電網(wǎng)中諧波的危害及治理分析

時間：2020-09-09作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：154

【摘要】目前電網(wǎng)中的高壓配電的許多用戶，對諧波的危害也沒有引起足夠的重視，往往認(rèn)為諧波治理是電力部門的事情,是一種單邊行為，就此而言,作為電力歸口管理部門有必要加強(qiáng)諧波治理方面的宣傳，強(qiáng)例諧波治理的重要性。文章論述了諧波治理的一些具體措施。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)諧波;治理措施

諧波治理是綜合治理過程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量一公用電網(wǎng)諧波》對電網(wǎng)各級電壓諧波水平進(jìn)行了量化限制，對用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流也進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，在主網(wǎng)、城網(wǎng)中，諧波治理有明確的規(guī)定和要求，而日益發(fā)展的農(nóng)村電網(wǎng)對有關(guān)諧波的治理并未引起足夠的重視，認(rèn)識還有待提高。目前農(nóng)網(wǎng)中的高壓配電的許多用戶，對諧波的危害也沒有引起足夠的重視，往往認(rèn)為諧波治理是電力部門的事情，是一種單邊行為，就此而言，作為電力歸口管理部門有必要加強(qiáng)諧波治理方面的宣傳，強(qiáng)調(diào)諧波治理的重要性。在對諧波準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上，提出適合用戶的治理方案。這樣做，不僅能夠改善整個網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，同時也能延長用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境, 減少能耗，提高電能利用率。

1 諧波的來源

電網(wǎng)中諧波主要來自于兩方面：用戶的非線性負(fù)荷和電源系統(tǒng)。

1.1來自非線性負(fù)荷

隨著電力電子技術(shù)發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量非線性負(fù)載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業(yè)交、直流變換裝置都有著廣泛應(yīng)用。非線性用電設(shè)備已是產(chǎn)生諧波的主要原因。

1.2來自系統(tǒng)的影響

(1)系統(tǒng)中交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙，由于受到鐵心齒、槽和工藝的影響，分布不均勻，雖然各相電勢的波形對稱，但三相電勢中含有一定數(shù)量的奇次諧波;(2)電網(wǎng)*量變壓器的勵 磁電流含有奇次諧波成分，當(dāng)變壓器空載或過勵磁時則較為嚴(yán)重，并由此構(gòu)成了主要的穩(wěn)定性諧波源;(3)電網(wǎng)中投切空載變壓器或電容器時，其合閘涌流注入電網(wǎng)也會形成突發(fā)性的諧波源。

2 諧波對電網(wǎng)的危害

電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波達(dá)到一定的程度時，會對電網(wǎng)運(yùn)行、電網(wǎng)中電氣設(shè)備以及連接的負(fù)載都會產(chǎn)生危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1諧波對電網(wǎng)運(yùn)行的危害

諧波對電網(wǎng)運(yùn)行的危害主要有：(1)諧波可使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，從而在線路上產(chǎn)生諧振過電壓，這就有可能使線路和設(shè)備的絕緣被擊穿，造成短路事故;(2)諧波還可造成系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行;(3)諧波量大時能使系統(tǒng)中反應(yīng)工頻正弦量的多數(shù)監(jiān)視、測量儀表出現(xiàn)誤差;(4)諧波的存在不僅影響通訊系統(tǒng)通話的清晰度，嚴(yán)重時會產(chǎn)生諧振干擾整個通訊系統(tǒng);(5)諧波還會影響功率因數(shù)補(bǔ)償效果;(6)諧波嚴(yán)重時可使計算機(jī)系統(tǒng)失控。

2.2諧波對電網(wǎng)電氣設(shè)備的危害

諧波對電網(wǎng)電氣設(shè)備的危害主要有：(1)對發(fā)電機(jī)、電動機(jī)的影響：感應(yīng)電動勢中的高次諧波在同步電機(jī)氣隙中磁性磁場沿電樞表而的分布一般呈平**波形。利用傅里葉級數(shù)可將其分解為基波和一系列小波形。諧波次數(shù)V=l、3、5、7,高次諧波電動勢的存在，使發(fā)電機(jī)的電動勢波形變壞，而且發(fā)電機(jī)本身的雜散損耗變大，溫升增同，串入電網(wǎng)的諧波電流還會干擾通信;(2)對變壓器的影響：由于變壓器中磁路常出現(xiàn)飽和狀態(tài)，這時，勵磁電流中會岀現(xiàn)三次諧波磁通，它通過油箱壁或其它構(gòu)件時，將在這些構(gòu)件中產(chǎn)生渦流 損耗，從而使變壓器效率變低，縮短變壓器的使用壽命;(3)對電力電容器的影響：諧波電壓加在電容器兩端時，電容器對諧波電流呈現(xiàn)較小的阻抗，且諧波次數(shù)越高，阻抗越小，因此電容器很*發(fā)生過載甚至燒毀。

3 諧波具體治理措施

釆取一些措施來消除這些對各種電子設(shè)備和電網(wǎng)造成很大危害的諧波，下面簡單介紹一下消除諧波的方法和措施。

3.1濾波

所謂的濾波就是，一個電信號中有若干種成分，把其中一部分交流信號過濾掉就叫濾波。一般將電力電網(wǎng)或電力設(shè)備中某些不需要的交流信號去掉，通常釆用濾波的手段。可以很好的消除諧波，尤其是高次諧波。濾波又可以分為有源濾波和無源濾波。就目前來說，無源濾波應(yīng)用較多，效果較好，價格較低。包括三種形式：

