供電系統(tǒng)中諧波的危害及其抑制措施

卜照忠 金英會(huì)

[摘 要]簡(jiǎn)要介紹了諧波是怎樣產(chǎn)生的,對(duì)電力設(shè)備有哪些危害以及總結(jié)和提出了抑制諧波的措施。

[關(guān)鍵詞]諧波;危害;抑制措施

一、諧波是怎樣產(chǎn)生的

電力系統(tǒng)的諧波是電力系統(tǒng)電壓波形產(chǎn)生畸變的表征。諧波的產(chǎn)生來(lái)自于電力電子設(shè)備、非線(xiàn)性阻抗設(shè)備和其他方面的干擾。

其中,電子設(shè)備諧波源的基本元件大部分采用線(xiàn)性元件,工作波形為非正弦波,有的產(chǎn)品是切削正弦波執(zhí)行工作的,有的產(chǎn)品是將直流源變換成方波工作,這些產(chǎn)品與電力系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系時(shí),都能使電力系統(tǒng)的極薄產(chǎn)生大量的畸變。非線(xiàn)性阻抗設(shè)備如電焊機(jī)、電抗器、電弧爐等產(chǎn)品在運(yùn)行時(shí)可使電流產(chǎn)生大幅度地浪涌、尖脈沖,造成電力系統(tǒng)的基波產(chǎn)生畸變,形成電源污染。

二、電力諧波造成的危害

諧波對(duì)電力系統(tǒng)的污染日益嚴(yán)重,其產(chǎn)生的危害主要有以下幾方面:

1.增加了電力系統(tǒng)中發(fā)生諧振的可能,從而造成很高的過(guò)電流或過(guò)電壓而引發(fā)事故的危險(xiǎn)性。

2.使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變,降低電網(wǎng)電壓,浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。

3.由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍,高頻電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí),因集膚效應(yīng)的作用,使導(dǎo)體對(duì)諧波電流的有效電阻增加,從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗,降低發(fā)電、輸電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。

4.使電氣設(shè)備運(yùn)行不正常,加速絕緣老化,從而縮短它們的使用壽命。如:諧波會(huì)大大增加變壓器的鐵損和銅損,降低變壓器有效出力,諧波還會(huì)導(dǎo)致變壓器噪聲增大,有時(shí)還會(huì)發(fā)出金屬聲。

5.對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō),電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng),使其動(dòng)作失去選擇,可靠性降低,容易造成系統(tǒng)事故,嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

6.諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備的圖形畸變,畫(huà)面亮度發(fā)生波動(dòng)變化,并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過(guò)熱,使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤,甚至損害機(jī)器。

7.諧波會(huì)使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器、儀表的指示不正確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響。

8.諧波還會(huì)干擾通訊系統(tǒng),降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量,破壞信號(hào)的正常傳遞,甚至損壞通訊設(shè)備。

三、電力諧波的抑制措施

為了保證電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,減少供電系統(tǒng)的諧波問(wèn)題,從管理和技術(shù)上可采取以下措施:

1.嚴(yán)格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)管理。我國(guó)1993年由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,制定了諧波電流的限制標(biāo)準(zhǔn),并規(guī)定了公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值的用戶(hù),必須安裝電力諧波濾波器,以限制注入公用電網(wǎng)的諧波。

2.在諧波源出加裝無(wú)源電力濾波裝置。無(wú)源濾波裝置即由電力電容器、電抗器和電阻組合而成的濾波裝置,它一般由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成,有時(shí)再加一組高通濾波器。LC濾波器一般采用與諧振源并聯(lián)方式介入配電系統(tǒng),安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè),當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí),即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。無(wú)源濾波裝置除起濾波作用外,還兼顧無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓的需要,由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),無(wú)源濾波裝置是目前廣泛采用的抑制諧波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。同時(shí)無(wú)源濾波器存在許多缺點(diǎn),如易受系統(tǒng)參數(shù)的影響;對(duì)某些次諧波有放大的可能;消耗多、體積大等。

3.在諧波源處加裝有源濾波器。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。有源電力濾波器的主電路PWM變流器向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等,相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無(wú)源濾波器相比,有源濾波器實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率的大小做到連續(xù)調(diào)節(jié),且對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng);補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)不需貯能元件,補(bǔ)償諧波時(shí)所需貯能元件容量也不大;即使補(bǔ)償對(duì)象電流過(guò)大,有源濾波器不會(huì)發(fā)生過(guò)載,并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用;等候電網(wǎng)阻抗的影響不大,不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振;能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化,補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。有源濾波器是80年代以來(lái)電力電子技術(shù)應(yīng)用于供電系統(tǒng)進(jìn)行供用電系統(tǒng)進(jìn)行諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)研究熱點(diǎn),目前在國(guó)外已進(jìn)入實(shí)用階段,而我國(guó)還僅應(yīng)用到低壓有源濾波技術(shù)。隨著容量的不斷提高,有源濾波技術(shù)作為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù),其應(yīng)用范圍也將從補(bǔ)償用戶(hù)自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量的方向發(fā)展。

4.加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置,提高功率因數(shù)?？焖僮兓闹C波源,如:電弧爐、電力機(jī)車(chē)和卷?yè)P(yáng)機(jī)等,除了產(chǎn)生諧波外,往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變,有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡,嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處加裝并聯(lián)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置,可有效減小波動(dòng)的諧波量,同時(shí),可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡,還可補(bǔ)償功率因數(shù)。

5.防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大。當(dāng)諧波存在時(shí),在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起放大作用,危害電容器及電網(wǎng)中的電氣設(shè)備,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成損壞,甚至波壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行。為了抑制諧波放大,可串聯(lián)電抗器,或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器,還可以采取限定電容器組的投入容量?！?編輯/李舶)