淺談配電網(wǎng)絡(luò)中的諧波

摘要：諧波電流對(duì)配電系統(tǒng)極其饋電的設(shè)施具有重大影響。在規(guī)劃系統(tǒng)擴(kuò)建或改造時(shí)一定要考慮諧波的影響。此外，確定非線性負(fù)載的規(guī)模和位置也是所有維護(hù)、故障排除和修理計(jì)劃的重要組成部分之一。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)絡(luò) 企業(yè)發(fā)展 諧波

1 配電網(wǎng)絡(luò)中諧波危害分析

與一般無(wú)線電電磁干擾一樣，變頻器產(chǎn)生的諧波通過(guò)傳導(dǎo)、電磁輻射和感應(yīng)耦合三種方式對(duì)電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。傳導(dǎo)是指諧波按著各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負(fù)載，對(duì)并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾;感應(yīng)耦合是指在傳導(dǎo)的過(guò)程中，與"變頻器輸出線平行敷設(shè)的導(dǎo)線又會(huì)產(chǎn)生電磁耦合形成感應(yīng)干擾;電磁輻射是指變頻器輸出端的諧波還會(huì)產(chǎn)生輻射作用，對(duì)鄰近的無(wú)線電及電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。配電網(wǎng)絡(luò)中的諧波的危害具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

變壓器：電流和電壓諧波將增加變壓器銅損和鐵損，結(jié)果使變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小。諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲等。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：電流和電壓諧波同樣使電動(dòng)機(jī)銅損和鐵損增加，溫度升。同時(shí)諧波電流會(huì)改變電磁轉(zhuǎn)距，產(chǎn)生振動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動(dòng)，影響輸出效率，并發(fā)出噪聲。電力電容器：當(dāng)諧波產(chǎn)生時(shí)由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌入大量電流，因而導(dǎo)致過(guò)熱、甚至損壞電容器，還有可能發(fā)生共振，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。開(kāi)關(guān)設(shè)備：由于諧波電流使開(kāi)關(guān)設(shè)備在起動(dòng)瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，使暫態(tài)恢復(fù)峰值電壓增大，破壞絕緣，還會(huì)引起開(kāi)關(guān)跳脫、引起誤動(dòng)作。保護(hù)電器：電流中含有的諧波會(huì)產(chǎn)生額外力距，改變電器動(dòng)作特性，引起誤動(dòng)作，甚至改變其操作特性，或燒毀線圈。計(jì)量?jī)x表：計(jì)量?jī)x表因?yàn)橹C波會(huì)造成感應(yīng)盤(pán)產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)距，引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈。電力電子設(shè)備：電力電子設(shè)備通常靠精確電源零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來(lái)控制和操作，若電壓有諧波成分時(shí)，零交叉移動(dòng)、波形改變、以致造成許多誤動(dòng)作。

2 諧波治理技術(shù)分析

對(duì)于全球的能源系統(tǒng)，諧波的存在越來(lái)越令人擔(dān)心，因?yàn)檫^(guò)大的諧波電流可能導(dǎo)致電源變壓器過(guò)熱和保護(hù)繼電器誤觸發(fā)。連接電網(wǎng)的負(fù)載和電源越來(lái)越依賴(lài)于電源電子設(shè)備，而這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生或消耗諧波能量，因此諧波污染日趨嚴(yán)重。最近Analog Devices， Inc.推出一款電能計(jì)量ICADE7880，它能為電表和電源質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備提供實(shí)時(shí)諧波分析。ADE7880支持智能電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)諧波污染進(jìn)行精確監(jiān)控，以便在必要時(shí)，電力公司及其客戶能夠采取糾正措施。ADE7880電能計(jì)量IC設(shè)計(jì)用于三相電表，可提供完整的諧波分析，包括幅度和相位信息；在2000:1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，針對(duì)最高的63次諧波，其精度優(yōu)于1%。該器件是首款采用ADI公司專(zhuān)有的ARTM（自適應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控）諧波分析技術(shù)的新產(chǎn)品，設(shè)計(jì)人員再也無(wú)需定制開(kāi)發(fā)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理電路，對(duì)系統(tǒng)微控制器的要求也得以降低。

2.1 ADE7880特點(diǎn)

電力電子元器件等大量非線性設(shè)備在電力系統(tǒng)中的投入使用，使得電網(wǎng)的諧波污染給電網(wǎng)和用電設(shè)備帶來(lái)了安全隱患，所以對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確切掌握系統(tǒng)諧波狀況，對(duì)防止諧波危害、維護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行十分必要。ADE7880是基于TMS320C2xx內(nèi)核的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。器件上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，為電機(jī)及其他應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了良好的平臺(tái)。同時(shí)代碼和指令與F24x系列完全兼容，從而保證了項(xiàng)目或產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可延續(xù)性。該芯片采用了高性能的32位中央處理器、哈佛結(jié)構(gòu)，高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，主頻最高可達(dá)150MHz（時(shí)鐘周期可達(dá)6.67ns）；具有外部存儲(chǔ)器接口，可擴(kuò)展多達(dá)1MB的空間。片內(nèi)有18KRAM，128kflash存儲(chǔ)器，128位的密鑰；內(nèi)部集成有定時(shí)器、事件管理器、SPI、SCI、CAN、AD等豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備。