(1)串聯(lián)濾波。對3次諧波的治理效果明顯。

(2)并聯(lián)濾波?？梢詾V出多次諧波，并給系統(tǒng)提供無功補(bǔ)償，是應(yīng)用廣泛的消除諧波，凈化電源的裝置。

(3)低通濾波(串并混合)。對高次諧波治理效果較佳。

而我們常用的就是并聯(lián)電容器補(bǔ)償，

主要有以下三種補(bǔ)償方式：

(1)集中補(bǔ)償方式。將高壓電容器集中安裝在總降壓變電所或功率因數(shù)較低、負(fù)荷較大的配電所高壓母線上。

(2)分散補(bǔ)償。對用電負(fù)荷分散和功率因數(shù)較低的車間變電所，釆用低壓并聯(lián)電容器安裝在低壓配電室。

(3)就地補(bǔ)償。對距供電點(diǎn)較遠(yuǎn)的大、中容量連續(xù)工作制的電動機(jī)(如風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、球磨機(jī)等)，應(yīng)釆用電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償裝置。如下圖所示。它不僅可以提高功率因數(shù)，而且可以減少線路損失，減小總電流，對提高變壓器負(fù)載率有明顯效果。

電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償裝置

為了減少和避免高次諧波對并聯(lián)補(bǔ)償裝置的危害，釆用對高次諧波的治理措施為減少諧波電流流入電容器和合閘涌流，可串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍蛊?。其感抗值?yīng)在可能產(chǎn)生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗，從而消除諧振的可能。為了防止可能出現(xiàn)鐵磁諧振，一般應(yīng)采用無鐵芯電抗器。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補(bǔ)償技術(shù)日益成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。較傳統(tǒng)的無源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)，它具有功能多，適應(yīng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著價格的不斷下降，應(yīng)用將日益普遍。

有源濾波器是一套使用模擬和數(shù)字邏輯電路進(jìn)行電流檢測和電流注入，以消除諧波和提供無功電源的電力電子系統(tǒng)。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計選型，有源濾波器能大量減少諧波，并將功率因數(shù)提高到接近1的水平。有源濾波器直接并聯(lián)至線路中產(chǎn)生諧波的負(fù)荷。對于3相3線電力系統(tǒng)，電流傳感器安裝于其中的兩相上，為邏輯控制電 路提供負(fù)荷的電流波形。有源濾波器邏輯電路會去除波形中的基頻 (50和60赫茲)成分。邏輯電路將剩余的波形反向并調(diào)整IGBT的觸發(fā)來復(fù)制這一反向波形。這樣的處理得到的結(jié)果用于去除上游電 力系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電壓是諧波電流流過電源阻抗而產(chǎn)生的，因此它們也顯著地減少。有源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)在很多重要場所應(yīng)用效果非常好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的配電網(wǎng)中。

3.2接地

正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地治理外來干擾，又能降低設(shè)備本身對外界的干擾。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電源零線(中線)、 地線(保護(hù)接地、系統(tǒng)接地)不分、控制系統(tǒng)屏蔽地(控制信號屏 蔽地和主電路導(dǎo)線屏蔽地)的混亂連接，大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。變頻器的接地與其它動力設(shè)備接地點(diǎn)分開，不能共地。

3.3屏蔽

屏蔽干擾源是治理干擾的有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏;輸出線好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短(一般為20m以內(nèi))， 且信號線釆用雙芯屏蔽，并與主電路線(ac380v)及控制線(ac220v) 完全分離，決不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩可靠接地。

3.4采用多相脈沖整流

在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可釆用多相整流的方法。12相脈沖整流THDV大約為10%?15%, 18相脈沖整流的THDV約為3%?8%,滿足**標(biāo)準(zhǔn)的要求。缺點(diǎn)是需要變壓器，不利于設(shè)備的改造，價格較高。

3.5釆用電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量(5次諧波、7次諧 波、11次諧波、13次諧波等)所占的比重是很高的，它們除了可能 干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率， 決策模型的一個重要組成部分。增加模型的邊界條件使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是治理較低諧波電流的方法。

4 安科瑞諧波治理產(chǎn)品介紹

4.1安科瑞ANAPF系列有源電力濾波器介紹

有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。







圖4-1

4.2安科瑞有源電力濾波器主要技術(shù)參數(shù)







4.3安科瑞有源電力濾波器選型







備注：具體尺寸按報價方案為準(zhǔn)。

模塊化







5 結(jié)論

地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也與人民的生活切實(shí)相關(guān)，而電網(wǎng)諧波是電能質(zhì)量的主要污染，因此，對電網(wǎng)諧波的治理工作對于電力系統(tǒng)而言意義重大。本文論述了諧波的產(chǎn)生、危害，從技術(shù)和管理的角度研究了電網(wǎng)諧波的治理方法和措施。隨著我國電能質(zhì)量治理工作的深入開展，我們應(yīng)該不斷在技術(shù)上不斷較新，在制度上大力革新，爭取能在電網(wǎng)諧波治理方面**較大的成就，保證為社會提供清潔的能源。


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