電能質(zhì)量及諧波治理的分析

時(shí)間：2022-08-16作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：186

【摘要】近幾年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)供電企業(yè)的電網(wǎng)建設(shè)日趨完善，以及自動(dòng)控制系統(tǒng)（如DCS等）在配電網(wǎng)中的廣泛使用，為了減少電解整流裝置及變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，需對(duì)于配電網(wǎng)諧波所產(chǎn)生的主要的原因進(jìn)行分析與治理，不但可以有效的降低供電線路的電能損耗，還能有效的增加了電力設(shè)備的使用壽命。

【關(guān)鍵詞】電能質(zhì)量；原因；危害；治理
引言
電能質(zhì)量就是供電電壓特性，即關(guān)系到用電設(shè)備工作（或運(yùn)行）的供電電壓和電流各種指標(biāo)偏離理想值（額定值或標(biāo)稱值）的程度。電能質(zhì)量的指標(biāo)包括：電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度、暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓、電壓暫降.波形缺口等，理想的電能質(zhì)量是頻率為50Hz、三相平衡、電壓電流波形為單一頻率的正弦波。
1 諧波產(chǎn)生的原因分析
電網(wǎng)諧波來自于三個(gè)方面:一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波;三是用電設(shè)備產(chǎn)生諧波。其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波較多。
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特性，使所加的電壓與電流不成線性關(guān)系而造成的波形畸變。引起波形畸變的諧波源是多種多樣的，例如各種非線性元件，包括大容量的晶閘管換流裝置、硅整流器及電弧爐等非線性負(fù)載，數(shù)量眾多的家用電器等等。另外電力系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行和不對(duì)稱故障以及電弧的非線性特性等等，均可引起高次諧波。針對(duì)廈門同安地區(qū)主要是以下電力設(shè)備產(chǎn)生諧波污染：
（1）晶閘管整謊設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。
（2）變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于釆用了相位控制，諧波成分很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外,還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)注入的諧波也不容忽視。
（3）電弧爐、電石爐。由于加熱原料時(shí)電爐的三相電極很難同時(shí) 接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。
（4）旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的磁路是由定子磁輒、定子 齒與空氣隙等組成的閉合回路。當(dāng)鐵心未飽和時(shí)，可認(rèn)為時(shí)磁通勢(shì)是集中在兩個(gè)空氣隙。若空氣隙是均勻的，則磁通勢(shì)也是沿定、轉(zhuǎn)子表面均勻分布而不是正弦分布，將它分解可得諧波分量，在電壓、電流 中會(huì)由相應(yīng)分量產(chǎn)生。
（5）開關(guān)模式電源（SMPS）?，F(xiàn)代大多數(shù)的電子設(shè)備都使用開關(guān)模式電源，其特點(diǎn)是它不能從電網(wǎng)中汲取連續(xù)的電流，而只能汲取脈沖電流，此脈沖電流含有大量3次及高次諧波分量。
2 同.翔兩區(qū)諧波現(xiàn)狀
目前同安地區(qū)電網(wǎng)的工業(yè)負(fù)荷類型較復(fù)雜多樣，包括水泥生產(chǎn)企業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、造紙行業(yè)、飲料造酒行業(yè)、陶瓷加工企業(yè)、金屬加工企業(yè)等；翔安地區(qū)電網(wǎng)的工業(yè)負(fù)荷主要有鋼鐵電子 紡織化工廠冶金鑄造 汽車焊機(jī)行企業(yè)等。這些企業(yè)中均大量使用各種電機(jī)、中頻爐、電弧爐、整流逆變裝置、電弧爐、中頻爐、開關(guān)器件等電力電氣器件，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的諧波注入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染，導(dǎo)致了較大的安全隱患。
3 諧波的危害性有以下幾點(diǎn)
（一）由于諧波電流的不穩(wěn)定性，在工業(yè)生產(chǎn)中和電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的不穩(wěn)定脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)造成電機(jī)的震動(dòng)，當(dāng)電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的自然頻率在受到上述轉(zhuǎn)矩的激發(fā)而可能引起共振時(shí)，則會(huì)損壞電機(jī)設(shè)備，較有甚者會(huì)危及人身安全。對(duì)電子線路設(shè)備造成不穩(wěn)定工作狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)以致無法正常穩(wěn)定的工作，或因參數(shù)波動(dòng)較大，影響正常使用。
