電源質(zhì)量及諧波治理簡(jiǎn)介

電源質(zhì)量及諧波治理江蘇騰基電力1.概述電力設(shè)備運(yùn)行中的問(wèn)題和故障，通常都是由于電網(wǎng)電氣參數(shù)波動(dòng)或瞬間干擾所引起，如：電壓波動(dòng)、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡、功率因數(shù)過(guò)低、缺相運(yùn)行等。長(zhǎng)期以來(lái)，這些導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行故障、維修工作量增加及增耗電費(fèi)的情況受到用戶和供電部門的廣泛關(guān)注。近年來(lái), 電力網(wǎng)中非線性負(fù)載的逐漸增加是全世界共同的趨勢(shì)，如變頻驅(qū)動(dòng)或晶閘管整流直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、重要負(fù)載所用的不間斷電源(UPS) 、節(jié)能熒光燈系統(tǒng)等，這些非線性負(fù)載將導(dǎo)致電網(wǎng)污染，電力品質(zhì)下降，引起供用電設(shè)備故障, 甚至引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)事故等。世界上包括我國(guó)的一些建筑物突發(fā)火災(zāi)被證明與電力污染有關(guān)。電力污染及電力品質(zhì)惡化主要表現(xiàn)在以下方面：電壓波動(dòng)、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡等。2.電源污染的危害電源污染會(huì)對(duì)用電設(shè)備造成嚴(yán)重危害，主要有：* 干擾通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或死機(jī)。* 影響無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、核磁共振等設(shè)備的工作性能, 造成噪聲干擾和圖像紊亂。* 引起電氣自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。* 使電氣設(shè)備過(guò)熱，振動(dòng)和噪聲加大，加速絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。* 造成燈光亮度的波動(dòng)(閃變)，影響工作效益。* 導(dǎo)致供電系統(tǒng)功率損耗增加。3.電源污染的種類3.1 電壓波動(dòng)及閃變電壓波動(dòng)是指多個(gè)正弦波的峰值，在一段時(shí)間內(nèi)超過(guò)(低于)標(biāo)準(zhǔn)電壓值，大約從半周波到幾百個(gè)周波，即從10MS到2.5秒, 包括過(guò)壓波動(dòng)和欠壓波動(dòng)。普通避雷器和過(guò)電壓保護(hù)器，完全不能消除過(guò)壓波動(dòng)，因?yàn)樗鼈兪怯脕?lái)消除瞬態(tài)脈沖的。普通避雷器在限壓動(dòng)作時(shí)有相當(dāng)大的電阻值，考慮到其額定熱容量(焦?fàn)?，這些裝置很容易被燒毀，而無(wú)法提供以后的保護(hù)功能。這種情況往往很容易忽視掉，這是導(dǎo)致計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和敏感設(shè)備故障或停機(jī)的主要原因。另一個(gè)相反的情況是欠壓波動(dòng)，它是指多個(gè)正弦波的峰值，在一段時(shí)間內(nèi)低于標(biāo)準(zhǔn)電壓值，或如通常所說(shuō)：晃動(dòng)或降落。長(zhǎng)時(shí)間的低電壓情況可能是由供電公司造成或由于用戶過(guò)負(fù)載造成，這種情況可能是事故現(xiàn)象或計(jì)劃安排。更為嚴(yán)重的是失壓，它大多是由于配電網(wǎng)內(nèi)重負(fù)載的分合造成，例如大型電動(dòng)機(jī)、中央空調(diào)系統(tǒng)、電弧爐等的啟停以及開關(guān)電弧、保險(xiǎn)絲燒斷、斷路器跳閘等，這些都是通常導(dǎo)致電壓畸變的原因。大型用電設(shè)備的頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致電壓的周期性波動(dòng),如電焊機(jī)、沖壓機(jī)、吊機(jī)、電梯等,這些設(shè)備需要短時(shí)沖擊功率,主要是無(wú)功功率。電壓波動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備功率不穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量下降；燈光的閃變引致眼睛疲勞,降低工作效率。