电能质量及谐波治理的分析

时间：2020-09-10

【摘要】近几年来，随着国民经济的快速发展对供电企业的电网建设日趋完善，以及自动控制系统(如DCS等)在配电网中的广泛使用，为了减少电解整流装置及变频器产生的谐波对电网的污染，需对于配电网谐波所产生的主要的原因进行分析与治理，不但可以有效的降低供电线路的电能损耗，还能有效的增加了电力设备的使用寿命。

【关键词】电能质量;原因;危害;治理

引言

电能质量就是供电电压特性，即关系到用电设备工作(或运行)的供电电压和电流各种指标偏离理想值(额定值或标称值)的程度。电能质量的指标包括：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降.波形缺口等，理想的电能质量是频率为50Hz、三相平衡、电压电流波形为单一频率的正弦波。

1 谐波产生的原因分析

电网谐波来自于三个方面:一是发电源质量不高产生谐波;二是输配电系统产生谐波;三是用电设备产生谐波。其中用电设备产生的谐波较多。

谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，使所加的电压与电流不成线性关系而造成的波形畸变。引起波形畸变的谐波源是多种多样的，例如各种非线性元件，包括大容量的晶闸管换流装置、硅整流器及电弧炉等非线性负载，数量众多的家用电器等等。另外电力系统不对称运行和不对称故障以及电弧的非线性特性等等，均可引起高次谐波。针对厦门同安地区主要是以下电力设备产生谐波污染：

(1)晶闸管整谎设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。

(2)变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于釆用了相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外,还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大,随着变频调速的发展，对电网注入的谐波也不容忽视。

(3)电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。

(4)旋转电动机。交流电动机磁场的磁路是由定子磁辄、定子齿与空气隙等组成的闭合回路。当铁心未饱和时，可认为时磁通势是集中在两个空气隙。若空气隙是均匀的，则磁通势也是沿定、转子表面均匀分布而不是正弦分布，将它分解可得谐波分量，在电压、电流中会由相应分量产生。

(5)开关模式电源(SMPS)。现代大多数的电子设备都使用开关模式电源，其特点是它不能从电网中汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流，此脉冲电流含有大量3次及高次谐波分量。

2 翔安地区谐波现状

目前同安地区电网的工业负荷类型较复杂多样，包括水泥生产企业、机械加工行业、造纸行业、饮料造酒行业、陶瓷加工企业、金属加工企业等;翔安地区电网的工业负荷主要有钢铁电子纺织化工厂冶金铸造汽车焊机行企业等。这些企业中均大量使用各种电机、中频炉、电弧炉、整流逆变装置、电弧炉、中频炉、开关器件等电力电气器件，这些设备在运行过程中产生大量的谐波注入电网，对电网造成严重的谐波污染，导致了较大的安全隐患。

3 谐波的危害性有以下几点

(一)由于谐波电流的不稳定性，在工业生产中和电机旋转磁场相互作用产生的不稳定脉动转矩会造成电机的震动，当电机的机械系统的自然频率在受到上述转矩的激发而可能引起共振时，则会损坏电机设备，更有甚者会危及人身安全。对电子线路设备造成不稳定工作状态，严重时以致无法正常稳定的工作，或因参数波动较大，影响正常使用。

(二)谐波电流能对继电保护装置产生干扰,甚至造成保护装置误动作。因为控制设备的工作电压和电流通常都是按照工业频率和正弦波形设计的，能承受的不稳定电流有限，谐波会使正常工作条件受到干扰，严重时将造成误动或拒动，而引起和扩大事故。同时，谐波还可以使电能的生产、传输和利用率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

(三)在无功补偿电容与电力系统中的电感，电缆和架空混合线路以及用电性质复杂(居民用户和工业用户)的线路构成了局部电感、电容回路，它们的组合有时会对某次谐波电流起到放大作用，加剧了谐波危害。当它们构成的局部谐波回路的频率与系统中存在的某次谐波频率相近时,就会造成危险的过电流和过电压。

(四)谐波电流影响测量仪表的精度，造成电能计量误差。同时干扰通信线路的正常工作，引起测量仪表动作产生错误，使电能计量出现混乱。

4 对谐波的综合治理

(一)定期进行谐波检测。配电网主管部门要定期组织专业技术人员定期对所辖电网进行系统分析，并做出正确测量和科学的记录、统计,以确定谐波源的具体位置和产生的原因。在配电网谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。

(二)应用无源滤波装置。当前，在国内对配电网中无源滤波装置是应用为有效的谐波治理措施之一。无源滤波装置具有成本低、技术成熟、补偿无功等优点，其利用电感、电容等元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流。但是在实际应用中，要注意控制滤波补偿的负载参数，以防止滤波特性的改变。我司110KV变电站就是采用成熟的35KV级无源滤波装置，在35kV侧I、II段母线各上一套TBBC-L-35的固定滤波补偿装置，该装置集电网谐波滤波、无功补偿于一体，可以滤除电网谐波同时补偿电网中的无功功率。每套无源滤波装置5次、7次、11次兼高通滤波支路的安装容量分别为3600kvar、3000kvar, 4800kvar,总安装容量11400kvar,其中基波补偿容量为8092kvar,则主变无功补偿量 2*8092kvar,余下13.136Mvar的无功功率分别在低压变、配电室就地补偿，使功率因数达到0.95。

(三)对于电容器进行改造。由于当配电网频率增加时，电容性电抗会随之减少的特性。电容器对供电电压的谐波分量特别敏感，即相对较小比例的谐波电压可以引起很大的电流流入电容回路。如果电容器组或电力系统所连接的电抗的自然频率接近与一个特定的谐波，就会发生局部谐振。因此，在配电网中电流增高时,可以釆用以下的方法：有源电力滤波器，混和滤波器，并联谐波滤波器或谐波治理电抗器。

(四)降低电流波形。在配电网谐波的综合治理中，虽然滤波电路可以有效的治理电流的干扰，但是对于解决电流波形出现畸变现象仍然存在一定的技术漏洞。在配电网谐波治理中通过有效的措施降低电流波形，使其不产生畸变，进而达到科学减少电流谐波含量的效果。

5 安科瑞谐波治理装置

5.1安科瑞有源电力滤波器产品介绍

ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

5.2有源电力滤波器技术参数及选型

6 结束语

以上所述，主要对于谐波是影响配电网整体供电质量的关键性因素。因此，我们在配电网的管理和检测当中，供电企业要求各级电力主管部门要提高电网谐波的预防与治理工作，降低谐波的含量，防止配电系统的电压和电流出现畸变，从而产生谐波。

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