2.2 硬件接口設(shè)計(jì)

ADE7880有兩種訪問(wèn)液晶模塊的方式：總線方式和I/O口方式。由于液晶模塊的處理速度比DSP慢得多，要使兩者的速度達(dá)到匹配，必須加入一定的延時(shí)才能夠滿足要求，因此在該設(shè)計(jì)中采用I/O方式，用DSP的數(shù)字I/O口來(lái)控制液晶顯示模塊。ADE7880芯片的數(shù)字I/O口工作電壓為3.3V，液晶模塊的工作電壓為5V，為了保證液晶的正常工作，以及DSP芯片不會(huì)因引腳電壓過(guò)大而被燒壞，兩者之間要接電平轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，由于該系統(tǒng)只對(duì)液晶模塊寫(xiě)信號(hào)，只要實(shí)現(xiàn)3.3V到5V電壓轉(zhuǎn)換即可，因此本設(shè)計(jì)用兩片74HCT245作為電平轉(zhuǎn)換芯片。

3 諧波治理的措施

3.1建立諧波監(jiān)督管理體系

用電檢查人員利用春秋檢、定檢、走訪客戶、標(biāo)準(zhǔn)化變電所會(huì)議等與用戶交流的工作機(jī)會(huì)，廣泛宣傳諧波的危害性和治理方法，使用戶深刻了解諧波治理的重要性，認(rèn)識(shí)到諧波治理是電力企業(yè)和用戶的共同責(zé)任。讓用戶明白諧波治理是一項(xiàng)互惠互利、節(jié)能增效，保證電網(wǎng)和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的舉措。由于重慶地區(qū)電力需求持續(xù)急劇增加，電網(wǎng)建設(shè)逐步加大，每年電網(wǎng)運(yùn)行方式都會(huì)有變化，每年初該局按最新的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算變電所最小短路容量，為用戶諧波測(cè)試數(shù)據(jù)分析工作做準(zhǔn)備。

3.2嚴(yán)格業(yè)擴(kuò)報(bào)裝審批手續(xù)

在新裝用戶負(fù)荷調(diào)查階段，對(duì)于諧波設(shè)備容量較大的客戶，嚴(yán)格按照用戶的協(xié)議容量分配用戶所容許的諧波注入量，并要求用戶提供對(duì)該局電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的評(píng)估報(bào)告。超過(guò)國(guó)標(biāo)允許值時(shí)，同步投入治理措施。在圖紙審批階段，對(duì)諧波治理措施審核。接入電網(wǎng)前，對(duì)消諧裝置組織驗(yàn)收，如果驗(yàn)收不合格，不允許為其送電。通電后進(jìn)行諧波實(shí)測(cè)，如果實(shí)測(cè)諧波超標(biāo)，不允許該非線性負(fù)荷接入電網(wǎng)運(yùn)行。

3.3諧波超標(biāo)反復(fù)踏查

重慶電企業(yè)對(duì)轄區(qū)內(nèi)350戶10KV客戶變電所的用電設(shè)備進(jìn)行了調(diào)查，并按用戶負(fù)荷性質(zhì)篩選出50戶可能諧波超標(biāo)的用戶，對(duì)其進(jìn)行不定期走訪。檢測(cè)嚴(yán)格執(zhí)行電力諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于測(cè)試出諧波超標(biāo)的用戶，立即請(qǐng)電科院專(zhuān)家進(jìn)行測(cè)試，出具正式監(jiān)測(cè)報(bào)告，按照《電力法》、《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則，下達(dá)《客戶諧波檢測(cè)結(jié)果及治理通知書(shū)》，與客戶簽訂諧波治理協(xié)議，限期治理。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，由于用戶對(duì)諧波的危害認(rèn)識(shí)不足，諧波治理工作往往是供電企業(yè)單方努力，尤其是對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)諧波源遺留問(wèn)題的用戶，諧波一直得不到有效的控制。盡管?chē)?guó)家已經(jīng)明確規(guī)定，諧波治理依據(jù)“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則。但由于缺乏有效的制約手段，供電部門(mén)往往只能對(duì)有治理愿望的用戶落實(shí)措施，用戶往往占更多的主動(dòng)地位。只有在諧波治理使用戶獲得明顯的利益時(shí)，用戶才肯投入資金進(jìn)行諧波治理。雖然諧波治理前行的道路依然不平坦甚至充滿了荊棘，但是重慶市的電力員工依然繼續(xù)努力，對(duì)諧波超標(biāo)的重點(diǎn)諧波源客戶進(jìn)行跟蹤測(cè)量、分析和有效治理，做好新建和增容用戶的諧波監(jiān)督管理，為供電區(qū)域內(nèi)所有用戶提供更加可靠、清潔干凈的電力。

參考文獻(xiàn)：

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