3.2 浪涌沖擊浪涌沖擊是指系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)過(guò)(低)電壓,即時(shí)間不超過(guò)1毫秒的電壓瞬時(shí)脈沖，這種脈沖可以是正極性或負(fù)極性，可以具有連串或振蕩性質(zhì)。它們通常也被叫作：尖峰、缺口、干擾、毛刺或突變。IBM公司對(duì)電壓畸變進(jìn)行了深入研究，結(jié)果如下：畸變類型 畸變數(shù)目 畸變發(fā)生相隔天數(shù) 低電壓1569 2.1 過(guò)電壓103 32.2 停電 65 51.0 操作過(guò)電壓2831 1.2 脈沖過(guò)電壓1673 2.0 總 計(jì) 6244電網(wǎng)中的浪涌沖擊既可由電網(wǎng)內(nèi)部大型設(shè)備(電機(jī)、電容器等)的投切或大型晶閘管的開斷引起，也可由外部雷電波的侵入造成。浪涌沖擊容易引起電子設(shè)備部件損壞，引起電氣設(shè)備絕緣擊穿；同時(shí)也容易導(dǎo)致計(jì)算機(jī)等設(shè)備數(shù)據(jù)出錯(cuò)或死機(jī)。3.3 諧波線性負(fù)載，例如純電阻負(fù)載，其工作電流的波形與輸入電壓的正弦波形完全相同，非線性負(fù)載，例如斬波直流負(fù)載，其工作電流是非正弦波形。傳統(tǒng)的線性負(fù)載的電流/電壓只含有基波(50Hz)，沒(méi)有或只有極小的諧波成分，而非線性負(fù)載會(huì)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生可觀的諧波。諧波與電力系統(tǒng)中基波疊加，造成波形的畸變，畸變的程度取決于諧波電流的頻率和幅值。非線性負(fù)載產(chǎn)生陡峭的脈沖型電流，而不是平滑的正弦波電流，這種脈沖中的諧波電流引起電網(wǎng)電壓畸變，形成諧波分量，進(jìn)而導(dǎo)致與電網(wǎng)相聯(lián)的其它負(fù)載產(chǎn)生更多的諧波電流。計(jì)算機(jī)是此類非線性負(fù)載之一，象絕大多數(shù)辦公室電子設(shè)備一樣，計(jì)算機(jī)裝有一個(gè)二極管/電容型的供電電源，這類供電電源僅在交流正弦波電壓的峰值處產(chǎn)生電流，因此產(chǎn)生大量的三次諧波電流(150Hz)。其它產(chǎn)生諧波電流的設(shè)備主要有：電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器，固態(tài)加熱器，和其他一些產(chǎn)生非正弦波變化電流的設(shè)備。熒光燈照明系統(tǒng)也是一個(gè)重要的諧波源，在普通的電磁整流器燈光電路中，三次諧波的典型值約為基波(50Hz)值的13%-20%。而在電子整流器燈光電路中，諧波分量甚至高達(dá)80%。非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流會(huì)影響電力系統(tǒng)的多個(gè)工作環(huán)節(jié)，包括變壓器，中性線，還有電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)和電容器等。諧波電流會(huì)導(dǎo)致變壓器，電動(dòng)機(jī)和備用發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度(K參數(shù))嚴(yán)重升高。中性線上的過(guò)電流(由諧波和不平衡引起)不僅會(huì)使導(dǎo)線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會(huì)在三相變壓器線圈中產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致變壓器過(guò)熱。無(wú)功補(bǔ)償電容器會(huì)因電網(wǎng)電壓諧波畸變而產(chǎn)生過(guò)熱，諧波將導(dǎo)致嚴(yán)重過(guò)流；另外，電容器還會(huì)與電力系統(tǒng)中的電感性元件形成諧振電路，這將導(dǎo)致電容器兩端的電壓明顯升高，引致嚴(yán)重故障。照明裝置的啟輝電容器對(duì)于由高頻電流引起的過(guò)熱也是十分敏感的，啟輝電容器的頻繁損壞顯示了電網(wǎng)中存在諧波的影響。諧波還會(huì)引起配電線路的傳輸效率下降，損耗增大，并干擾電力載波通訊系統(tǒng)的工作，如電能管理系統(tǒng)(EMS)和時(shí)鐘系統(tǒng)。而且，諧波還會(huì)使電力測(cè)量表計(jì)，有功需量表和電度表的計(jì)量誤差增大。3.4 三相不平衡三相不平衡會(huì)在中性線上產(chǎn)生過(guò)電流(由諧波和不平衡引起)不僅會(huì)使導(dǎo)線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會(huì)在三相變壓器線圈中產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致變壓器過(guò)熱, 甚至引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)事故等。