（二）諧波電流能對(duì)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生干擾,甚至造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。因?yàn)榭刂圃O(shè)備的工作電壓和電流通常都是按照工業(yè)頻率和正弦波形設(shè)計(jì)的，能承受的不穩(wěn)定電流有限，諧波會(huì)使正常工作條件受到干擾，嚴(yán)重時(shí)將造成誤動(dòng)或拒動(dòng)，而引起和擴(kuò)大事故。同時(shí)，諧波還可以使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。
（三）在無功補(bǔ)償電容與電力系統(tǒng)中的電感，電纜和架空混合線路以及用電性質(zhì)復(fù)雜（居民用戶和工業(yè)用戶）的線路構(gòu)成了局部電感、電容回路，它們的組合有時(shí)會(huì)對(duì)某次諧波電流起到放大作用，加劇了諧波危害。當(dāng)它們構(gòu)成的局部諧波回路的頻率與系統(tǒng)中存在的某次諧波 頻率相近時(shí),就會(huì)造成危險(xiǎn)的過電流和過電壓。
（四）諧波電流影響測(cè)量?jī)x表的精度，造成電能計(jì)量誤差。同時(shí)干擾通信線路的正常工作，引起測(cè)量?jī)x表動(dòng)作產(chǎn)生錯(cuò)誤，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。
4 對(duì)諧波的綜合治理
（一）定期進(jìn)行諧波檢測(cè)。配電網(wǎng)主管部門要定期組織專業(yè)技術(shù)人員定期對(duì)所轄電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并做出正確測(cè)量和科學(xué)的記錄、統(tǒng)計(jì),以確定諧波源的具體位置和產(chǎn)生的原因。在配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，可設(shè)置長(zhǎng)期觀察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)。
（二）應(yīng)用無源濾波裝置。當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)對(duì)配電網(wǎng)中無源濾波裝置是應(yīng)用為有效的諧波治理措施之一。無源濾波裝置具有成本低、技術(shù)成熟、補(bǔ)償無功等優(yōu)點(diǎn)，其利用電感、電容等元件的諧振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流。但是在實(shí)際應(yīng)用中，要注意控制濾波補(bǔ)償?shù)呢?fù)載參數(shù)，以防止濾波特性的改變。我司110KV變電站就是采用成熟的35KV級(jí)無源濾波裝置， 在35kV側(cè)I、II段母線各上一套TBBC-L-35的固定濾波補(bǔ)償裝置，該裝置集電網(wǎng)諧波濾波、無功補(bǔ)償于一體，可以濾除電網(wǎng)諧波同時(shí) 補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功功率。每套無源濾波裝置5次、7次、11次兼高通濾波支路的安裝容量分別為3600kvar、3000kvar, 4800kvar,總安裝容量11400kvar,其中基波補(bǔ)償容量為8092kvar,則主變無功補(bǔ)償量 2*8092kvar,余下13.136Mvar的無功功率分別在低壓變、配電室就 地補(bǔ)償，使功率因數(shù)達(dá)到0.95。
（三）對(duì)于電容器進(jìn)行改造。由于當(dāng)配電網(wǎng)頻率增加時(shí)，電容性電抗會(huì)隨之減少的特性。電容器對(duì)供電電壓的諧波分量特別敏感，即相對(duì)較小比例的諧波電壓可以引起很大的電流流入電容回路。如果電容器組或電力系統(tǒng)所連接的電抗的自然頻率接近與一個(gè)特定的諧波，就會(huì)發(fā)生局部諧振。因此，在配電網(wǎng)中電流增高時(shí),可以釆用以下的方法：有源電力濾波器，混和濾波器，并聯(lián)諧波濾波器或諧波治理電抗器。
（四）降低電流波形。在配電網(wǎng)諧波的綜合治理中，雖然濾波電路可以有效的治理電流的干擾，但是對(duì)于解決電流波形出現(xiàn)畸變現(xiàn)象 仍然存在一定的技術(shù)漏洞。在配電網(wǎng)諧波治理中通過有效的措施降低電流波形，使其不產(chǎn)生畸變，進(jìn)而達(dá)到科學(xué)減少電流諧波含量的效果。
5 安科瑞諧波治理裝置
5.1安科瑞有源電力濾波器產(chǎn)品介紹
ANAPF系列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)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)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(jì)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。

5.2有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)及選型


6 結(jié)束語
以上所述，主要對(duì)于諧波是影響配電網(wǎng)整體供電質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。因此，我們?cè)谂潆娋W(wǎng)的管理和檢測(cè)當(dāng)中，供電企業(yè)要求各級(jí)電力主管部門要提高電網(wǎng)諧波的預(yù)防與治理工作，降低諧波的含量，防止配電系統(tǒng)的電壓和電流出現(xiàn)畸變，從而產(chǎn)生諧波。

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