10kV電力系統(tǒng)諧波污染問題研究

趙丹

摘 要：目前我國工業(yè)化進(jìn)程顯著增長，供電系統(tǒng)的承栽力也逐漸增加，社會發(fā)展的重要因素之一是供電質(zhì)量。在供電過程中，常見的有害現(xiàn)象之一是諧波，它能破壞用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與供電網(wǎng)絡(luò)的順利運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：10kV電力系統(tǒng) 諧波污染 供電系統(tǒng)

中圖分類號：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-198X（2015）02（c）-0079-02

文章主要從10kV電力系統(tǒng)諧波污染原因、情況，及諧波對計量的影響程度，研究諧波對一定范圍電網(wǎng)的影響，分析兩種諧波對10kV系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)理，并采取相關(guān)措施盡可能避免電力系統(tǒng)被污染。在理想的電力系統(tǒng)中，電能是以恒定的頻率和電壓供給廣大用戶使用的，但在現(xiàn)實的操作過程中，電能的頻率和電壓是有變化幅度的。因此下文主要闡述供電系統(tǒng)中頻率與電壓的關(guān)系，也是當(dāng)下所面臨的重要課題。

1 電力系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生原因與污染危害

1.1 電力系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生原因

根據(jù)10kV電力供電系統(tǒng)中線路結(jié)構(gòu)，從科學(xué)的角度來分析其出現(xiàn)原因，并制定有效可行的措施，大幅度的減少諧波對10kV電力系統(tǒng)造成的破壞。影響電力系統(tǒng)的諧波主要原因有電力系統(tǒng)供電線路由于輸電線路的阻抗，在頻率上使得供電線路的電阻隨著頻率的升高而不斷擴(kuò)大范圍。當(dāng)受到集膚效應(yīng)后，導(dǎo)體在諧波電流中的電阻會大幅度增加，導(dǎo)致導(dǎo)體的溫度激劇上升，其絕緣性的效果也變?nèi)酰瑖?yán)重可甚引起火災(zāi)和短路。在目前的電力系統(tǒng)設(shè)備中，大多數(shù)保護(hù)性能比較好的性自動設(shè)備都是在基波量的基礎(chǔ)之上設(shè)置的，同時，在諧波的影響范圍下，容易出現(xiàn)各種情況的安全問題，如供電線路中的每段距離保護(hù)出現(xiàn)失衡，電流保護(hù)裝置因主負(fù)荷電壓出現(xiàn)異動而啟動等，都威脅著供電系統(tǒng)的安全，并極可能造成重大破壞。

1.2 電力系統(tǒng)中非線性負(fù)載

在電力系統(tǒng)中電能的線性負(fù)載，其中電流與電壓容易形成線性關(guān)系，同時在10kV電力系統(tǒng)中，電流的非線性負(fù)載之上的電流則轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦译姴ǎ谶@個過程中往往會產(chǎn)生諧波。當(dāng)前，我國主要的非線性負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生諧波的方式分別為：變壓器空載合閘產(chǎn)生諧波；電容器組開斷時的電壓干擾；開關(guān)電源產(chǎn)生高次諧波；電弧爐運(yùn)行過程中引起的電壓波動；整流器和逆變器之間相互作用產(chǎn)生的諧波電壓、電流，電壓互感器磁鐵諧振過電壓。

1.3 電力系統(tǒng)中諧波污染的危害

10kV電力系統(tǒng)穩(wěn)定方式下的諧波在電力系統(tǒng)分析中是當(dāng)前首要的問題之一。所謂“諧波源”指的是特定的電力系統(tǒng)波形畸變，而不是如今才有的新設(shè)備，即非線性電力負(fù)荷，或稱非線性用電設(shè)備。自交流電技術(shù)發(fā)展至今，它們是電力系統(tǒng)中某些網(wǎng)絡(luò)或地區(qū)嚴(yán)重出現(xiàn)諧波，并將它們限制在可控制的范圍內(nèi)。

目前，我國主要的發(fā)電方式為水電、核能、風(fēng)力和火電發(fā)電等，諸多因素的不和諧導(dǎo)致供電機(jī)的功率激劇變增長，電流在實際運(yùn)行過程中，極易形成諧波。

從發(fā)電機(jī)方面來說，發(fā)電機(jī)是供電系統(tǒng)中最主要的供電來源，但是很多發(fā)電機(jī)制造廠商沒有正確使用科學(xué)的制作方式來制造發(fā)電機(jī)，并且發(fā)電機(jī)機(jī)械制作精度沒有符合國家合格標(biāo)準(zhǔn)。同時，另外三相繞組絕緣性由于對稱性不足，它生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)設(shè)計程度沒有達(dá)到符合國家的標(biāo)準(zhǔn)，鐵心的規(guī)格與制作過程中存在誤差，直接影響發(fā)電機(jī)在現(xiàn)實運(yùn)行過程中，由于電樞表面磁感應(yīng)強(qiáng)度分布偏離正弦波，而產(chǎn)生諧波。

