在配電網(wǎng)中,電壓和電流的波形應(yīng)是正常的正弦波,然而隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和電子技術(shù)的發(fā)展,工礦企業(yè)中大量采用的整流換流裝置,冶金機械行業(yè)中大量采用電弧爐、軋機、變頻器;化工行業(yè)中大量采用整流、電石爐、電焊設(shè)備;石化行業(yè)采用的機泵變頻調(diào)速裝置,其三相橋式可控整流注入大量5次諧波;交通中運輸中的電氣機車、電車、地鐵、軌道交通中大量采用的都是整流裝置,這些電氣設(shè)備均屬非線性負荷,其電壓和電流均會發(fā)生不同程度的畸變?;兒蟮牟ㄐ沃泻懈叽沃C波,其中還包括家用電器在內(nèi)的由整流和變頻引起的小容量的高次諧波,這些高次諧波產(chǎn)生的諧波電流進入配電網(wǎng)絡(luò),使電網(wǎng)的**運行受到嚴重影響,使電能質(zhì)量受到污染。
某地區(qū)的諧波源主要有:大秦電氣化鐵路沿線的牽引站,冶金冷軋生產(chǎn)線的軋機和真空燒結(jié)爐爐體設(shè)備,半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的爐體設(shè)備,特別是大秦鐵路的木林牽引站,注入電網(wǎng)的諧波和負序(基波)影響了地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電網(wǎng)的**運行。隨著順義區(qū)空港物流和臨空經(jīng)濟的發(fā)展,電壓質(zhì)量的優(yōu)劣是供電企業(yè)**服務(wù)工作的重要組成部分,因此根治諧波污染已是十分重要的問題。
1.高次諧波對電氣設(shè)備的直接危害
交流電網(wǎng)的電壓畸變會引起常規(guī)變流器控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等,并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變,使整流器工作不穩(wěn)定;而對逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法正常工作,甚至損壞換相設(shè)備。
三次及其倍數(shù)次的高次諧波對星形連接的變壓器,當繞組中性點接地,其電網(wǎng)中分布電容較大,或安裝了中性點接地的并聯(lián)電容時,會形成3次諧波振蕩,使變壓器附加損耗大大增加。對三角形連接的變壓器會使其在繞組中形成環(huán)流,使繞組過熱,而且諧波電流使變壓器的銅損和鐵損大大增加。
高次諧波電流在電動機中產(chǎn)生的集膚效應(yīng)、磁勢渦流等,隨著頻率增高而使電動機鐵芯和繞組中的附加損耗增大,在電動機啟動時易發(fā)生脈動,干擾力矩使電動機產(chǎn)生較大的噪音。由于電動機負荷很大,高次諧波產(chǎn)生的附加損耗在電力負荷中的影響十分顯著。
測量用儀器儀表均在50HZ的標準正弦波的理想狀態(tài)下設(shè)計的,當供電電壓或電流中含有高次諧波成分時,就會影響儀器儀表測量的準確性,并影響感應(yīng)式電能表的正常工作。
高次諧波在電力線路中流過的幅值較大的低頻諧波電流經(jīng)過磁場耦合。在相鄰的通信線路中會產(chǎn)生干擾,在諧波和基波的共同作用下,誤觸發(fā)電話**,干擾通信線路系統(tǒng)的正常工作,影響通信線路的通話。在特定的條件下,還會威脅通信設(shè)備和人員的**。
高次諧波會嚴重影響電力系統(tǒng)的繼電保護和自動裝置,引起各類保護誤動作,威脅電力系統(tǒng)**運行。
高次諧波對于帶有啟動用的鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)的電容器的燈光照明會造成諧振過電壓,損壞鎮(zhèn)流器和電容器。高次諧波還會對電視機、計算機的圖形產(chǎn)生畸變,畫面亮度產(chǎn)生波動。使機內(nèi)元件過熱,計算機數(shù)據(jù)出錯。
