電力系統(tǒng)諧波影響及消除方法

 

    所謂諧波，即理想的電力系統(tǒng)向用戶提供的應(yīng)該是一個(gè)恒定工頻的正弦波形電壓，但是由于各種原因，使這種理想狀態(tài)在實(shí)際中無法存在。因此通過對周期性電壓或電流的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數(shù)倍分量的含有量，稱為諧波。

 

    諧波對于電網(wǎng)的危害非常大，主要表現(xiàn)在以下方面：

 

    1.由于電網(wǎng)主要是按基波設(shè)計(jì)的。由于LC元件的存在，雖然在基波時(shí)不會發(fā)生諧振，但在某個(gè)特定諧波時(shí)卻可能引起諧振，可能將諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，電網(wǎng)諧振引起設(shè)備過電壓，產(chǎn)生諧波過流，對設(shè)備造成危害。特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器。其中，特別要注意的是，由于電容器是容性負(fù)載，能與電網(wǎng)上感性設(shè)備(其它設(shè)備主要是感性設(shè)備)配合，構(gòu)成共振條件，又由于其大小與諧波頻率成反比，因此，電容更容易吸收諧波共振電流，引起電容過載，造成電容損壞，或者熔絲熔斷。

 

    2.使電網(wǎng)中的電氣設(shè)備產(chǎn)生額外的損耗(諧波功率)，降低了設(shè)備的效率，同時(shí)諧波會影響設(shè)備的正常工作，例如變壓器局部嚴(yán)重過熱，電容器、電纜等設(shè)備過熱，電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)等故障，絕緣部分老化、變質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)候甚至設(shè)備損壞。

 

    3.導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，造成不必要的損失，諧波會使電氣測量儀表測量不準(zhǔn)確，造成計(jì)量誤差。

 

    另外，諧波還會產(chǎn)生對設(shè)備附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾等其他危害。

 

    既然諧波危害如此之大，那么諧波是如何產(chǎn)生的?又如何能減小它的影響和危害呢?

 

    諧波來源

 

    1、中頻爐、電弧爐等設(shè)備是該地區(qū)諧波的主要來源

 

    對該地區(qū)負(fù)荷進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要的原因是該地區(qū)特鋼工業(yè)發(fā)達(dá)，中頻爐、電弧爐等作為一類高效的加熱源已經(jīng)非常普及。電弧爐是利用電極物料間產(chǎn)生的電弧熔煉金屬，因此，它的電流波形很不規(guī)則，含有多種諧波(2次到7次)以及間諧波，這是諧波的一個(gè)重要來源。而中頻爐是工頻電流整流后再變?yōu)橹蓄l，再利用電磁感應(yīng)來熔煉金屬，因此產(chǎn)生大量的高次諧波，其中以5次、7次、11次等奇次諧波為主。這正是該地區(qū)諧波的主要來源。

 

    2、用戶變壓器群是該地區(qū)諧波的重要來源

 

    一般情況下，三相變壓器由于鐵芯為“日”形狀，中相比邊相要短一半，因此，三個(gè)磁路的不對稱引起變壓器勵(lì)磁電流中含有諧波分量。所以當(dāng)對空載三相變壓器加電壓激勵(lì)時(shí)，即使受電側(cè)沒有零序電流通路(中性點(diǎn)不接地或三角形接線)，勵(lì)磁電流中也會有諧波分量。雖然在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，這個(gè)諧波分量很小，但由于變壓器繞組接法以及各繞組和電網(wǎng)各相的連接統(tǒng)一規(guī)定時(shí)，則各臺變壓器勵(lì)磁電流里的同次諧波彼此疊加，形成了電網(wǎng)中諧波的又一重要來源。例如，在絕大多數(shù)配變中，都是Y，yn 接線，變壓器的中間的鐵柱對應(yīng)的線圈即中相接的都是B相，這樣的統(tǒng)一接法，就為3、5、7等次諧波提供了一個(gè)分別互相疊加的條件。在該地區(qū)，現(xiàn)有35kV 用戶變壓器5臺，總?cè)萘?00kVA，10kV用戶變壓器約800臺，總?cè)萘?30kVA.如此龐大的用戶變?nèi)河殖蔀榱酥C波的又一個(gè)重要來源。

 

    3、諧波的其他來源

 

