酒钢集团宏兴钢铁股份公司焦化厂电能质量研究

酒钢集团宏兴钢铁股份公司焦化厂电能质量研究

摘要：电力系统电能质量关乎系统是否能够安全、经济、可靠运行，随着越来

越多的非线性用电设备广泛应用，电能质量也越来越降低。本文就酒钢集团宏兴

股份公司焦化厂电能质量进行了检测分析，对谐波产生的原因及危害、无功功率

的产生及危害、无功补偿及谐波治理的意义进行了研究。

关键词：谐波；故障；电力系统；对策

前言：酒钢集团宏兴钢铁股份公司焦化厂是一座始建于1970年的老企业，现有六座焦炉（58-Ⅰ型65孔焦炉两座，JN60-6型50孔和60孔焦炉各一座，

TJL555OD型55孔捣固焦炉两座），配套两套独立的煤气净化系统，以及精制系统，目前已达到年产焦炭300万吨、年处理加工焦油7.5万吨和轻苯2.5万吨的

综合生产能力。主要产品有焦炭、苯类、工业萘、改质沥青、硫铵、硫磺等20

余种。焦化厂年生产耗电1.894亿Kwh，焦化厂的用电设备种类较多，风机类、

泵类、空压机类、减速机类等一应俱全，通过多年的技术改造，非线性用电设备

逐年增多，使电网功率因数下降，高次谐波增多，一些电子原件的故障增多，为

此对焦化厂58个低压变电所（电磁站）抽取了3个进行了研究，现将检测的3

个变电所数据进行分析。

1 现场电网质量检测

表1 变电所电能质量检测数据

根据表1粗苯变电所2#变现场检测粗苯2#变电压畸变率2.42%，符合国标要求，电流畸变率56.4%，严重超标，电流波形畸变严重，已基本失去正弦波特征，电流有效值247A，5次谐波116A，7次谐波72A，11次谐波17A，谐波电流计算

值280A；功率因数0.81，与焦化厂目标值0.95有较大差距，当基波电流在264A 时，实测无功功率108kvar。三炼焦干熄焦区3#动力变电压畸变率1.17%，符合

国标要求；电流畸变率6.91%，电流波形畸变严重，已基本失去正弦波特征。二

炼炼干熄焦区提升机变电压畸变率5.93%，超过国标要求5%；电流畸变率56.5%，电流有效值548A，谐波电流计算值309A；功率因数0.78；实测无功功率275kvar。

2 谐波产生原因及危害

正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变，正弦波形畸变成不规则非

正弦波形，对非正弦波进行傅立叶分解，除了基波频率的电量，基波倍频的成分，称为谐波。在工业生产和日常生活中，广泛的使用各种整流功能的电力电子装置

都是非线性负载，如直流电机、UPS、变频器、电弧炉、中频炉、机车直流牵引

系统、可控硅调光系统、电梯、荧光灯、电脑办公设备、变频空调等。这些非线

性负载产生大量谐波电流，注入电网。

对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大

而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响

越大。热磁型的断路器，由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热，使得额定

电流降低与脱扣电流降低。电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其

是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。由此可知，上述三种配电断路

器都可能因谐波产生误动作。

谐波对并联补偿电容器的影响：谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会

使电容器过负荷，损耗功率升高，使电容器异常发热，加速电容器老化。尤其是

电容器投入在电压畸变的电网中。谐波的存在使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波

易在介质中诱发局部放电，加速了绝缘介质的老化，从而缩短电容器的使用寿命。

谐波对供电变压器和电机的影响：谐波电流不但引起变压器和电机绕组附加

损耗，也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并且有可能引起局部的严重

过热，严重损坏变压器和电机。

谐波对换流装置的影响：交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角的

触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。

谐波对供电线路及通讯的影响：谐波通过电容耦合、电磁感应和电气传导会

感应到通信线路上，可能损害通话的清晰度，触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。

谐波对继电保护和自动装置的影响：谐波对继电保护和自动控制装置产生干

扰和造成误动和拒动。

谐波对电网的影响：当谐波的频率正好位于电网谐振点附近时，电网将引起

不同程度的谐振，原有的谐波水平将被严重放大，从而可能导致非常严重的后果，如设备损坏（如变压器电容器爆炸、电机烧毁等）安全装置大面积误动、电网解

列等。

3 无功功率的产生及危害

在具有LC的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场

（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送

还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源

交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。也就是说，无功功率是用于电路内电场

与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。

从电气参数的表征来看，只要电流和电压之间存在相位差，电路中就存在无

功功率的交换。随着电力电子技术的兴起和广泛使用，各种相控电路和装置同样

需要消耗无功功率，如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器等。

无功功率占用电网容量及导线截面积，造成供电线网损耗增大﹑线路压降增

大﹑设备容量降低，使配电设备过载﹑过热﹑谐波无功更使电网受到污染，甚至

会引起电网振荡等严重事故。

无功功率直接增加了部分企业的电费支出，加大生产成本供配电系统的电能

损耗增加，发配电设备的利用率下降，企业的电费支出增加，降低了企业的经济

效益。

4 无功补偿及谐波治理的意义和效益

无功和谐波的存在，不仅影响了设备运行的电气环境，也直接关乎着设备的

寿命、操作安全以及企业的经济效益。对设备和电网开展无功补偿和谐波治理，

对推进新技术应用，提高经济效益，促进生产高效安全，具有十分重大的意义。

提高功率因数：利用容性无功电流实时地抵消负荷产生的感性无功电流，提

高电网的功率因数，直接降低了企业的用电成本。

提高供配电系统的利用率：使得电网的视在功率接近于有功功率，提高了电

网的供配电能力，也大大降低了供电网络中的线路损耗。

稳定电网电压：可以减小电网电压及变压器二次电压的波动，有利于用电设

备在正常电压波动范围内正常运行，也保障着整个电网的安全稳定。

提高运行安全：消除了电网中谐波引起的谐振隐患，避免各种安全自动装置

在谐波情况下的误动和设备损坏，从而提高了设备和企业的运行安全。