諧波的危害及其抑制方法

諧波的危害及其抑制方法■定n^-藪諧波的危害及其抑制方法摘要】隨著工業(yè)、農業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長，對供電質量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質量(PowerQuality)受到人們的日益重視。隨著我國電能質量治理工作的深入開展，基于瞬時無功功率理論的有源濾波器進行諧波治理將會有巨大的市場潛力。綜合動態(tài)的諧波治理措施并同時考慮電網(wǎng)的無功功率補償問題，是電力企業(yè)當前面臨的一大課題。關鍵詞】高次諧波，危害，抑制，變頻器隨著工業(yè)、農業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長，對供電質量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質量(PowerQuality)受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機場、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場合的計算機系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計算機系統(tǒng)無法正常運行，將會帶來巨大的經(jīng)濟損失。電梯、空調等變頻設備、電視機、計算機、復印機、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一部分，如果這些裝置不能正常運行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機、計算機、電子式照明設備、變頻調速裝置、開關電源、電弧爐等用電負載大都是非線性負載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)電源的波形畸變，增加諧波成份。國際電工委員會(IEC)已于1988年開始對諧波限定提出了明確的要求。美國IEEE電子電氣工程師協(xié)會于1992年制定了諧波限定標準IEEE1000。在IEEEstd.5191992標準中明確規(guī)定了計算機或類似設備的諧波電壓畸變因數(shù)(THD)應在5%以下，而對于醫(yī)院、飛機場等關鍵場所則要求THD應低于3%。1電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生1.1電源本身諧波由于發(fā)電機制造工藝的問題，致使電樞表面的磁感應強度分布稍稍偏離正弦波，因此，產(chǎn)生的感應電動勢也會稍稍偏離正弦電動勢，即所產(chǎn)生的電流稍偏離正弦電流。當然，幾個這樣的電源并網(wǎng)時，總電源的電流也將偏離正弦波。1.2由非線性負載所致1.2.1非線性負載諧波產(chǎn)生的另一個原因是由于非線性負載。當電流流經(jīng)線性負載時，負載上電流與施加電壓呈線性關系；而電流流經(jīng)非線性負載時，則負載上電流為非正弦電波，即產(chǎn)生了諧波。1.2.2主要非線性負載裝置開關電源的高次諧波，它由五部分組成：一次整流、開關振蕩回路、二次整流、負載和控制，這幾個部分產(chǎn)生的噪聲不完全一樣；這幾種干擾可以通過電源線等產(chǎn)生輻射干擾，也可以通過電源產(chǎn)生傳導干擾。變壓器空載合閘涌流產(chǎn)生諧波；單相電容器組開斷時的瞬態(tài)過電壓干擾;電壓互感器鐵磁諧振過電壓；整流器和逆變器產(chǎn)生的諧波電壓、電流；電弧爐運行引起電壓波動。2諧波的危害2.1污染公用電網(wǎng)如果公用電網(wǎng)的諧波特別嚴重，則不但使接入該電網(wǎng)的設備(電視機、計算機等)無法正常工作，甚至會造成故障，而且還會造成向公用電網(wǎng)的中性線注入更多電流，造成超載、發(fā)熱，影響電力正常輸送。2.2影響變壓器工作諧波電流，特別是3次(及其倍數(shù))諧波侵入三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對Y形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵入變壓器的中性線的3次諧波電流會使中性線發(fā)熱。2.3影響繼電保護的可靠性如果繼電保護裝置是按基波負序量整定其整定值大小，此時，若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能會引起負序保護裝置的誤動作，影響電力系統(tǒng)安全。