|
一、概述 二、諧波危害 2.1通訊干擾
非線性負(fù)荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對(duì)與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)，在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。
2.2同步發(fā)電機(jī)的影響
電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)，特別是以非線性負(fù)荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)，高次諧波對(duì)其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發(fā)電機(jī)的額定出力。
2.3對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的影響
諧波引起電機(jī)角速度脈動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)械共振。對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩都有影響。
2.4對(duì)電力電容器的影響
由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對(duì)諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化，介質(zhì)損失系數(shù)tgδ增大，容易發(fā)生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過(guò)負(fù)荷而出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險(xiǎn)的諧振。此時(shí)，電容器成倍地過(guò)負(fù)荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無(wú)法運(yùn)行。伴隨著諧振，在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過(guò)電壓，造成電氣元件及設(shè)備故障或損壞，嚴(yán)重時(shí)影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
2.5對(duì)電纜線路絕緣的影響
對(duì)電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過(guò)電壓時(shí)，可能引起放炮并擊穿電纜。
2.6對(duì)變壓器的影響
諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會(huì)造成主變聲音異常。
2.7對(duì)測(cè)量?jī)x的影響
高次諧波會(huì)引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負(fù)誤差。
2.8對(duì)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置等的影響
當(dāng)諧波電壓水平較高時(shí)，對(duì)供電系統(tǒng)的電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負(fù)序系統(tǒng)的高次諧波電流對(duì)具有負(fù)序電流諧波濾波裝置的繼電保護(hù)裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠(yuǎn)動(dòng)裝置的工作。
2.9對(duì)整流裝置的影響
高次諧波對(duì)脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。
由于諧波的這些危害，所以在設(shè)計(jì)和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電時(shí)，必須滿足國(guó)家制訂的諧波標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。
抑制和消除諧波，主要?dú)w結(jié)為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統(tǒng)注入公共連接點(diǎn)的
諧波電流符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
三、公用電網(wǎng)諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下：
3.1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見(jiàn)表1：
表1
3.2諧波電流允許值
3.2.1公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過(guò)表2中規(guī)定的允許值。當(dāng)公共連接點(diǎn)的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時(shí)，表2中的諧波電流允許值的換算為：
Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp
式中：Sk1——公共連接點(diǎn)的最小短路容量，MVA；
Sk2——基準(zhǔn)短路容量，MVA；
Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A；
Ih——短路容量為Sk1時(shí)的第h次諧波電流允許值。
表2注入公共連接的諧波電流允許值
續(xù)表2注入公共連接的諧波電流允許值
3.2.2同一公共接點(diǎn)的每個(gè)用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點(diǎn)的協(xié)議容量與其公共接點(diǎn)的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配。分配的計(jì)算方式見(jiàn)下式：
Im=Ih(Si/St)1/α
式中：Im——公共接點(diǎn)處第i個(gè)用戶的第h次諧波電流允許值，A；
Ih——按式(1)換算的第h次諧波電流允許值，A；
Si——第i個(gè)用戶的用電協(xié)議容量，MVA；
St——公共接點(diǎn)的供電設(shè)備容量，MVA；
α——相位迭加系數(shù)，按表3取值。
表3
四、諧波電流發(fā)生量
4.1整流裝置諧波電流理論值
整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運(yùn)行于正常條件下所產(chǎn)生的諧波。正常條件下的電源為三相對(duì)稱系統(tǒng)，供電回路為三相對(duì)稱回路。對(duì)于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒(méi)有差異。若整流裝置運(yùn)行于非正常條件下除產(chǎn)生特征諧波外，還產(chǎn)生非特征諧波。
