供電系統中諧波的危害及其抑制措施

卜照忠 金英會

[摘 要]簡要介紹了諧波是怎樣產生的,對電力設備有哪些危害以及總結和提出了抑制諧波的措施。

[關鍵詞]諧波;危害;抑制措施

一、諧波是怎樣產生的

電力系統的諧波是電力系統電壓波形產生畸變的表征。諧波的產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,有的產品是切削正弦波執行工作的,有的產品是將直流源變換成方波工作,這些產品與電力系統發生關系時,都能使電力系統的極薄產生大量的畸變。非線性阻抗設備如電焊機、電抗器、電弧爐等產品在運行時可使電流產生大幅度地浪涌、尖脈沖,造成電力系統的基波產生畸變,形成電源污染。

二、電力諧波造成的危害

諧波對電力系統的污染日益嚴重,其產生的危害主要有以下幾方面:

1.增加了電力系統中發生諧振的可能,從而造成很高的過電流或過電壓而引發事故的危險性。

2.使電網的電壓與電流波形發生畸變,降低電網電壓,浪費電網的容量。

3.由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數倍,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,容易造成系統事故,嚴重威脅電力系統的安全運行。

6.諧波會使電視機、計算機等用電設備的圖形畸變,畫面亮度發生波動變化,并使機內的元件溫度出現過熱,使計算機及數據處理系統出現錯誤,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生不良影響。

8.諧波還會干擾通訊系統,降低信號的傳輸質量,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

為了保證電網和用電設備的安全經濟運行,減少供電系統的諧波問題,從管理和技術上可采取以下措施:

1.嚴格貫徹執行有關電力諧波的國家標準,加強管理。我國1993年由國家技術監督局發布了《電能質量公用電網諧波》,制定了諧波電流的限制標準,并規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,它一般由一組或數組單調諧濾波器組成,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方式介入配電系統,安裝在電力電子設備的交流側,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。無源濾波裝置除起濾波作用外,還兼顧無功補償和調壓的需要,由于它具有結構簡單、運行可靠、維護方便等優點,無源濾波裝置是目前廣泛采用的抑制諧波及無功補償的主要手段。同時無源濾波器存在許多缺點,如易受系統參數的影響;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。隨著電力電子技術的不斷發展,人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器。有源電力濾波器的主電路PWM變流器向電網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,有源濾波器實現了動態補償,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,補償的無功功率的大小做到連續調節,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,有源濾波器不會發生過載,并能正常發揮補償作用;等候電網阻抗的影響不大,不容易和電網阻抗發生諧振;能跟蹤電網頻率的變化,補償性能不受電網頻率變化的影響。有源濾波器是80年代以來電力電子技術應用于供電系統進行供用電系統進行諧波抑制和無功補償的一個研究熱點,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。隨著容量的不斷提高,有源濾波技術作為改善電能質量的關鍵技術,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的電能質量的方向發展。

4.加裝靜止無功補償裝置,提高功率因數。快速變化的諧波源,如:電弧爐、電力機車和卷揚機等,除了產生諧波外,往往還會引起供電電壓的波動和閃變,有的還會造成系統電壓三相不平衡,嚴重影響公用電網的電能質量。在諧波源處加裝并聯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。

5.防止并聯電容器組對諧波的放大。當諧波存在時,在一定的參數下電容器組會對諧波起放大作用,危害電容器及電網中的電氣設備,嚴重時會造成損壞,甚至波壞電網的正常運行。為了抑制諧波放大,可串聯電抗器,或將電容器組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)