龙绍清 教授级高工

一、  关于电能利用，电能质量和谐波问题

大家都知道，电能在现代生活和生产活动中，是一种非常重要的能源，是人类赖以生存的一种二次资源。在全球资源紧缺的环境下，为了保证人类持续生存的条件，我们必须珍惜能源，千方百计节能减耗，努力提高电能的生产效率和利用效率。

提高电能的生产效率问题，是指电厂高效发电和电网智能发展方面的事情，我们这里讨论的仅是如何提高电能的利用效率问题。

 电能利用得好与否，取决于电能质量和用电技术。电能质量的指标很多，包括电压、频率、电磁暂态、供电可靠性、波形失真、三相不平衡、电压波动、闪变等等。来自用电端影响电能质量的因素，主要是用电功率的不平衡和谐波干扰。具体地说就是用电设备消耗的无功功率太多了，产生的谐波电流太大了。所以，就用电侧来说，功率因数和谐波畸变率是衡量电能质量的两个主要指标。

谐波畸变问题就是波形失真问题。

这里讲电的波形，是指电压和电流的波形，在正常情况下它们应该是园滑的正弦波形，我们用的是交流电，其正弦波形每秒钟反复交变50次，或者说其频率是50赫芝，常说是50周波。但一旦有非50赫芝的波形叠加在上面，比如是100赫芝，150赫芝，250赫芝等等， 则电流电压波形就立刻发生畸变，变为非正弦波形。我们将这些引起波形作非正弦波形畸变的成份就叫作谐波。对于50是多少整数倍，分别叫多少次谐波，如100赫芝叫二次谐波，150赫芝叫三次谐波，150赫芝叫三次谐波，250赫芝叫五次谐波等等。谐波越多，波形畸变越历害，电能质量就越差，就越容易引起开关跳闸，保险烧断，电视看不清，电话有杂音，仪表读数不准，自动控制失灵，保护装置误动，电动设备运行失常，产品废品增多等等。若减少谐波就能提高电能质量，就能增加用电的安全性和获得良好的经济效益。所以，当今管供用电的人们常说谐波超标了，电能质量不合格，就会影响到电网和用电的安全。为了保证用电安全，必须要治理谐波。实践告诉我们谐波治理好了，不仅保证了供电安全，还会给我们带来很大的经济利益和社会效益。事实说明了：治好谐波，安全用电，既省了钱、又节了电、还获得了一份最廉价的，甚至可以说是免费的电能资源！

那么，谐波是怎么来的呢？我们前面说过，电压，电流中的非50赫芝成份就是谐波。这些非50赫芝成份是从哪里来的呢？产生谐波的源头在哪里呢？我们不防举目相看，原来比比皆是，这些都是谐波源：电视机、节能灯、彩光灯、调光灯、音响、电脑、各钟电子办公用具、变频空调、电梯、电车、地铁、动车组、高铁、工业生产的冶炼设备、电化设备、中频加热、热处理等等，不胜枚举。这些电气设备和电子器具都具有一个共同的基本点，就是它们的用电结构中都有整流电路或是变频电路。整流电路是将交流电变成直流电，变频电路是将交流电变成直流电后再变成不同频率的交流电 。这些整流和变频用电过程，使电流电压发生了严重的波形畸变，于是就产生了大量谐波！这些整流和变频用电过程，都有一个共同的特点，就是其电压和电流的比例关系不是直线性的，而是非直线性的，简称非线性。这是它本身所固有的电气特性。所以又有一种归纳性的通用说法，就是非线性设备用电，一定会产生谐波。

