１１０ＫＶ變電所諧波治理原理及應用分析

沈德田

摘要：諧波主要來源于三個方面，一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生；三是用電設備產(chǎn)生。本文就110KV變電所諧波的治理和應用提出一些建議。

關鍵詞：變電所 諧波治理 補償

1 諧波簡介

1.1 諧波的來源 諧波主要來源于三個方面，一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生；三是用電設備產(chǎn)生。但主要的來源是第三方面。經(jīng)統(tǒng)計表明，由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的40%，而變頻裝置常用于風機、水泵等設備中，采用了相位控制，產(chǎn)生的諧波成分很復雜，而且對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。電弧爐、電石爐在加熱燃料時產(chǎn)生的諧波電流平均達到基波的45%。家用電器如電視機、計算機、洗衣機也是諧波的主要來源之一。電力系統(tǒng)中有非線性（時變或時不變）負載時，即使電源都以工頻50HZ供電，當工頻電壓或電流作用于非線性負載時，就會產(chǎn)生不同于工頻的其它頻率的正弦電壓或電流，這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流，用富氏級數(shù)展開，就是人們稱的電力諧波。

1.2 諧波的危害

1.2.1 對電力系統(tǒng)的影響：①造成電網(wǎng)污染，電網(wǎng)電壓的嚴重畸變，影響線路的穩(wěn)定運行和電網(wǎng)的質(zhì)量。②供電系統(tǒng)損耗增加，系統(tǒng)功率因數(shù)降低；

1.2.2 對電力設備的危害：①電纜電線過熱，絕緣老化加速，易損壞并導致線間短路和接地故障引起電氣火災和人身電擊事故；②變壓器和馬達的過熱，損壞甚至于燒毀；③補償功率因數(shù)的電容器過熱，易損壞，壽命短；④斷路器及漏電保護裝置、接觸器、熱繼電器等電氣保護元件過熱，失靈，誤動作，接地保護裝置功能失常；⑤中性線過負荷、發(fā)熱，甚至于燒損、著火；

1.2.3 產(chǎn)生對計算機網(wǎng)絡、通信、有線電視等弱電系統(tǒng)設備的干擾。

1.2.4 諧波對人體有影響：電網(wǎng)諧波的電磁輻射會直接影響人的腦磁場與心磁場。

2 諧波治理

諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的濾波器為無源濾波器，另外有利用時域補償原理的有源濾波器，這種濾波器的優(yōu)點是能做到適時補償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價較高。無源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對基波呈現(xiàn)容性，正好滿足無功補償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補償裝置，這種方法經(jīng)濟、簡便，國內(nèi)外廣泛采用。濾波器的種類。濾波器大致分為以下六種類型：①單調(diào)諧波濾波器；單調(diào)諧濾波器通頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。②雙調(diào)諧濾波器；雙調(diào)諧濾波器可替代兩個單調(diào)諧濾波器，只有一個電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。③一階高通濾波器；一階高通濾波器因基波損耗大，一般不采用。④二階高通濾波器；二階高通濾波器通頻帶很寬，濾波效果好，既可調(diào)諧振點，又可調(diào)諧曲線銳度，并可防意外共振與放大，因此也有以二階寬通帶做低次濾波器。⑤三階高通濾波器；三階高通濾波器一般用電弧爐濾波。⑥“C”式高通濾波器?！癈”式高通濾波器，用于電弧爐濾波，對二次諧波特別有效。

3 變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功補償原理和應用

下面就TSC動態(tài)無功功率補償裝置和固定投入的濾波裝置的結(jié)構(gòu)、原理作簡要介紹。其特點是晶閘管電子開關將濾波器投入、退出電網(wǎng)速率為10mS，無功補償動態(tài)響應時間15mS，各次諧波濾除率80%以上。濾波器為L-C串聯(lián)濾波器，可以設計成五次、七次、十一次、十三次濾波器或6%電抗濾波器。

3.1 如果負載相電流分別為ia、ib和ic，其對應無功電流分量的有效值是Iaq(t)、Ibq(t)和Icq(t),采用星電容器接法，線間補償電流的有效值分別為Iab(t)、Ibc(t)和Ica(t)。線間應投入多少單位電容量nab(t)、nb(t)和nca(t)：從包含諧波的負載相電流ib和ic中計算負載三相無功電流Iaq(t)、Ibq(t)和Icq(t)。

