電能質(zhì)量和諧波控制

電力設備運行中的問(wèn)題和故障通常是由電網(wǎng)電氣參數的波動(dòng)或瞬時(shí)干擾引起的，如電壓波動(dòng)、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡、功率因數低、缺相運行等。長(cháng)期以來(lái)，這些導致設備故障、維護工作量增加、耗電量增加的情況一直受到用戶(hù)和供電部門(mén)的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，電網(wǎng)中非線(xiàn)性負載的逐漸增加是世界各的普遍趨勢，如變頻驅動(dòng)或晶閘管整流DC驅動(dòng)設備、計算機、用于重要負載的不間斷電源、節能熒光燈系統等。這些非線(xiàn)性負載會(huì )導致電網(wǎng)污染、電能質(zhì)量下降、供電設備故障，甚至發(fā)生嚴重的火災事故。包括中在內的世界上一些建筑物的突然火災已被證明與電力污染有關(guān)。電力污染和電能質(zhì)量惡化主要表現在以下幾個(gè)方面：電壓波動(dòng)、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡等。2.電力污染的危害電力污染會(huì )對電氣設備造成嚴重危害，主要包括：*干擾通訊設備、計算機系統等電子設備的正常運行，造成數據丟失或死機。*影響無(wú)線(xiàn)電傳輸系統、雷達系統、核磁共振等設備的工作性能，造成噪聲干擾和圖像混亂。*電氣自動(dòng)裝置誤操作，甚至發(fā)生嚴重事故。*電氣設備過(guò)熱，增加振動(dòng)和噪音，加速絕緣老化，縮短使用壽命，甚至失效或燒毀。*導致燈光亮度波動(dòng)(閃爍),影響工作效率。*導致供電系統的功率損耗增加。3.電源污染的類(lèi)型3.1電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)是指多個(gè)正弦波的峰值，在一段時(shí)間內超過(guò)(低于)標準電壓值，從半個(gè)周期到幾百個(gè)周期，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)電壓保護器根本無(wú)法消除過(guò)電壓波動(dòng)，因為它們是用來(lái)消除瞬態(tài)脈沖的。普通避雷器在限壓運行時(shí)電阻值相當大?？紤]到它們的額定熱容量(焦耳)，這些設備容易燒毀，并且不能提供未來(lái)的保護功能。這種情況往往容易被忽視，是導致電腦、控制系統、敏感設備故障或關(guān)機的主要原因。另一種相反的情況是欠壓波動(dòng)，指多個(gè)正弦波的峰值，在一段時(shí)間內低于標準電壓值，或者俗稱(chēng)：抖動(dòng)或下降。長(cháng)期低壓情況可能是供電公司或用戶(hù)過(guò)載造成的，可能是事故現象，也可能是有計劃的安排。更嚴重的是失壓，大多是配電網(wǎng)中的重負荷分合閘造成的，如大型電動(dòng)機、中央空調系統、電弧爐、開(kāi)關(guān)電弧、熔斷熔斷器、斷路器跳閘等的啟停。這是電壓失真的常見(jiàn)原因。大型電氣設備頻繁啟動(dòng)導致電壓周期性波動(dòng)，如電焊機、燙金機、起重機、電梯等。這些設備需要短期脈沖功率，主要是無(wú)功功率。電壓波動(dòng)導致設備功率不穩定，產(chǎn)品質(zhì)量下降；燈光閃爍會(huì )導致眼睛疲勞，降低工作效率。3.2浪涌是指系統的短期過(guò)電壓(低電壓)，即時(shí)間小于1毫秒的瞬時(shí)電壓脈沖，可以是正極性的，也可以是負極性的，可以具有串聯(lián)或振蕩性質(zhì)。它們通常也被稱(chēng)為尖峰、間隙、干擾、毛刺或突變。IBM對電壓畸變進(jìn)行了深入研究，結果如下：畸變類(lèi)型、畸變數、畸變相隔天數、低壓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，合計6244。電網(wǎng)中的浪涌沖擊可能是由打開(kāi)和關(guān)閉大型設備(電機、電容器等)引起的。)電網(wǎng)內部，或者受到外部雷電波的入侵。浪涌沖擊容易造成電子設備元器件損壞，造成電氣設備絕緣擊穿；同時(shí) #p#分頁(yè)標題#e#