高次諧波可使電容器介質(zhì)損耗增加、發(fā)熱、壽命縮短,吸收諧波后會導(dǎo)致電容器過電流,使熔絲熔斷,電容器與電網(wǎng)電感形成串聯(lián)諧振時,將諧波放大,燒毀電容器。
交流電網(wǎng)的電壓畸變會引起常規(guī)變流器控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等,并通過正反饋放大系統(tǒng)的電壓畸變,使整流器的工作不穩(wěn)定;而對逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法正常工作,甚至損壞換相設(shè)備。
2.高次諧波的抑制
高次諧波的抑制,主要是減少或消除注入電網(wǎng)的諧波電流,控制諧波電壓和電流在允許范圍內(nèi),抑制諧波電流的主要措施為:改善供電環(huán)境、降低諧波源的諧波含量,吸收諧波電流。其中吸收諧波電流是目前使用廣泛,且*有效的抑制諧波的方法。
抑制諧波常用方法如下:
2.1KYLB 無源濾波裝置 (FC)
KYLB 無源濾波裝置 屬于被動的吸收式濾波,在諧波源比較簡單的系統(tǒng)中,結(jié)合功率因數(shù)補償,選用高性能的濾波電容器,串聯(lián)高線性的濾波電抗器,組合成濾波補償器,在吸收系統(tǒng)中主要的諧波分量時,補償無功功率。
KYLB 無源濾波裝置 又分為調(diào)諧和非調(diào)諧的兩種濾波技術(shù),調(diào)諧式無源濾波技術(shù)主要為濾波,其效率可達70%,但配置的容量很大,投入時會造成電壓波動,且易造成過補償。其計算和配置復(fù)雜,存在諧振的危險,無法滿足要求。目前已不做重點應(yīng)用。
非調(diào)諧式KYLB 無源濾波裝置 是抑制諧波進入電容器,避免諧振。其配置簡單,但濾波效果差。
2.2KYYLB 有源電力濾波器 (APF)
KYYLB 有源電力濾波器 屬于動態(tài)消除濾波,一般用于重要負荷場所,根據(jù)用電設(shè)備對諧波的敏感程度,為達到*佳的濾波效果,配置動態(tài)有源濾波器。KYYLB 有源電力濾波器 是采用開關(guān)元件,通過數(shù)字信號處理和脈寬調(diào)制技術(shù),根據(jù)檢測到的諧波分量,產(chǎn)生一個幅值相等、相位相反的電流,在諧波源處注入系統(tǒng),使電源的總諧波為零,達到實時補償諧波電流的目的。與KYLB 無源濾波裝置 相比,該技術(shù)對**諧波效果大,可濾除97%以上的諧波電流,其濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響,可**與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險,不僅能補償各次諧波,還可抑制閃變,補償無功,有一機多能的特點。該技術(shù)不存在導(dǎo)致過補償和引起電壓波動的問題,具有自適應(yīng)功能,可自動跟蹤并補償變化中的諧波。
目前KYYLB 有源電力濾波器 發(fā)展方向如下:
2.2.1控制系統(tǒng)的簡化
目前KYYLB 有源電力濾波器 控制系統(tǒng)大多為模擬電路,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隨著高速數(shù)據(jù)處理芯片功能的完善,不久將實現(xiàn)數(shù)字化。能更準確的檢測電網(wǎng)的諧波電流,以達到更好的補償效果。
2.2.2補償裝置的多功能化
KYYLB 有源電力濾波器 除能補償諧波外,改造其控制回路后,還可補償基波的無功,更好抑制電壓閃變和不平衡電壓。
2.2.3降低裝置容量