特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數(shù)由整流相數(shù)決定?？梢杂靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的通式來(lái)表達(dá)。如以p代表相數(shù)（脈波數(shù)），k為正整數(shù)，則特征諧波次數(shù)為n=kp±1。
特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關(guān)，工程應(yīng)用可由曲線查得。
非特征諧波可能具有連續(xù)的幅值頻譜，其諧波次數(shù)不可能用一個(gè)簡(jiǎn)單的通式來(lái)表達(dá)。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導(dǎo)，但很困難且不準(zhǔn)確。通常數(shù)值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但個(gè)別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時(shí)應(yīng)調(diào)整整流裝置的觸發(fā)系統(tǒng)，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數(shù)需增加，投資需增大。
4.2交流電弧爐諧波電流發(fā)生量
煉鋼電弧爐在熔化期間內(nèi)，由于電弧特性是非線性的，將產(chǎn)生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負(fù)兩部分也是不對(duì)稱的，說(shuō)明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。
電弧爐諧波電流的頻率是一組連續(xù)頻譜，其中整數(shù)諧波2、3、4、5、6、7次的幅值較大，而非整數(shù)次幅值較小。
在熔化期內(nèi)，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設(shè)計(jì)不宜采用瞬時(shí)峰值，應(yīng)按最嚴(yán)重一段時(shí)間內(nèi)的諧波電流平均值考慮。對(duì)一運(yùn)行的電弧爐，最好通過(guò)測(cè)試取得。對(duì)新建或無(wú)條件測(cè)試的可參考表三選取。
表4
五、諧波治理方法
5.1增大供電系統(tǒng)對(duì)諧波的承受能力；提高系統(tǒng)的短路容量；采用較高電壓供電。
5.2減小諧波發(fā)生量：增加整流裝置的脈動(dòng)數(shù)、增大換向電抗、改善觸發(fā)對(duì)稱度；同類型非線性負(fù)荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。
5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數(shù)或采用合適參數(shù)串聯(lián)電抗器。
5.4安裝電力諧波濾波裝置
加大系統(tǒng)的短路容量難以實(shí)現(xiàn)，增加整流器的等效相數(shù)也受到限制，當(dāng)?shù)刃鄶?shù)超過(guò)12相時(shí)，需增加移相設(shè)備，同時(shí)會(huì)帶來(lái)維修運(yùn)行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。
諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補(bǔ)償無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
5.5抑制快速變化諧波的措施
快速變化的諧波源(如電弧爐、電力機(jī)車、晶閘管供電的軋機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等)除產(chǎn)生諧波外，往往還引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，抑制快速變化諧波的技術(shù)措施就是在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜補(bǔ)裝置，又稱動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。靜補(bǔ)裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。
目前技術(shù)上較成熟，工程上應(yīng)用較多的有下述四種基本形式：
1.自飽和電抗器；2.晶閘管控制電抗器；3.晶閘管控制高漏抗變壓器；4. 晶閘管投切電容器。
我公司開(kāi)發(fā)的“晶閘管過(guò)零觸發(fā)裝置”專利技術(shù)，應(yīng)用于晶閘管投切電容器動(dòng)態(tài)諧波濾波裝置，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度達(dá)到了晶閘管控制電抗器動(dòng)態(tài)諧波濾波裝置性能，其對(duì)諧波的吸收效果優(yōu)于晶閘管控制電抗器動(dòng)態(tài)諧波濾波裝置。
5.6有源電力濾波器
有源電力濾波器是運(yùn)用電力電子技術(shù)，向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。
目前國(guó)內(nèi)有源電力濾波器產(chǎn)品功率較小，價(jià)格較高，尚未大量使用。
有源電力濾波器技術(shù)是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。
六、電力高次諧波濾波裝置
6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類
諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一)
a：?jiǎn)握{(diào)諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。
b：雙調(diào)諧諧波濾波器：可代替兩個(gè)單調(diào)諧諧波濾波器，只有一個(gè)電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。
c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。
d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調(diào)諧大，通常用于較高次諧波。
e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。
f：“C”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，R的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。
最常用的諧波濾波器為單調(diào)諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。
6.2 諧波濾波器的原理
我們以單調(diào)諧諧波濾波器為例來(lái)介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）
流入系統(tǒng)的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）
