淺談配電網(wǎng)絡(luò)的諧波治理

摘要:該文針對(duì)本市某電子廠和某印刷廠0.4kV低壓無功補(bǔ)償柜的情況，通過對(duì)負(fù)荷分析，確定故障的諧波原因，然后采用了造價(jià)相對(duì)較低和易于實(shí)現(xiàn)的串聯(lián)電抗器和無源濾波器LC串聯(lián)濾波等方法，并取得了一定的諧波治理效果。

關(guān)鍵詞:諧波源 諧波電流 濾波器 電容器無源濾波器

一、引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電力負(fù)荷中的非線性負(fù)載(象直流電機(jī)和變頻器、電弧爐等)逐步增加，其產(chǎn)生的諧波也就越來越大，功率因數(shù)低，因此傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方式已經(jīng)不那么奏效了，因?yàn)榘窗磦鹘y(tǒng)的方式投切電容后，補(bǔ)償回路與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，從而使諧波放大。在投入大量的補(bǔ)償電容后，表面上是提高了功率因數(shù)，但是同時(shí)諧波電流，尤其是對(duì)5次諧波電流的放大是非常驚人的，這對(duì)用電電器，及電動(dòng)機(jī)和變壓器以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等是非常不利的。

二、系統(tǒng)中的諧波源

主要是非線性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)，產(chǎn)生諧波電流，它注入電網(wǎng)后，通過電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生諧波壓降，疊加在電網(wǎng)基波上，引起電網(wǎng)的電壓畸變。

這些非線性負(fù)荷有:

1、電弧爐。煉鋼電弧爐由于電弧的 非線性和電弧燃燒的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致電流波形的嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生含有2、3、4、5、6、7等高次諧波。

2、整流電源與直流傳動(dòng)(如鐵路運(yùn)輸?shù)臓恳龣C(jī)車、大型的直流電動(dòng)機(jī)等)。以三相交流為輸入、直流輸出的整流電路，含有高次諧波，其次數(shù)隨整流器的脈動(dòng)數(shù)而定。

3、循環(huán)變流器(交-交變頻器)如大型的變頻裝置。交-交變頻器除產(chǎn)生整數(shù)次的高次諧波外，還產(chǎn)生旁諧波和次諧波。

4、交-直-交變頻器。交流電動(dòng)機(jī)若由交-直-交變頻器供電，而交直流整流部分不論采用二極管或晶閘管均產(chǎn)生高次諧波電流。

5、氣體放電燈。如氣體放電燈(熒光燈、高壓鈉燈和高壓汞燈的電路本身含有電弧，電弧的阻抗特性產(chǎn)生諧波電流，其中主要是三次諧波電流。

三、諧波電流的危害

1、使電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備產(chǎn)生附加損耗，加速絕緣老化、噪聲加大、效率降低，縮短設(shè)備的使用壽命。

2、在某一諧振頻率下還會(huì)使電容器組和電力系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的并聯(lián)諧振，引起很高的諧振電壓。

3、產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，引起電機(jī)角速度脈動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生機(jī)械共振。

4、使測量和計(jì)量的

5、干擾通訊設(shè)備的正常工作。

6、影響電子設(shè)備的運(yùn)行，可能造成計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)車、電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置和繼電保護(hù)等重要設(shè)備的誤動(dòng)作和距動(dòng)作。

四、案例一

位于本市開發(fā)區(qū)工業(yè)園的某電子廠，該廠主要負(fù)荷有熔煉爐90kW、電阻退火爐80kW、連續(xù)擠壓機(jī)180kW、縱剪機(jī)4kW、收卷機(jī)4.5kW、水泵4.5kW氣泵7.5kW及其他電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷。其中上述負(fù)荷其中電阻爐采用三相半控橋式整流電路，連續(xù)擠壓機(jī)，縱剪機(jī)等采用變頻器調(diào)速，這些設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，其中熔煉爐也為電弧爐之一會(huì)產(chǎn)生2、3、4、5、6、7等高次諧波。

A、治理措施。

為抑制均衡的3次諧波電流傳回電源，采用D，yn11變壓器進(jìn)行隔離，因?yàn)镈，yn11接法的變壓器可以讓3、9、15次等諧波在變壓器原邊繞住內(nèi)形成回路，而不注入我公司10kV電網(wǎng)。

2、為避免電容器對(duì)3、5、7次等諧波電流放大及電容器投入困難，在無功補(bǔ)償電容器前串聯(lián)12%的電抗器。

3、由于在電容器前串聯(lián)了12%的電抗器，會(huì)使電容器兩端電壓升高。為解決這一問題，選用BSMJ金屬氧化膜自愈式干式電容器，電容器額定電壓采用0.45kV。

4、為了降低設(shè)備投資費(fèi)用，本工程采用靜態(tài)補(bǔ)償。為解決電容器合閘涌流的影響，自動(dòng)控制回路的接觸器選用能有效地抑制合閘涌流的CJ19-63/220型接觸器。

5、為防止諧波對(duì)計(jì)量表計(jì)的影響，該廠選用常規(guī)感應(yīng)式電度表進(jìn)行計(jì)量。

五、案例二

位于本市安居區(qū)工業(yè)園的某印刷廠，該廠主要負(fù)荷為刮刀機(jī)、傳動(dòng)機(jī)、分切機(jī)、壓光機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，其中促鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)，其他都是三相異步變頻調(diào)速電機(jī)并采用變頻器控制，因此其諧波電流也比較大。

A、治理措施。

由于該廠印刷生產(chǎn)線自動(dòng)化程度較高，為避免諧波電流對(duì)PLC等工控器的影響，造成產(chǎn)品次品增加。采用交流濾波器抑制諧波電流。

交流濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向系統(tǒng)注入補(bǔ)償諧波電流，以抵消非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的能動(dòng)式濾波裝置。它能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受系統(tǒng)阻抗影響。其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)行損耗較大，設(shè)備造價(jià)高;在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，也會(huì)注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯(lián)諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網(wǎng)。LC濾波器結(jié)構(gòu)簡單，吸收諧波效果明顯;但僅對(duì)固有頻率的諧波有較好的補(bǔ)償效果;且補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間可能會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振。

決定對(duì)該廠的諧波治理采用與母線并聯(lián)的固定串聯(lián)LC調(diào)諧濾波器，即當(dāng)生產(chǎn)線啟動(dòng)時(shí)，LC濾波器投入，當(dāng)生產(chǎn)線停工時(shí)，LC濾波器退出;濾波器的電容器容量用來補(bǔ)償生產(chǎn)線諧波源所需的無功功率，原無功補(bǔ)償柜的電容器要求能滿足其它設(shè)備的無功補(bǔ)償，同時(shí)控制器更換為帶諧波閉鎖功能的補(bǔ)償控制器，以便諧波畸變率超限時(shí)切除電容器。對(duì)于3、5、7次諧波采用單調(diào)諧濾波器。

六、結(jié)束語

電能質(zhì)量對(duì)供配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有較大影響。有關(guān)部門在《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》中，提出了“誰干擾，誰污染，誰治理”的原則，并指出:為保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，全面保障電能質(zhì)量是電力企業(yè)和用戶共同的責(zé)任和義務(wù)。只有各方面都重視起來，進(jìn)行治理，才能還電網(wǎng)一個(gè)干凈的環(huán)境。[來源:論文天下論文網(wǎng) lunwentian

參考文獻(xiàn):

《城市電網(wǎng)諧波手冊》

《工廠與民用配電設(shè)計(jì)手冊》

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》