《电力系统中的谐波治理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统中的谐波治理（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面原则。一方面是电压方面，它涉及电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；另一方面是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。国内对电能质量的三方面均有明确的原则和规范。 随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，导致了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增长了电网的供电损耗，并且干扰电网的保护装置与自动化妆置的正常运营，导致了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运营。举个常用的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运营，的
2、确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，并且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，导致三相负荷基本平衡状况下，中心线电流居高不下，线电压与相电压之比比：1要小得多，导致了该片电网供电质量下降，用电设备发热增长，电网线损增长，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国标。一、电力系统中谐波的来源电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不也许是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不也许
3、是一点不失真的正弦波。目前国内应用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技进步，可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显增长。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时，也会使二次侧电压的三次谐波明显增长。由于电网电压偏移在7如下，因此发电、变电设备产生的谐波分量都比较小，比国家的考核原则低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的重要矛盾。为此，影响电网电压波形质量的重要矛盾是非线
4、性用电设备，也就是说非线性用电设备是重要的谐波源，非线性用电设备重要有如下四大类： 电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。 交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。 交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。 开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。 这些用电设备都是非线性用电设备，但它们产生的谐波各不相似，具体举例分析如下：电弧加热设备是由于电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，导致弧电流与弧电压的非线性（如图所示）。此外，弧电流的波形尚有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波，导致电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，并且多为18次
5、如下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛应用。由于当时电弧加热设备量少，电焊机应用的同步率就更小了，对整个电网的影响比较小，但在当时已发目前烧电焊时，局部低压电网的电压和电流变化很大，有较大的谐波影响。交流整流直流用电设备的谐波产生的因素是由于整流设备有一种阀电压，在不不小于阀电压时，电流为零(如图图所示)。此类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中应用了可控硅，这使得该类设备的谐波污染更严重，并且谐波的次数比较低。交流整流再逆变用电设备，在交流变直流
6、过程中产生的谐波与上述的交流整流直流用电设备同样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，此类设备产生的谐波分量不仅有低次谐波，也有高次谐波(如图所示)。虽然此类设备单台容量比上述两类设备容量要小，但它的分布面广，数量多，是目前推广使用的技术手段，因此它的谐波污染应引起足够关注。开关电源设备目前应用很广，它的工作原理是先把交流整流成直流，通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供应用电设备。此外，开关电源的频率比较高一般在40kHz左右，不仅在整流时产生谐波，并且在开关管开闭时，反射40kHz左右的波至电源。此类用电设备同样是单台容量不大，但它是应用面最
7、广、量最大的非线性用电设备，它尚有一定量的三次谐波，导致配变的中心线电流居高不下，并且三次谐波还会通过配变污染到10kV电网。二、谐波治理的基本措施目前谐波治理的基本措施有如下三种，在治理过程中又可以采用变电所集中治理和非线性用电设备处分散治理两种措施。按谁污染谁治理的原则，应当在非线性用电设备处分散治理。但对于电脑，彩电，节能灯等民用设备，则只能进行集中治理。1、减少非线性用电设备与电源间的电气距离。也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压级别。例如，在丽水电业局的遂昌钢厂就获得了不错效果，该钢厂原是用35kV供电，由两个110kV变电所各架设一回35kV专线供电，而它的重要用电设备是电
