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電力系統諧波影響及消除
發表于:2018-06-28 11:19 分享至:
隨著個私經濟特別是特鋼和化學工業的發展,供電量也不斷的增長,為了使功率因素達到標準,必須投入補償電容,但是個別變電所的補償電容器卻無法投上,強行投入后,電容器熔絲也會很快熔斷。但根據其他變電所運行經驗,在此功率因數下,無功電流不應大于熔絲熔斷電流。這是為什么呢?
經過對該地區的供電現狀分析,這是由于諧波引起的。所謂諧波,即理想的電力系統向用戶提供的應該是一個恒定工頻的正弦波形電壓,但是由于各種原因,使這種理想狀態在實際中無法存在。因此通過對周期性電壓或電流的傅立葉分解,所得到的頻率為基波整數倍分量的含有量,稱為諧波。
諧波對于電網的危害非常大,主要表現在以下方面:
1.由于電網主要是按基波設計的。由于LC元件的存在,雖然在基波時不會發生諧振,但在某個特定諧波時卻可能引起諧振,可能將諧波電流放大幾倍甚至數十倍,電網諧振引起設備過電壓,產生諧波過流,對設備造成危害。特別是對電容器和與之串聯的電抗器。其中,特別要注意的是,由于電容器是容性負載,能與電網上感性設備(其它設備主要是感性設備)配合,構成共振條件,又由于其大小與諧波頻率成反比,因此,電容更容易吸收諧波共振電流,引起電容過載,造成電容損壞,或者熔絲熔斷。
2.使電網中的電氣設備產生額外的損耗(諧波功率),降低了設備的效率,同時諧波會影響設備的正常工作,例如變壓器局部嚴重過熱,電容器、電纜等設備過熱,電機產生機械振動等故障,絕緣部分老化、變質,嚴重時候甚至設備損壞。
3.導致繼電保護和自動裝置誤動或拒動,造成不必要的損失,諧波會使電氣測量儀表測量不準確,造成計量誤差。
另外,諧波還會產生對設備附近的通信系統產生干擾等其他危害。
既然諧波危害如此之大,那么諧波是如何產生的?又如何能減小它的影響和危害呢?
諧波來源
1、中頻爐、電弧爐等設備是該地區諧波的主要來源
對該地區負荷進行分析,發現主要的原因是該地區特鋼工業發達,中頻爐、電弧爐等作為一類高效的加熱源已經非常普及。電弧爐是利用電極物料間產生的電弧熔煉金屬,因此,它的電流波形很不規則,含有多種諧波(2次到7次)以及間諧波,這是諧波的一個重要來源。而中頻爐是工頻電流整流后再變為中頻,再利用電磁感應來熔煉金屬,因此產生大量的高次諧波,其中以5次、7次、11次等奇次諧波為主。這正是該地區諧波的主要來源。
2.用戶變壓器群是該地區諧波的重要來源
一般情況下,三相變壓器由于鐵芯為“日”形狀,中相比邊相要短一半,因此,三個磁路的不對稱引起變壓器勵磁電流中含有諧波分量。所以當對空載三相變壓器加電壓激勵時,即使受電側沒有零序電流通路(中性點不接地或三角形接線),勵磁電流中也會有諧波分量。雖然在實際運行時,這個諧波分量很小,但由于變壓器繞組接法以及各繞組和電網各相的連接統一規定時,則各臺變壓器勵磁電流里的同次諧波彼此疊加,形成了電網中諧波的又一重要來源。例如,在絕大多數配變中,都是Y,YN接線,變壓器的中間的鐵柱對應的線圈即中相接的都是B相,這樣的統一接法,就為3、5、7等次諧波提供了一個分別互相疊加的條件。在該地區,現有35KV用戶變壓器5臺,總容量400KVA,10KV用戶變壓器約800臺,總容量330KVA。如此龐大的用戶變群又成為了諧波的又一個重要來源。
3.諧波的其他來源
事實上,諧波還有其他的來源,各類生產用電如電鍍、電泵等,生活用電中如電視機、電腦、熒光燈等采用開關電源或其他電力電子技術的裝置,單獨來看,所產生的諧波非常微小,但是由于其數量的極其龐大,也是不可忽視的一部分。
諧波治理:
根據GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》規定,在0.4KV/10KV/35KV時,電網諧波電壓諧波占有率分別不得大于4%/3.2%/1.2%。很顯然,在該地區,電網已經嚴重“污染”了。針對以上情況,為減少諧波產生的機會、減小諧波對對電網的危害,上海坤友電氣有限公司提出下列建議:
1.針對諧波源進行治理。
按“誰干擾,誰污染,誰治理”的原則,進行諧波治理。即對于產生大量諧波的用戶,在用戶變的低壓側加裝GOLB濾波補償裝置。根據裝置的原理不同,可分為GOLB無源電力濾波器和GOAPF有源電力濾波器。
GOLB無源電力濾波器利用電容、電感諧振的原理”吸收”阻止相應次諧波,從而保證電壓畸變率處在較低水平。一般根據需要吸收的諧波次數,設置合適的LC參數,分別設置濾波裝置。
該地區已有用戶裝設了此類KYLB無源濾波補償裝置。裝設5、7次濾波裝置,采用可控硅自動投切,在濾除諧波的同時,對無功也進行了補償。但此類無源裝置不能滿足對無功功率和諧波進行快速動態補償的要求。同時還要注意不能在濾除某次諧波時,LC參數恰好是另一個諧波的諧振參數,而使此諧波放大。
而GOAPF有源電力濾波器實質上是一個大功率的諧波發生器,它通過諧波采樣裝置將諧波源發出的諧波采集后,再完整地復制出大小相等、方向相反的諧波,并接入電網,將諧波抵消,其產生的諧波隨諧波源的變化而變化,是一種新型的濾波裝置,但費用較高。
2.改變部分運行、接線方式,減小諧波的產生、疊加、放大、產生危害的機會增加電網的短路容量、提高電氣設備的短路比,來降低諧波對同一電網上其他設備的影響。
加強運行時的實時控制,避免輕負荷、高電壓的運行狀態,以減少諧波電壓過高對系統電器設備的影響;
有意識的將配變中間相改接A或者C相,減少變壓器群產生的諧波。在可能的情況下,接成Δ,YN形,將諧波在高壓側消化。
3.在設計中注意避開諧波產生諧振的機會,減小帶來的影響
根據《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-923.3。10“為控制各類非線性用電設備所產生的諧波引起的電網電壓正弦波形畸變在合理范圍內,宜采限下列措施:各類大功率非線性用電設備變壓器的受電電壓有多種可供選擇時,如選用較低電壓不能符合要求,宜選用較高電壓。”也就是中頻爐等大功率非線性用電設備在選型時,盡量選擇較高電壓。
在無功補償設計中除了應注意避免并聯電容器與系統感抗的諧振,除了驗算基波外,還需要驗算3、5、7次等主要諧波,避開這些參數,防止在該次諧波發生諧振。
“諧波污染”已經成為電網內三大公害之一,只有各方面都重視起來,進行治理,才能還電網一個干凈的環境。
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