地平衡的功率因数调整电费办法，将电力用户在公用电网的公共连接点处，注入公用电网的谐波电流当作排污一样进行累计，并据情予以奖罚，从而使得治理公用电网谐波污染，如同电网无功电力就地平衡一样，成为电力用户的自觉行动。


参 考 文 献
[1]原电力部1976年颁发的《电热价格》中规定的办法.
[2]原水利电力部1983年颁发的文件.