8、弧炉，虽然进行了五次、七次谐波治理，但在110kV的35kV母线上测得谐波分量仍接近或稍超国标。但在丽水局在遂昌新建了一种220kV变电所并且离该钢厂仅4km左右，用5回35kV专线供电，使35kV母线的谐波分量控制在国标以内，此外该厂还使用了较大容量的同步发电机，使这些非线性负荷的电气距离大大下降，使该厂生产的谐波对电网的危害性下降，这种措施投资是最大的，往往需要和电网发展规划相协调。2、谐波的隔离。非线性用电设备产生的谐波，它不仅直接影响到本级电网，并且通过变压器后，还会影响到上几级电网。如何把这些非线性用电设备产生的谐波不影响或少影响其她几级电网，这也是谐波治理的一种基本措施。这一措施在
9、电网中广泛采用，发电机发出的电能通过Y/、Y0/、Y0/Y等接线组别的变压器，把发电机产生的三次、九次等零序分量的谐波与上级电网隔离开来，因此在110kV以上高压电网上，三、九次谐波分量很小，几乎是零。而10kV由于大多数配变为Y/Y0接线，35kV也有少量Y/Y0接线的直配变，因此在10kV和35kV系统中三、九次谐波分量会比高压电网大。为了减少低压对10kV电网的影响，我局目前10kV配电系统中推广使用了D，yn11接线组别的配电变压器，有效的减少了三、九次谐波的影响。3、安装滤波器。目前对变电所侧和顾客侧谐波治理的措施，多采用安装滤波器来减少谐波分量。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大
10、类。有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与正弦波相比较，差额部分由有源滤波器进行补偿，这是谐波治理的发展方向。目前由于功率电子元件容量做不大、电压做不高，并且成本很高，因此在现阶段不也许大量推广应用。随着科学技术的发展，功率电子元件的成本下降，这一技术一定会在谐波治理上占主导地位的。无源滤波器是通过L、C串联或并联，使其在某次谐波产生谐振，当发生串联谐振时，使滤波器两端该次谐波的电压很小，几乎接近零，此类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处，从而使变压器的一次侧该次谐波的分量也很小，达到对该次谐波治理的目的。串联无源滤波器多用于对五、七、十一次谐波治理中，并且往往同步采用两组以上滤波器，
11、谐振在五、七次，同步起补偿电容器组的作用。目前，在电力行业中，它多用于35kV和110kV变电所的10kV母线上，两组滤波器中的电容器容量不小于变电所无功补偿容量，串联电感后，谐振在五、七次谐波频率中，使无源滤波器一物二用，具体计算公式如下：当无源滤波器中，L、C串联谐振在n次谐波频率时，。电容器和电感在工频时的参数：Xcn2XL得，当n5时，Xc52XL25XLUc1.04U，Qc1.04QLC当n7时，Xc72XL49XL，Uc1.02U，Qc1.02QLC一般在电容器无串联电感时，电网额定电压为10kV，变压所母线电压在10.5kV以上，电容器额定电压多选用11kV/。因此，用整治五次谐
12、波的滤波器电容额定电压就常选用11.5kV/或12kV/，用来整治七次谐波的滤波器电容额定电压就常选用11kV/。但是由于计算精度和电容器、电感器的制造精度等因素，若按计算成果数据来配备，在原则化审查时就通但是，为了保证串联滤波器能在五、七次谐波频率时谐振，我们规定电感有一定的调节范畴，从而保证滤波器能正常工作。具体调试措施如下图，调节电感,在谐波分析仪中该次谐波值最小时，则觉得滤波器已调试成功。三、谐波治理措施的总结和发展在电力系统中，供电电压波型是中心对称的，因此基本上不具有偶次谐波，重要存在在奇次谐波，而三、九次谐波可以通过Y0/、Y0/Y、Y/接线组别进行隔离。而11、13次以上谐波由
13、于其频率比较高，并且输电线路有一定电感量，对地又有一定电容量，相间及线间也有一定电容量。因此，高次谐波在线路传播过程中衰减比较快，同步高次谐波在电网中所占的比重也不大，故在电力行业中不作为重要整治对象。在10kV配电系统中，配变多采用Y/Y0接线，Y0（400V）侧由于有非线性用电设备，会产生三、五、七次谐波，五、七次谐波可以用串联LC滤波器进行治理，而对三次谐波往往采用并联谐振使三次谐波在主变一次侧和二次侧之间进线隔离，其原理如下：当L、C并联谐振在三次谐波频率时，三次谐波电流流但是主变二次侧线圈，从而使主变一次侧感应不出三次谐波的电压分量，同步使中性线三次谐波电流大大下降。a、综上所述，对
14、于电力行业的谐波治理措施有如下四种基本措施：1、采用Y0/、Y0/Y、Y/接线组别的变压器，隔离三、九次谐波。2、采用L、C串联无源滤波器，对五、七次谐波进行治理。例如，丽水局的110kV景宁变电所由于10kV负荷中，中频炉占有较大比重，从实测数据看，主导谐波为5、7，11，13，19，32，33，34，36，38次。补偿电容器的投入后，对低次谐波有放大作用，10kV母线电压畸变率由6上升为8.5，对高次谐波有一定滤波作用，并且电容投入运营后，会使电容器端电压升高，导致电容器损坏。目前，在一、二段母线上各加一组五次和七次滤波器（容量为200kVAR18只 五次；200kVAR12次 七次）后，
15、不仅使五、七次谐波有明显压制，并且提高了功率因素，使供电量增长、线损下降。具体测试数据如下：总谐波3次谐波5次谐波7次谐波11次谐波治理前6.050.73.752.361.52电容器投入8.020.955.864.781.63治理后3.780.71.20.41.53、采用L、C并联无源滤波器，对三次谐波电流进行阻塞。例如，我市中心医院的外科大楼及门诊楼引入新的进口设备，由于低压系统有三次谐波分量，导致新引入的医疗诊断设备不能正常运作，医院采用了L、C并联无源滤波器，串接在变压器中性点上，从而使三次谐波得到压制，使医疗诊断设备可以正常工作。4、加强电网建设，扩大电网容量，增长旋转备用容量。b、对于非线性用电设备的谐波治理措施有如下五种措施：1、对电弧加热用电设备，采用多相（六相、十二相等）电弧炉变压器，从而使低次谐波分量下降，高次谐波分量上升。目前最常用的是Y/Y0、/Y0两变压器分别接两台相似容量的电弧炉，并使两炉同步作业，通过LC串联无源滤波装置进行局部治理，达到用电设备产生的谐波不超标。2、对于交流整流直流用电设备采用多相整流。多相整流产生的谐波多为整流相数1次，对12相整流设备，谐波分量最大是11次和13次，而对24相整流设备，则是23次和25次。谐波频率越高，L、C串联滤