4.電源污染的治理現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的精密電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)需要穩(wěn)定的高品質(zhì)的供電電壓，隨著電力污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，各國(guó)紛紛出臺(tái)治理措施和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)生電力污染的設(shè)備提出明確的限制。IEEE-519-1992就是應(yīng)這樣的需要而制定的。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)最初是由用戶和供電部門聯(lián)合發(fā)起制定的，旨在限制過(guò)電壓和配電系統(tǒng)中的電流畸變。諧波畸變的測(cè)試點(diǎn)被稱為耦合點(diǎn)或PCC，該點(diǎn)通常位于計(jì)量電表處。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在耦合點(diǎn)處，單次諧波電壓畸變率允許值為基波電壓的3%。一方面這可以滿足計(jì)量電表的精度，另一方面能保證用戶系統(tǒng)中負(fù)載引起的諧波問(wèn)題對(duì)公用供電系統(tǒng)的影響在可接受的范圍。應(yīng)用IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)注意它只適用于用戶系統(tǒng)與公用供電系統(tǒng)之間的限制要求，并不涉及用戶系統(tǒng)內(nèi)局部電源質(zhì)量的問(wèn)題，而大多數(shù)諧波是在用戶設(shè)備產(chǎn)生的而不是在公用電網(wǎng)產(chǎn)生的。我國(guó)1993年頒布實(shí)施了GB/T14549-1993,規(guī)定電壓奇次諧波畸變率4%,偶次諧波畸變率4%；注入電網(wǎng)的諧波電流38A(3次)，61A(5次)，43A(7次)等。對(duì)于現(xiàn)有供電網(wǎng)絡(luò)或待建電網(wǎng)中的電力污染情況，要進(jìn)行仔細(xì)分析，通常解決的方法有兩個(gè)：一是局部重組電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分離或隔離產(chǎn)生電力污染的設(shè)備；二是使用電源凈化濾波設(shè)備進(jìn)行治理，通常電壓諧波是由電流諧波產(chǎn)生的，有效地抑制電流諧波就會(huì)使電壓畸變達(dá)到要求的范圍。國(guó)內(nèi)外很多單位已開始重視電源污染的治理, 投資安裝電源凈化濾波裝置, 取得了提高電源品質(zhì)和節(jié)能的雙重效果。 * 串聯(lián)電抗器* 有源濾波補(bǔ)償* 無(wú)源濾波補(bǔ)償* 增加整流設(shè)備的相數(shù)* 安裝各種突波吸收保護(hù)裝置,如避雷器等目前，無(wú)源濾波補(bǔ)償是實(shí)際應(yīng)用最多、效果較好、價(jià)格較低的解決方案，它包括三種基本形式：串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波(串并混合)。其中串聯(lián)濾波主要適用于三次諧波的治理；低通濾波主要適用于高次諧波的治理；并聯(lián)濾波是一種綜合裝置，它可濾除多次諧波，同時(shí)提供系統(tǒng)的無(wú)功功率，是應(yīng)用最廣泛的電源凈化濾波裝置。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補(bǔ)償技術(shù)日益成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。較傳統(tǒng)的無(wú)源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)，它具有功能多，適應(yīng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著價(jià)格的不斷下降，應(yīng)用將日益普遍。有源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)在很多重要場(chǎng)所應(yīng)用效果非常好。ActiveSine電網(wǎng)有源濾波補(bǔ)償裝置是一種高科技的電力電子產(chǎn)品，采用模擬和數(shù)字邏輯電路進(jìn)行電流檢測(cè)和電流注入的工作原理，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流波形，濾除波形中的基波(50/60Hz)成分，將剩余部分的波形反向，通過(guò)控制IGBTs的觸發(fā)，將反向電流注入供電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)波動(dòng)、抑制諧振、提高功率因素等功能。