2 綜合治理10kV電力系統(tǒng)諧波及具體措施

2.1 10kV電力系統(tǒng)具體措施設(shè)置濾波裝置及探究諧波用途

首先做好電網(wǎng)的規(guī)劃和布局相關(guān)的工作。同時通過對電網(wǎng)進(jìn)行合理的布局和規(guī)劃，讓10kV電能的質(zhì)量得到有利的保障，做好電網(wǎng)的規(guī)劃和布局工作，使電能的質(zhì)量得到顯著的提高，以確保10kV配網(wǎng)工程技術(shù)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。其次，對于一些新增的線路和電源，應(yīng)該充分利用其有效率，并相對較高的新設(shè)備，確保設(shè)備的新設(shè)備的經(jīng)久耐用。此外，在對配網(wǎng)進(jìn)行布局和規(guī)劃以后，10kV配網(wǎng)應(yīng)該充分利用環(huán)網(wǎng)的接線和回路輻射，并及時進(jìn)行供電。也要對舊的配電線路進(jìn)行及時的休整，對其影響較大的線路，根據(jù)規(guī)模的廣度，分別進(jìn)行較大的更新，同時還要利用雙電源及時進(jìn)行補(bǔ)充電量。這種方法不僅能夠降低新設(shè)備的要求，還能夠減少不必要的生產(chǎn)投資。最后在沒有大規(guī)模的停電過程中進(jìn)行施工，必要時完善施工的過程，以免造成10kV配網(wǎng)工程的大幅度的滑坡。同時在一些居民生活比較密集的地方或者化工廠將架空線路更改成絕緣性導(dǎo)線，并且在比較繁華的地帶做好城市的具體規(guī)劃，在有特殊要求的地段合理利用電纜進(jìn)行敷設(shè)。

2.2 設(shè)置濾波裝置及探究諧波用途

我目前使用的負(fù)控裝置和電費(fèi)計量裝置均為電波電流，在分析電網(wǎng)諧波問題時，不必將思考范圍擴(kuò)大，導(dǎo)致計量裝置中的電容元件被擊穿，但要考慮線段的諧頻阻抗和諧計量及燒壞計量儀表、損失電量及頻導(dǎo)納對諧波的影響，例如將諧波范圍放大，容易引起造成設(shè)備損壞，無功補(bǔ)償裝置電容器頻繁擊穿。目前，諧波發(fā)生的源頭是我國的10kV電網(wǎng)中最常用的諧波抑制方法，即產(chǎn)生諧波的電力設(shè)備出安裝濾波裝置。其工作原理是利用濾波裝置來過濾掉供電系統(tǒng)中的諧波，以至于電網(wǎng)達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)是操作原理簡單易懂，運(yùn)行與維護(hù)成本較低，其不足之處是濾波裝置容易由于電網(wǎng)參數(shù)的更改而失去原有的功效，并且因為其本身的工作原理，可能消耗掉很大程度的電能。同時有緣濾波裝置的工作原理是，合理利用供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波，可以檢測其角度、頻率、與幅值等參數(shù)，合理采用目前現(xiàn)有的諧波過濾裝置來發(fā)射與其相同頻率、角度互補(bǔ)的諧波，就可以使其互相抵消，以至于減少諧波污染。

2.3 合理利用諧波的優(yōu)勢及意義

通過合理利用諧波，其優(yōu)勢是效果好、操作性強(qiáng)，缺點(diǎn)是有源濾波設(shè)備投入量過高，其產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)相對較高，難度增大。另一方面，也可采取無源濾波與有源濾波相結(jié)合的方法，在諧波產(chǎn)生的源頭安裝帶有無源濾波裝置和緣濾波裝置的結(jié)合體，依據(jù)諧波的具體實際情況，決定采用哪種方式來處理供電線路中的諧波，此方法可操作性強(qiáng)，效果好，運(yùn)行與維護(hù)成本都比較低，性價比較高。有利于避免10kV電力系統(tǒng)諧波進(jìn)一步的污染。

為了更好地保證用電質(zhì)量，減少10kV電力系統(tǒng)諧波的危害，必須把諧波控制在合理范圍之內(nèi)。采用交流濾波裝置吸收近距離的諧波源，使所產(chǎn)生的諧波電流降低到合理范圍內(nèi)連接諧波電壓，它一般由電力電抗器、電容器和電阻器適當(dāng)結(jié)合而成，運(yùn)行過程中它與諧波源相互連接，除濾波外還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰＃ㄈ绫韑）列述三種減少諧波的技術(shù)方法，以供設(shè)計人員使用參考。通過以上論研究得出，只有充分增強(qiáng)對電氣設(shè)備的監(jiān)控，選用合適的消除諧波裝置，讓諧波難以進(jìn)入10kV電網(wǎng)，即可從根本上解決諧波污染問題，保證整體電網(wǎng)及設(shè)備的運(yùn)行安全。

3 結(jié)語

綜上所訴，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)的普及，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，電能源匱乏情況愈演愈烈，電能作為人們?nèi)粘Ｉ畹谋仨毱罚?/p>

其質(zhì)量本身的問題也日益受到越來越多的人關(guān)注。為了提高供電穩(wěn)10kV配網(wǎng)工程的建設(shè)是我國一項工序非常復(fù)雜系統(tǒng)的工程。在實際的過程中，為了確保10kV電力系統(tǒng)技術(shù)施工中的安全性，要求廣大設(shè)計施工人員之間團(tuán)結(jié)合作，相互監(jiān)督，同時，在電力系統(tǒng)過程中，更要注重其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，及相關(guān)細(xì)節(jié)方面的工作。因此，相關(guān)的專業(yè)工程技術(shù)人員要在工作中要有不斷進(jìn)取的精神，同時還要學(xué)會如何創(chuàng)新，進(jìn)而為我國的電網(wǎng)做一份貢獻(xiàn)。

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