3.2 根據(jù)負載三相無功電流計算三相補償電流Iab(t)、Ibc(t)和Ica(t)。

3.3 根據(jù)三相補償電流和網(wǎng)壓計算各路應投入多少單位電容naq(t)、nbq(t)和ncq(t)。

為降低輻身干擾，選用鐵芯電抗器。裝置的核心技術(shù)是晶閘管電子開關高速率將濾波器投入、退出電網(wǎng)平滑無沖擊。裝置內(nèi)計算機還對散熱器溫度、補償電流、電網(wǎng)電壓和接觸器接點進行監(jiān)視，在無人值守情況下，實現(xiàn)散熱器超溫、補償電流過流和過載、電網(wǎng)電壓氛相和相序錯、接觸器等故障的保護和容錯運行。裝置運行后，不僅使功率因數(shù)大于0.95，而且使諧波電流和網(wǎng)壓畸變率均達到GB/T14549-93國家標準。

為避免諧波放大，為減少投切沖擊和防止補償網(wǎng)壓提升，電容量應做得較小，使網(wǎng)壓提升不超過1.5%。實際運行時，諧波電流是基波電流的四、五倍。這對鐵芯電抗器和諧波濾波器都有較高的設計要求。裝置內(nèi)計算機對補償電流過流和過載、電網(wǎng)電壓缺相和相序錯、接觸器等故障的保護。濾波裝置投入運行后，變壓器輸出電流接近正弦。

4 諧波的治理

4.1 諧波治理標準GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》

該標準對不同電壓等級各次諧波允許注入值都作了具體規(guī)定（略），其規(guī)定公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值。

4.2 治理諧波方法 目前，我們國家諧波管理遵循“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則。我國國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年發(fā)布了GB/T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的國家標準，標準中明確規(guī)定了公用電網(wǎng)電壓諧波限值。

治理諧波方法有：①增加換流裝置的相數(shù)或脈沖，減少換流裝置產(chǎn)生的諧波電流。②改變非線性負荷接入電網(wǎng)的接入點。把諧波產(chǎn)生容量大的設備接入到高一級電網(wǎng)的母線，或增加非線性負荷到對諧波敏感負荷之處的電氣距離。③在諧波源處或在適當?shù)哪妇€上加裝電感、電容式或其他型式的濾波器，吸收諧波電流。④對于無功沖擊很大的負荷，有時需要同時加裝靜止無功補償裝置和濾波器，才能有效抑制諧波。

隨著變頻器的廣泛應用，變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率補償?shù)囊饬x逐漸被人們所認識。變頻器供電電源按傅立葉級數(shù)可以分解為基波有功電流，基波無功電流，諧波和間諧波電流。

基波無功電流占用電網(wǎng)容量；導致網(wǎng)壓波動；在供配電設施產(chǎn)生熱損耗；降低了供配電設施運行可靠性。諧波和間諧波的集膚效應使輸電線等效截面積變小，線路損耗增加；鐵芯中附加高頻渦流損耗；諧波和間諧波電流導致網(wǎng)壓波形畸變和輻射干擾，引起同一電網(wǎng)下其它負載出力減小，損耗增加，甚至誤動作。變頻器用量較大的車間，用電容器直接進行無功力率補償雖然可以大副度降低基波無功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時，供電電流和電容器電流中諧波和間諧波電流大副度增加，電容器由于超溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波電流大副度增加，諧波治理與無功功率補償必須同時進行。

從基波的無功電流，諧波和間諧波電流的危害上可看出：采用就地諧波治理與無功功率補償可以獲得最大的效益。根據(jù)我們的經(jīng)驗，采用就地諧波治理與無功功率補償，一年或一年半時間即可從節(jié)能中回收全部投資。

5 結(jié)束語

諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的濾波器為無源濾波器，另外有利用時域補償原理的有源濾波器，這種濾波器的優(yōu)點是能做到適時補償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價較高。無源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對基波呈現(xiàn)容性，正好滿足無功補償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補償裝置補償。