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电力系统谐波治理及测试

2006年初在不断推进“一强三优”的步伐的同时,针对电力系统中谐波的危害等问题,进行了实地研究、探索。针对电机厂三次谐波电流超出国标限值。有部分企业电源进线的电压波动和闪变超出国家标准允许范围值,五次谐波电流超出国标限值等企业的谐波的危害。根据现状调查的结果采取在用户端加装谐波补偿装置。从先期测试的谐波干扰率由原来的百分之四十,降低到百分之十五。大大的降低了供电事故率,保证了计量仪表因谐波干扰造成的电量流失。高压损失率同比成下降趋势。供电质量同比上升二个百分点。
电力系统中谐波的危害主要体现有以下8个方面:
1、影响电网的质量
电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。三相配电线路中,相线上3的整数倍谐波在中性线上会叠加,使中性线的电流值可能超过相线上的电流。从而降低电网电压,浪费电网的容量,影响电网供电质量。
2、对电力设备的危害
当电网存在谐波时,投入电容器后其端电压增大,通过电容器的电流增加得更大,使电容器损耗功率增加。电容器投入在电压已经畸变的电网中时,还可能使电网的谐波加剧,即产生谐波扩大现象。使电容器鼓肚、击穿或爆炸等,从而加大电力设备损坏,减少用电设备寿命。
3、对电力变压器的危害
谐波使变压器的铜耗增大,铁耗增大,这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加,谐波使电压的波形变得越差,则磁滞损耗越大。谐波还导致变压器噪声增大,随着谐波次数的增加,振动频率在1KHZ左右的成分使混杂噪声增加,从而对变压器造成损害。
4、对电力电缆的危害
由于谐波次数高频率上升,再加之电缆导体截面积越大集肤效应越明显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流值减小,不仅对电缆造成损害,而且电量在线路传输过程中损耗过高。
5、对低压开关设备的危害
对于配电用断路器来、电子型的断路器说,全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热,且谐波次数越高影响越大,使得额定电流降低与脱扣电流降低,谐波也要使其额定电流降低,三种配电断路器都可能因谐波产生误动作,从而对低压开关设备造成危害。
6、对弱电系统设备的干扰
对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备,电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中,产生干扰,而干扰弱电系统,影响弱电设备正常工作。
7、影响电力测量的准确性
目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型,它们受谐波的影响较大。特别是电能表(多采用感应型),当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确。
8、谐波对人体有影响
其频率如果与谐波频率相接近,电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场,从而会对人体造成危害。
从走访企业调查发现部分生产企业其用电设备中,装有晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。我们知道,晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路,在接感性负载时则含有奇次谐波电流,其中3次谐波的含量可达基波的百分之三十;接容性负载时则含有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增大而增大。经统计表明:由整流装置产生的谐波占所有谐波的近百分之四十,这是最大的谐波源。设备端的电弧炉、电石炉,由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料,使得燃烧不稳定,引起三相负荷不平衡,产生谐波电流,经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2、7次的谐波,平均可达基波的百分之八、百分之二十,最大可达百分之四十五。
通过现状调查和数据分析,电网谐波来自于2个方面:一是输配电系统产生谐波;二是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。
随着工业和节能技术的发展,非线性负荷日益增多,供电系统中波形偏离正弦的畸变程度日趋严重,对电力系统和用电设备将产生重大影响和危害。所以加强对谐波治理,加装滤波器。将对全局提高供电质量、进一步提高电力测量的准确性、减少电力变压器和电力设备的危害等方面将是非常有益的。
治理谐波干扰提高供电质量是供电企业不可忽视的工作,谐波不仅严重影响电力系统的合理经济运行,同时对目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型,它们受谐波的影响较大。特别是电能表(多采用感应型),当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确等问题。使线损增量变大,直接影响供电企业的经济效益。
根据《供电营业规则》第五十五条规定,电网公共连接点电压正弦波畸变率和用户注入电网的谐波电流不得超过国家标准(GB/T14549—93)的规定,和黑龙江电力网电能质量技术监督管理规定第1.5条规定:因电力网或用户负荷原因引起的电能质量不符合国家标准时,按“谁干扰,谁治理”的原则,有指导性的进行了改造。
对有产生谐波源的用户可根据国家规定进行改造,加装谐波动态补偿装置。解决无功、谐波和各相负荷不对称问题,可以满足谐波超标、三相严重不平衡且动态变化的负载(如电弧炉)的等问题场合。采用该装置由无功和谐波补偿网络、有源滤波器、检控与保护系统等部分组成。无功和谐波补偿网络由电抗器、电容器及功率电子开关组成,按容量等级分组投切,用以补偿大部分的无功和低次谐波电流,同时保证电源电流三相大体平衡。有源滤波器一方面用以补偿剩余的无功及高次谐波电流,另一方面用以完成无源网络的级间过渡区域的补偿,实现装置在大容量范围内的无级动态补偿。这种有源与无源配合的方案,可以最大限度地提高补偿容量;补偿容量具有较大的扩展范围。
为防止谐波问题的再发生,供电企业首先,考虑到输配电系统中电力变压器能产生谐波,由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。所以对电力变压器要进行技术改进。能够调整铁心的饱和程度,使的变压器工作点偏离线性偏移度减少,其中3次谐波电流达到额定电流的百分之零点五。其次,在用电设备中,下面一些设备都能产生谐波晶闸管整流设备。在铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。整流装置为单相整流电路,在接感性负载时则含有奇次谐波电流,接容性负载时则含有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增大而增大,所以由整流装置产生的谐波占的比例是最大的谐波源,当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确等问题。使线路损耗增量变大,直接影响我们的经济效益。所以我们采取对产生谐波源的用电设备加装谐波补偿装置。
遗留问题:为了更好使供电企业服务于广大用电客户,提高供电企业供电质量。谐波治理只有“逗号”而永远没有“句号”,在谐波治理技术上还存在缺陷。只是在初次对用电设备端的测试结果欲与改造治理,但进一步降低谐波对电网的干扰,提高供电质量还存在理论知识不成熟的地方,所以需要我们不断的进行探索、查找不足,通过学习堵塞漏洞并加以改进。总之严格实行本方法,可使我们的供电质量得到进一步的提高,完善线路供电质量,彻实降线路损耗,真正做到“多供少损”从而在整体上提高供电企业的经济效益,具有实际意义。

【上一个】 什么是谐波治理 【下一个】 电源质量及谐波治理的对比


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