卜照忠 金英會

[摘 要]簡要介紹了諧波是怎樣產(chǎn)生的,對電力設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)生來自于電力電子設備、非線性阻抗設備和其他方面的干擾。

其中,電子設備諧波源的基本元件大部分采用線性元件,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,都能使電力系統(tǒng)的極薄產(chǎn)生大量的畸變。非線性阻抗設備如電焊機、電抗器、電弧爐等產(chǎn)品在運行時可使電流產(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

諧波對電力系統(tǒng)的污染日益嚴重,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,從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險性。

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,高頻電流流過導體時,因集膚效應的作用,使導體對諧波電流的有效電阻增加,從而增加了設備的功率損耗、電能損耗,降低發(fā)電、輸電設備的效率和設備利用率。

4.使電氣設備運行不正常,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,諧波還會導致變壓器噪聲增大,有時還會發(fā)出金屬聲。

5.對于電磁式繼電器來說,電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動,使其動作失去選擇,可靠性降低,容易造成系統(tǒng)事故,嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

6.諧波會使電視機、計算機等用電設備的圖形畸變,畫面亮度發(fā)生波動變化,并使機內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱,使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤,甚至損害機器。

7.諧波會使測量和計量儀器、儀表的指示不正確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響。

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

三、電力諧波的抑制措施

為了保證電網(wǎng)和用電設備的安全經(jīng)濟運行,減少供電系統(tǒng)的諧波問題,從管理和技術(shù)上可采取以下措施:

1.嚴格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國家標準,加強管理。我國1993年由國家技術(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準,并規(guī)定了公共連接點的諧波電流允許值的用戶,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.在諧波源出加裝無源電力濾波裝置。無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),安裝在電力電子設備的交流側(cè),當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時,即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。無源濾波裝置除起濾波作用外,還兼顧無功補償和調(diào)壓的需要,由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點,無源濾波裝置是目前廣泛采用的抑制諧波及無功補償?shù)闹饕侄巍Ｍ瑫r無源濾波器存在許多缺點,如易受系統(tǒng)參數(shù)的影響;對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,達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比,有源濾波器實現(xiàn)了動態(tài)補償,可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償,補償?shù)臒o功功率的大小做到連續(xù)調(diào)節(jié),且對補償對象的變化有極快的響應;補償無功功率時不需貯能元件,補償諧波時所需貯能元件容量也不大;即使補償對象電流過大,有源濾波器不會發(fā)生過載,并能正常發(fā)揮補償作用;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年代以來電力電子技術(shù)應用于供電系統(tǒng)進行供用電系統(tǒng)進行諧波抑制和無功補償?shù)囊粋€研究熱點,目前在國外已進入實用階段,而我國還僅應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),其應用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量的方向發(fā)展。

4.加裝靜止無功補償裝置,提高功率因數(shù)?？焖僮兓闹C波源,如:電弧爐、電力機車和卷揚機等,除了產(chǎn)生諧波外,往往還會引起供電電壓的波動和閃變,有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡,嚴重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處加裝并聯(lián)裝設靜止無功補償裝置,可有效減小波動的諧波量,同時,可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡,還可補償功率因數(shù)。

5.防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大。當諧波存在時,在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起放大作用,危害電容器及電網(wǎng)中的電氣設備,嚴重時會造成損壞,甚至波壞電網(wǎng)的正常運行。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)