產(chǎn)品為成套設(shè)備，體積小、占地少、安裝操作方便，并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線或用電設(shè)備旁，可落地安裝或掛墻安裝。SineWave有源濾波補(bǔ)償裝置是第一種改進(jìn)型的第二代有源濾波補(bǔ)償裝置，采用DSP和IGBTs電子技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流諧波，將反向諧波電流注入供電系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)濾除諧波、提高功率因素等功能。它具有兩種工作模式：全局濾波和特定濾波，特別適用于三相四線制的三相不平衡負(fù)載。產(chǎn)品帶有遠(yuǎn)方報(bào)警(干觸點(diǎn))，可遠(yuǎn)方控制，并帶有Jbus/RS-485通訊接口(可選)，安裝操作方便，并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線或用電設(shè)備旁，可落地安裝或掛墻安裝。LongWay信號(hào)電源凈化柜 工礦企業(yè)內(nèi)部的交流信號(hào)(控制)電源，如電氣化鐵路站、石化、鋼鐵、鋁廠等，經(jīng)常受到供電電源的嚴(yán)重污染，包括各種諧波、浪涌沖擊、電壓突變及雷擊干擾等。電源質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)經(jīng)常誤動(dòng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行安全。深圳市龍?jiān)措姎庥邢薰驹谖諊?guó)外專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出的信號(hào)電源凈化柜，集多種功能于一體，可廣泛應(yīng)用于站內(nèi)的信號(hào)電源系統(tǒng)的改造。主要功能包括：雙路電源互投、凈化電源、穩(wěn)定電壓、保護(hù)控制設(shè)備安全等。ElectroFlow電源凈化濾波安全裝置是世界上唯一擁有多種線路校正電路的集成無(wú)源濾波補(bǔ)償裝置，它采用先進(jìn)的微電腦控制及多級(jí)L-C補(bǔ)償回路，以梯級(jí)邏輯的方式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)視、抑制及補(bǔ)償供電線路上的各種干擾和諧波，平衡三相，穩(wěn)定電壓，提高功率因素，改善供電質(zhì)量，保設(shè)備并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線或用電設(shè)備旁。電源質(zhì)量術(shù)語(yǔ)* 干擾量在電氣系統(tǒng)中引起不希望的電磁量變化(電量或磁量)。即使暫時(shí)不導(dǎo)致干擾和影響，這個(gè)量也稱為干擾量。* 抗干擾性電氣設(shè)備在一定干擾量下不發(fā)生功能錯(cuò)誤的能力。只有電氣設(shè)備的抗干擾性大于干擾水平時(shí)，才能保證設(shè)備正?？煽窟\(yùn)行。*電磁兼容性干擾量的特定值。是指電氣設(shè)備抗干擾水平和干擾發(fā)射水平的基準(zhǔn)。因?yàn)楦蓴_量超出這個(gè)特定值的概率很小，所以在一個(gè)電氣系統(tǒng)中設(shè)備能保持正常運(yùn)行。* 接電點(diǎn)(PCC)接電點(diǎn)是指公用電網(wǎng)與接電用戶的最近點(diǎn)，同時(shí)也連接其它用戶或者可以連接其它用戶。* 諧波頻率為基波頻率(50Hz)整數(shù)倍的正弦分量。* 中間諧波頻率不為基波頻率(50Hz)整數(shù)倍的正弦分量。* 諧波次數(shù)諧波頻率波頻率的比值，對(duì)于中間諧波，其次數(shù)不為整數(shù)。* 閃變照明設(shè)備光密度波動(dòng)的主觀現(xiàn)象。*電壓波動(dòng)一系列有規(guī)律或無(wú)規(guī)律的電壓改變。電網(wǎng)電壓有效值的單次改變，沒(méi)有形狀或延續(xù)參數(shù)。*浪涌電網(wǎng)中設(shè)備投切引致的電磁暫態(tài)過(guò)程，表現(xiàn)為電壓(流)毛刺或尖峰。*零線電流低壓電網(wǎng)中由于三相負(fù)載不對(duì)稱和非線性負(fù)載產(chǎn)生3次諧波電流，可導(dǎo)致零線電流達(dá)到相電流1倍甚至3倍，由于零線導(dǎo)線的截面通常選為相線的一半，這將導(dǎo)致零線嚴(yán)重過(guò)熱，甚至引發(fā)火災(zāi)。同時(shí)由于變