其中：
In——諧波電流發(fā)生量；
Isn——流入系統(tǒng)的諧波電流；
Xsn——系統(tǒng)的諧波阻抗；
Xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。
諧波濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））
其中：
Xfn——諧波濾波器的總阻抗；
Rfn——諧波濾波器的總電阻
f——流過(guò)諧波濾波器的電流的頻率
L——電抗器的電感量
C——電容器的電容量
當(dāng)在某次諧波下2πfL—1/（2πfC）=0時(shí)，
Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。
一般地，Rfn＜＜Xsn，此時(shí)Isn＜＜In。
諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統(tǒng)。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。
6.3諧波濾波裝置的設(shè)置原則
諧波濾波裝置的設(shè)置原則如下：
a、諧波濾波裝置投運(yùn)后，系統(tǒng)電壓總畸變率和流入系統(tǒng)電流必須滿足國(guó)家頒布的諧波管理規(guī)定。
b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實(shí)現(xiàn)集中濾波和無(wú)功補(bǔ)償。安裝于車間可實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地補(bǔ)償。兩者各有利弊。
c、諧波濾波裝置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮背景諧波和近期發(fā)展的非線性負(fù)荷。留有一定裕量。
6.4諧波濾波裝置設(shè)計(jì)步驟
6.4.1設(shè)計(jì)諧波濾波裝置時(shí)用戶應(yīng)提供以下資料：
a、公共連接點(diǎn)（P.C.C.點(diǎn)）的最小短路容量(Sk1，MVA)。
b、變壓器銘牌參數(shù)。
c、每臺(tái)用電設(shè)備容量。
d、諧波源設(shè)備工作方式(整流方式、工作原理)
e、最好能提供實(shí)測(cè)電能質(zhì)量參數(shù)。
6.4.2諧波濾波裝置容量的確定
諧波濾波裝置總?cè)萘看_定的基本原則：
a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國(guó)標(biāo)（GB/T14549-93）規(guī)定的范圍之內(nèi)。
b、諧波濾波裝置的基波無(wú)功輸出要滿足無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男枰?。在滿足上述技術(shù)要求前提下，裝置容量不宜過(guò)大。一則會(huì)使投資增加，二則會(huì)使母線或系統(tǒng)電壓升高。
6.4.3諧波濾波裝置的支路設(shè)置
諧波濾波裝置一般分為幾個(gè)支路，根據(jù)諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小設(shè)置各支路的參數(shù)，在滿足負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償需要量、滿足公共連接點(diǎn)（P.C.C.點(diǎn)）的電壓畸變率和流入系統(tǒng)各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產(chǎn)生并聯(lián)電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。
諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或理論計(jì)算確定?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試能準(zhǔn)確測(cè)量出系統(tǒng)中存在的諧波量的次數(shù)和大小，為諧波濾波裝置的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參數(shù)。
6.4.4諧波濾波裝置的結(jié)構(gòu)和性能
諧波濾波裝置由濾波電容器、調(diào)諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開(kāi)關(guān)柜等主要設(shè)備組合而成。一般裝有2—4個(gè)單調(diào)諧諧波濾波裝置，有時(shí)包括一個(gè)高通諧波濾波裝置或“C”式諧波濾波裝置，依不同場(chǎng)合具體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)而定。
6.5諧波濾波裝置的運(yùn)行操作與維護(hù)保養(yǎng)
a、濾波裝置必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行運(yùn)行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。
b、高壓諧波濾波裝置運(yùn)行時(shí)，任何人不得進(jìn)入安全網(wǎng)門(mén)內(nèi)。諧波濾波裝置切除后，經(jīng)10分鐘放電，并進(jìn)行可靠接地后，安全網(wǎng)門(mén)內(nèi)方可進(jìn)入。
c、當(dāng)諧波濾波裝置室溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)降溫設(shè)備。
d、濾波電容器和調(diào)諧電抗器應(yīng)定期測(cè)量C（uf）、tgδ、L（mh）、絕緣電阻等。
e、諧波濾波裝置室應(yīng)定期清掃，遇有風(fēng)雪或風(fēng)沙天氣，應(yīng)關(guān)閉門(mén)窗。
我公司擁有多套諧波濾波裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。我們?cè)笧槟峁┮韵路?wù)：
a、諧波在線測(cè)量
包括各種非線性負(fù)荷的諧波電流發(fā)生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統(tǒng)背景諧波等。
b、諧波評(píng)估
實(shí)測(cè)或理論計(jì)算諧波發(fā)生量及其危害的預(yù)測(cè)，并提出治理的初步方案。
c、濾波裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)
包括設(shè)備參數(shù)選擇、最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)和主要組件的設(shè)備設(shè)計(jì)以及工廠設(shè)計(jì)。
d、提供濾波裝置成套設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備安裝或安裝指導(dǎo)。
e、濾波裝置現(xiàn)場(chǎng)調(diào)諧試驗(yàn)。
f、現(xiàn)場(chǎng)裝置的指標(biāo)考核。 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