大家都看到了，随着科学技术和社会经济的不断发展，电力电子设备越来越普及，款式愈来愈多。从家庭、个人生活角落到大型的工业、通讯、交通等各行各业，各种各样先进的电力电子生产技术设备，品种越来越多，容量越来越大。运用这些设备，使社会经济发展越来越快，人们生活水平越来越高，但同时也产生了越来越多的电力谐波。为什么呢？因为电力电子元件或电路用电，都具有非线性的特点，也就是说，它们的电压和电流之间的关系，是呈着非线性的变化的。整流和变频用电为什么一定产生谐波？除了电路工作机理之外，还有就是因为它们的电路是使用各种各样的电力电子元件构成的。谐波份量影响最大的是在电化学，电冶炼，电轧延，电拖动企业中的整流及变频设备（应该知到从局部来看，家电及办公、文娱设备产生的谐波电流畸变率比生产性设备更高，但对总用电量来说它们占的份量比较小）。

谐波额外地消耗了大量的有功电力和无功电力，因此，就大大降低了电能利用率。根据统计分析，就目前的用电技术水平来说，谐波致使电能利用率降低的，一般都在4%左右， 严重的可达20%。可见，谐波引起的经济损失是很大的，若再加上谐波引起的安全经济损失，后果就更加严重。

谐波的产生是自然规律，这是不可避免的，但是，要消除谐波的危害是人为的，这是必须的，也是能做得到的。

二、 滤波补偿 提高电能利用率 带来良好的经济利益和社会效益

提高电能利用率这个课题很大，涉及的范围很广。

本次仅仅是从消除谐波和补偿无功，提高电能质量这个角度，来谈谈提高电能利用率问题。

消除谐波补偿无功以提高电能利用率的方法和渠道很多。比如，利用无功补偿电容器，用无源滤波器，用有源滤波器，提高用电电压，改变设备结线，增加用电相数，等等。但是，无论用什么方法，我们的最终目标，是提高电能利用率。其最基本的手段，是消除谐波，补偿无功。对谐波源设备而言，要经济合理地提高电能利用率，就必须先做到滤波补偿。

 = 1 * GB4 ㈠  让我们先看一个滤波补偿的实例：

佛山xxxx冷轧板有限公司的变压器50多台，总容量为8万kVA，拥有10条轧机生产线。从2005年到2007年都先后装用了南海樱花电气有限公司研制的滤波补偿设备，至今已安全运行了7年，取得了良好的技术经济效益，如下所述：

1． 从电能质量来说，已有效地抑制了谐波，使600V的电压总畸变率THDU由10.2% （不合格) 降至2.3%  (合格)，符合国家电能安全标准（≤5%)。

2． 提高无功补偿效率，功率因数从0.46提高至0.95以上 ( 用电来自6条10KV馈电线, 供电收费记录都为0.97~0.99 ).

3． 节电率达6.8%.。以4万kW的持续投产量计，可减少电力供应2700kW，可减少用户的计费电度达1360万kW.h ( 以5000小时/年计 ).。从电网来看，可向用户额外增加2700KW电力供给。

4．投资回收期很短。根据补偿前2条轧机生产线实际供电罚款记录推算, 若全厂全部设备投入生产，一年可节省电费开支达2359万元。而实际工程投资仅1200万元，约 6个月即可回收全部工程投资。

此外，在工程实施中还得到了一份特别的收益：在这10条轧机线中有一条能轧1200mm宽铁板的叫1200轧机，是最早一期工程建成投产的。它的左右卷机马达功率为2×630 KW, 按设计要求，安装了一台950 KVA的变压器供电。但没有滤波补偿设备时，因为电流过大，卷机马达怎么也起动不了，后来只好将  950KVA的变压器，更换为2200KVA的变压器，才能应付起动生产。但这台轧机生产头一个月，电费就被罚款12万多元（电费调整率为 +53 %）。在滤波补偿设备投入后，电费由被罚变为受奖，而立竿见影首先得益的是将这台2200KVA的变压器改为 950KVA变压器, 省了一大笔设备费用。此后马达能启停自如，因为滤波补偿后，大大减少了变压器的输入电流，降低了变压器压降（特别是高次谐波电压降），因而提高了马达的起动电压和转动力矩。

 = 2 * GB4 ㈡   滤波补偿能带来多大的经济利益和社会效益？……。