2.4加速金屬化膜電容器老化在電網(wǎng)中金屬化膜電容器被大量用于無功補償或濾波器，而在諧波的長期作用下，金屬化膜電容器會加速老化。2.5增加輸電線路功耗如果電網(wǎng)中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流會使輸電線路功耗增加。如果輸電線是電纜線路，與架空線路相比，電纜線路對地電容要大10-20倍，而感抗僅為其1/3?1/2，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。2.6增加旋轉電機的損耗國際上一般認為電動機在正常持續(xù)運行條件下，電網(wǎng)中負序電壓不超過額定電壓的2%，如果電網(wǎng)中諧波電壓折算成等值基波負序電壓大于這個數(shù)值，則附加功耗明顯增加。2.7影響或干擾測量控制儀器、通訊系統(tǒng)工作例如，直流輸電中，直流換流站換相時會產(chǎn)生3?10kHz高頻噪聲，會干擾電力載波通信的正常工作。3諧波抑制技術3.1整機電源需留有較大貯備量為了使測量、控制裝置能滿足負載較大變化范圍，因此在設計整機電源時，可給予較大貯備量，一般選取0.5?1倍余量；3.2對干擾大的設備與測控裝置采用不同相線供電因為測量、控制裝置的許多干擾是由電源線竄入的，因此在規(guī)劃供電線路時，對干擾大的設備與測控裝置采用不同相線供電。3.3將測量、控制裝置的供電與動力裝置的供電分開將測量、控制裝置的供電與動力裝置的供電分開。因為動力裝置的負荷變動大，測量、控制、微機及電視機的負荷小，動力裝置產(chǎn)生的干擾大，供電電源分開后，測量、控制、微機及電視機的電源與動力裝置的電源相互隔離，可以大大減少通過電源線的干擾。3.4其余抑制高次諧波的技術3.4.1開關電源干擾的抑制技術一般采用的辦法是：電源濾波、屏蔽及減少開關電源本身干擾能量。采用電源濾波器。其中C1、C2具有抑制串模干擾，L1、L2可以抑制共模干擾，而C4、C3可以抑制串共模干擾。電源濾波器可以阻止電網(wǎng)中的干擾進入開關電源，也可以阻止開關電源的干擾進入電網(wǎng)。屏蔽技術可以有效地防止向外輻射干擾。減少開關電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合，以減少變壓器漏感。還可以在高頻整流二極管上串入可飽和磁芯線圈，利用流過反向電流時，因磁芯不飽和而產(chǎn)生的較大電勢阻止反向電流上升。3.4.2變壓器空載合閘涌流抑止方法根據(jù)方程(1)，如果合閘時，=(即Ul=Ulm便合閘)，則：l=—mcos(t+)=msint(4)沒有暫態(tài)分量，合閘后磁通立即進入穩(wěn)定狀態(tài)，理論上可以避免沖擊涌流過程。3.4.3抑制單相電容器組開斷瞬態(tài)過電壓方法如果采用選相斷路器投切電容器，則可以消除或大大降低投切電容器產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓，從而使接在母線上的電力電子調速系統(tǒng)可以穩(wěn)定地工作，接在母線上的其余設備也可不受過電壓干擾的影響。3.4.4抑制電壓互感器鐵磁諧振方法其方法是要使它脫離諧振區(qū)。電壓互感器的伏安特性U=f(IL),系統(tǒng)對地電容的伏安特性U=f(IC)和合成伏安特性U=f(IL—IC),在oa區(qū)間，合成電流呈容性，合成電流隨電壓上升而增加，在ab區(qū)間鐵芯飽和導致XL電抗減少(電感電流非線性急劇增長)，最后使合成電流仍為容性，合成電流隨電壓上升而減少，所以ab區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)間，在b點合成電流為零，這時XL=XC(IC=IL)，發(fā)生并聯(lián)諧振。采用中性點不接地的電壓互感器或采用電容分壓器可以從根本上避免鐵磁諧振。3.4.5抑止整流和逆變產(chǎn)生的諧波在變頻器前加裝電源濾波器。一種成本比較低的方法是在電源側加裝三只680f250VAC的電容，(分別接在L—N，L—grond，N—grond上)這種方法可使電磁干擾電流降至原來的1/10，效果較明顯；變頻器的電源電纜采用屏蔽電纜，屏蔽電纜穿鐵管并接地，輸出電纜也穿鐵管并接地，屏蔽層應在接變頻器處和電機處兩端都接地。3.4.6抑止電弧爐運行時的干擾在合適地段加入電容補償裝置，補償無功波動；可以重新安排供電系統(tǒng)。4結束語隨著我國電能質量治理工作的深入開展，基于瞬時無功功率理論的有源濾波器進行諧波治理將會有巨大的市場潛力。綜合動態(tài)的諧波治理措施并同時考慮電網(wǎng)的無功功率補償問題，是電力企業(yè)當前面臨的一大課題。但是要消除諧波污染，除在電力系統(tǒng)中大力發(fā)展高效的濾波措施外