    事實(shí)上，諧波還有其他的來源，各類生產(chǎn)用電如電鍍、電泵等，生活用電中如電視機(jī)、電腦、熒光燈等采用開關(guān)電源或其他電力電子技術(shù)的裝置，單獨(dú)來看，所產(chǎn)生的諧波非常微小，但是由于其數(shù)量的極其龐大，也是不可忽視的一部分。

 

    諧波治理

 

    根據(jù)GB/T14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定，在0.4kV/10kV/35kV時(shí)，電網(wǎng)諧波電壓諧波占有率分別不得大于4%/3.2%/1.2%.很顯然，在該地區(qū)，電網(wǎng)已經(jīng)嚴(yán)重 “污染”了。針對以上情況，為減少諧波產(chǎn)生的機(jī)會、減小諧波對對電網(wǎng)的危害，我們提出下列建議：

 

    1.針對諧波源進(jìn)行治理。

 

    按誰干擾，誰污染，誰治理的原則，進(jìn)行諧波源當(dāng)?shù)刂卫?。即對于產(chǎn)生大量諧波的用戶，在用戶變的低壓側(cè)加裝濾波裝置。根據(jù)裝置的原理不同，可分為無源電力濾波器(PPF)和有源電力濾波器(APF)。

 

    無源電力濾波器利用電容、電感諧振的原理吸收阻止相應(yīng)次諧波，從而保證電壓畸變率處在較低水平。一般根據(jù)需要吸收的諧波次數(shù)，設(shè)置合適的LC參數(shù)，分別設(shè)置濾波裝置。

 

    該地區(qū)已有用戶裝設(shè)了此類無源濾波補(bǔ)償裝置。裝設(shè)5、7次濾波裝置，采用可控硅自動(dòng)投切，在濾除諧波的同時(shí)，對無功也進(jìn)行了補(bǔ)償。但此類無源裝置不能滿足對無功功率和諧波進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償的要求。同時(shí)還要注意不能在濾除某次諧波時(shí)，LC參數(shù)恰好是另一個(gè)諧波的諧振參數(shù)，而使此諧波放大。

 

    而有源電力濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大功率的諧波發(fā)生器，它通過諧波采樣裝置將諧波源發(fā)出的諧波采集后，再完整地復(fù)制出大小相等、方向相反的諧波，并接入電網(wǎng)，將諧波抵消，其產(chǎn)生的諧波隨諧波源的變化而變化，是一種新型的濾波裝置，但費(fèi)用較高。

 

    2.改變部分運(yùn)行、接線方式，減小諧波的產(chǎn)生、疊加、放大、產(chǎn)生危害的機(jī)會

 

    增加電網(wǎng)的短路容量、提高電氣設(shè)備的短路比，來降低諧波對同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的影響。

 

    加強(qiáng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)控制，避免輕負(fù)荷、高電壓的運(yùn)行狀態(tài)，以減少諧波電壓過高對系統(tǒng)電器設(shè)備的影響;

 

    有意識的將配變中間相改接A或者C相，減少變壓器群產(chǎn)生的諧波。在可能的情況下，接成Δ，yn形，將諧波在高壓側(cè)消化。

 

    3.在設(shè)計(jì)中注意避開諧波產(chǎn)生諧振的機(jī)會，減小帶來的影響

 

    根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T 16-923.3.10 “為控制各類非線性用電設(shè)備所產(chǎn)生的諧波引起的電網(wǎng)電壓正弦波形畸變在合理范圍內(nèi)，宜采限下列措施：各類大功率非線性用電設(shè)備變壓器的受電電壓有多種可供選擇時(shí)，如選用較低電壓不能符合要求，宜選用較高電壓。”也就是中頻爐等大功率非線性用電設(shè)備在選型時(shí)，盡量選擇較高電壓。

 

    在無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)中除了應(yīng)注意避免并聯(lián)電容器與系統(tǒng)感抗的諧振，除了驗(yàn)算基波外，還需要驗(yàn)算3、5、7次等主要諧波，避開這些參數(shù)，防止在該次諧波發(fā)生諧振。

 

    “諧波污染”已經(jīng)成為電網(wǎng)內(nèi)三大公害之一，只有各方面都重視起來，進(jìn)行治理，才能還電網(wǎng)一個(gè)干凈的環(huán)境。

 

    源于科技，創(chuàng)新不止。襄陽源創(chuàng)電氣有限公司電話：13507271573.