KYYLB 有源電力濾波器 中*基本的是并聯(lián)型,其容量取決于交流回路電壓有效值與補償電流有效值的乘積。并聯(lián)型KYYLB 有源電力濾波器 的容量主要取決于補償電流,因此KYYLB 有源電力濾波器 的造價遠高于KYLB 無源濾波裝置 。為降低補償裝置的投資,主要應(yīng)降低KYYLB 有源電力濾波器 的容量。目前是將KYYLB 有源電力濾波器 和KYLB 無源濾波裝置 組合使用。用KYYLB 有源電力濾波器 濾除諧波源中的主要諧波電流,再利用KYLB 無源濾波裝置 提高總的補償效果。這就是有源無源混合型濾波器。
2.3有源無源混合型濾波器
KYYLB 有源電力濾波器 補償效果好,響應(yīng)快,且不受阻抗影響,但價格相對較高,如將KYYLB 有源電力濾波器 的優(yōu)越性能與KYLB 無源濾波裝置 的低成本相結(jié)合,即可構(gòu)成有源無源混合型濾波器,通過適當控制可使負荷的諧波電流由KYYLB 有源電力濾波器 提供,負荷的基波無功功率由KYLB 無源濾波裝置 提供。這樣逆變器的容量可明顯減小,成本大大降低,是理想的消除諧波及補償無功的*佳方式。
3.客戶消諧的技術(shù)和管理措施
從以上對諧波產(chǎn)生的原因分析,可看到目前大量采用電力電子設(shè)備的冶金、化工、機械、軌道交通等行業(yè)中存在著高次諧波,嚴重污染和干擾了電力系統(tǒng),為消除諧波的影響,以上消除諧波的方法,針對不同的客戶,采用適當有效技術(shù)手段和到位的管理措施,是完全可以做好諧波源治理工作的。
3.1在客戶工作中應(yīng)采取的技術(shù)手段
在治理諧波源的過程中,首先應(yīng)針對諧波源的設(shè)備,選擇合理的消諧技術(shù)措施。對負荷變化不大、諧波次級超標種類不多的,可采用簡單經(jīng)濟的KYLB 無源濾波裝置 ,但需要結(jié)合負荷工況實現(xiàn)分級投入,以確保在低載時也不會發(fā)生諧波超標。相對于負荷變化較大的,諧波次級超標種類較多的,要求設(shè)計采用KYYLB 有源電力濾波器 與KYLB 無源濾波裝置 組合的使用方式。首先采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低的KYLB 無源濾波裝置 ,分擔大部分補償和消諧任務(wù),再利用KYYLB 有源電力濾波器 良好的補償性能,這樣既解決了有源濾波容量大、成本高的問題,又可使系統(tǒng)取得較好的消諧效果。
3.2加強用電管理
依據(jù)國家法律法規(guī)和行業(yè)技術(shù)標準,從管理上嚴格把關(guān),目前在工作中的主要依據(jù)有:
※《中華人民共和國電力法》
※《電力供應(yīng)與使用條例》
※《供電營業(yè)規(guī)則》
※《用電檢查管理辦法》
※《電能質(zhì)量——公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93)
※《電能質(zhì)量——電壓波動和閃變》(GB12326-2000)
※《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值》(GB17625.1-1998)
在供電公司受理客戶的業(yè)務(wù)時,對產(chǎn)生諧波源的重點行業(yè),應(yīng)了解客戶的生產(chǎn)流程和工藝,對帶有諧波源的用電設(shè)備,在供電方案中注明”諧波治理”字樣,在簽署供電方案確認協(xié)議的同時簽署諧波治理協(xié)議,在設(shè)計審圖時,對諧波治理措施審核,在送電前客戶落實諧波治理設(shè)備的合同簽署,由工程管理人員進行驗收。
在供電公司內(nèi)部建立諧波監(jiān)督管理體系,將諧波監(jiān)督管理納入正常的生產(chǎn)管理工作中。有可能的情況下,應(yīng)建立諧波監(jiān)督管理機構(gòu),負責日常的諧波監(jiān)督管理,建立諧波源客戶資料檔案,對重點諧波源客戶進行跟蹤測量、分析和有效治理。并組織有關(guān)部門發(fā)布有關(guān)諧波治理的信息和經(jīng)驗交流,以提高電能質(zhì)量管理的水平。