摘要:随着科学技术的发展,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,造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗,而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行,造成了这些装置的误动与拒动,直接威胁电网的安全运行。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家标准。文中分析了电力系统中谐波的来源及其产生的影响与危害,并总结了相应的消除对策和抑制的方法措施等。
Abstract: With the development of science and technology and the improvement of industrial production level and people"s living standard,a large amount of non-linear electrical equipments are put into operation in power grids which results in an increasingly big proportion of power network harmonic in grid. The harmonic not only increases the loss of electricity but also interferes the normal operation of protection equipment and automated equipment of grid which results in the malfunction and failure of operation of grid and directly threat the secure operation of grid. Therefore,the harmonic generated by non-linear electrical equipment must be treated and made its proportion in line with the national standards. The paper analyzes the sources and impact and hazard of power system"s harmonic and summarizes the corresponding eliminating solutions and restraining measures.
关键词:电网;谐波;影响;消除
Key words: grid;harmonic;affecting;eliminate
中图分类号:TM89 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0236-01
1电网中谐波的来源
电网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可能是完善的正弦波,因此,发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国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。由于电网电压偏移在±7%以下,所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小,比国家的考核标准低得多,因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。为此,影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备,也就是说非线性用电设备是主要的谐波源。
2谐波造成的影响与危害
2.1 增加输、供和用电设备的额外附加损耗,使设备的温度过热,降低设备的利用率和经济效益①增加输电线路的功耗。谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时,对输电线路会造成绝缘击穿。由于谐波次数高频率上升,再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小。与架空线路相比,电缆线路对地电容要大10-20倍,而感抗仅为其1/3-1/2,所以很容易形成谐波谐振,造成绝缘击穿。②对变压器的危害。谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损,降低变压器有效出力,谐波导致的噪声,会使变电所的噪声污染指数超标,影响工作人员的身心健康。由于以上两方面的损耗增加,因此要减少变压器的实际使用容量。除此之外,谐波还导致变压器噪声增大,有时还发出金属声。③电力电容器的危害。含有电力谐波的电压加在电容器两端时,由于电容器对电力谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,使电容器电流变大,温度升高,寿命缩短,引起电容器过负荷甚至爆炸,同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振,使故障加剧。
2.2 对用电设备的危害①电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变,画面亮度发生波动变化,并使机内的元件温度出现过热,使计算机及数据处理系统出现错误,严重甚至损害机器。此外,电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响,它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害。②感应电动机。和变压器中的道理一样,谐波畸变会加大电动机中的损耗。
2.3 影响继电保护和自动装置的工作可靠性特别对于电磁式继电器来说,电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动,使其动作失去选择性,可靠性降低,容易造成系统事故,严重威胁电力系统的安全运行。
2.4 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,从而降低电网电压,浪费电网的容量。
3消除谐波的方法措施
3.1 安装滤波器①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,而且成本很高,因此在现阶段不可能大量推广应用。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。②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,这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,而且往往同时采用两组以上滤波器,谐振在五、七次,同时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大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。
3.2 防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时,在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用,危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器,或将电容器组的某些支路改为滤波器,还可以采取限定电容器组的投入容量,避免电容器对谐波的放大。
3.3 增加换流装置的相数换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明,换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk(p为整流相数或脉动数,k为正整数)。当脉动数由p=6增加到p=12时,可以有效的消除幅值较大的低频项,(其特征谐波次数分别为12k±1和12k),从而大大地降低了谐波电流的有效值。
3.4 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,而且经过变压器后,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他几级电网,这也是谐波治理的一个基本方法。
3.5 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等级。但此种方法投资相当大,往往需要和电网发展规划相协调。
参考文献:
[1]张浩,戴瑞珍.谐波抑制的工程设计方法探讨[J].电网技术,2002.
[2]郎维川.供电系统谐波的产生、危害及其防护对策[J].高电压技术,2002,6.