傳統線(xiàn)性負載的電流/電壓只含有基波(50Hz)，沒(méi)有或只有極小的諧波成分，而非線(xiàn)性負載會(huì )在電力系統中產(chǎn)生相當大的諧波。電力系統中諧波與基波疊加造成波形畸變，畸變程度取決于諧波電流的頻率和幅值。非線(xiàn)性負載產(chǎn)生陡脈沖電流，而不是平滑正弦波電流。該脈沖中的諧波電流引起電網(wǎng)電壓畸變，形成諧波分量，導致與電網(wǎng)相連的其他負載產(chǎn)生更多的諧波電流。計算機就是這樣的非線(xiàn)性負載之一。和大多數辦公電子設備一樣，電腦也裝有二極管/電容電源，只在交流正弦波電壓的峰值產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生大量的三次諧波電流(150Hz)。其他產(chǎn)生諧波電流的裝置主要有：電機變頻調速器、固態(tài)加熱器等產(chǎn)生非正弦可變電流的裝置。熒光燈照明系統也是一個(gè)重要的諧波源。在常見(jiàn)的電磁整流照明電路中，三次諧波的典型值約為基波(50Hz)的13-20倍。在電子鎮流器照明電路中，諧波成分甚至高達80%。非線(xiàn)性負載產(chǎn)生的諧波電流會(huì )影響電力系統的許多工作環(huán)節，包括干式變壓器、中性線(xiàn)、電動(dòng)機、發(fā)電機和電容器等。諧波電流會(huì )導致干式變壓器、電動(dòng)機和備用發(fā)電機的運行溫度(k參數)嚴重升高。中性線(xiàn)上的過(guò)流(諧波和不平衡引起的)不僅會(huì )使導體溫度升高，造成絕緣損壞，還會(huì )在三相干式變壓器的線(xiàn)圈中產(chǎn)生環(huán)流，導致干式變壓器過(guò)熱。由于電網(wǎng)電壓的諧波畸變，無(wú)功補償電容器會(huì )過(guò)熱，導致嚴重的過(guò)流；此外，電容器將與電力系統中的電感元件形成諧振電路，這將導致電容器兩端的電壓顯著(zhù)增加，并導致嚴重故障。照明裝置的啟動(dòng)電容對高頻電流引起的過(guò)熱也非常敏感。起動(dòng)電容器頻繁損壞說(shuō)明電網(wǎng)中諧波的影響。諧波還會(huì )導致配電線(xiàn)路的傳輸效率降低，損耗增加，干擾電力載波通信系統的運行，如電力管理系統(ems)和時(shí)鐘系統。此外，諧波還會(huì )增加功率計、有功需求計和電表的測量誤差。3.4三相不平衡三相不平衡會(huì )在中性線(xiàn)上產(chǎn)生過(guò)電流(由諧波和不平衡引起)，不僅會(huì )使導線(xiàn)溫度升高，造成絕緣損壞，而且會(huì )在三相干模式下進(jìn)行變換。

器線(xiàn)圈中產(chǎn)生環(huán)流，導致干式變壓器過(guò)熱,甚至引發(fā)嚴重火災事故等。4.電源污染的治理現代電力系統中的精密電子設備，如計算機、控制系統需要穩定的高品質(zhì)的供電電壓，隨著(zhù)電力污染問(wèn)題日益嚴重，各紛紛出臺治理措施和相關(guān)標準，對產(chǎn)生電力污染的設備提出明確的限制。IEEE-519-1992就是應這樣的需要而制定的。這個(gè)標準較初是由用戶(hù)和供電部門(mén)聯(lián)合發(fā)起制定的，旨在限制過(guò)電壓和配電系統中的電流畸變。諧波畸變的測試點(diǎn)被稱(chēng)為耦合點(diǎn)或PCC，該點(diǎn)通常位于計量電表處。標準規定在耦合點(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(mǎn)足計量電表的精度，另一方面能保證用戶(hù)系統中負載引起的諧波問(wèn)題對公用供電系統的影響在可接受的范圍。應用IEEE-519標準時(shí)，應注意它只適用于用戶(hù)系統與公用供電系統之間的限制要求，并不涉及用戶(hù)系統內局部電源質(zhì)量的問(wèn)題，而大多數諧波是在用戶(hù)設備產(chǎn)生的而不是在公用電網(wǎng)產(chǎn)生的。我1993年頒布實(shí)施了GB/T14549-1993 電能質(zhì)量.公用電網(wǎng)諧波 ,規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。對于現有供電網(wǎng)絡(luò )或待建電網(wǎng)中的電力污染情況，要進(jìn)行仔細分析，通常解決的方法有兩個(gè)：一是局部重組電網(wǎng)結構，分離或隔離產(chǎn)生電力污染的設備；二是使用電源凈化濾波設備進(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 )使電壓畸變達到要求的范圍。內外很多單位已開(kāi)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)和節能的雙重效果。電源污染的治理主要有以下幾種方法： *串聯(lián)電抗器 *有源濾波補償 *無(wú)源濾波補償 *增加整流設備的相數 *安裝各種突波吸收保護裝置,如避雷器等目前，無(wú)源濾波補償是實(shí)際應用較多、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)提供系統的無(wú)功功率，是應用較廣泛的電源凈化濾波裝置。近年來(lái)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補償技術(shù)日益成熟，并得到了廣泛應用。較傳統的無(wú)源濾波補償系統，它具有功能多，適應性好及響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)價(jià)格的不斷下降，應用將日益普遍。有源濾波補償系統在很多重要場(chǎng)所應用效果非常好。ActiveSine電網(wǎng)有源濾波補償裝置是一種高科技的電力電子產(chǎn)品，采用模擬和數字邏輯電路進(jìn)行電流檢測和電流注入的工作原理，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測負載電流波形，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中，實(shí)現濾除諧波、動(dòng)態(tài)補償系統波動(dòng)、抑制諧振、提高功率因素等功能。產(chǎn)品為成套設備，體積小、占地少、安裝操作方便，并聯(lián)安裝于配電系統母線(xiàn)或用電設備旁，可落地安裝或掛墻安裝。SineWave有源濾波補償裝置是較好種改進(jìn)型的第二代有源濾波補償裝置，采用DSP和IGBTs電子技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測負載電流諧波，將反向諧波電流注入供電系統中，從而實(shí)現濾除諧波、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(xiàn)制的三相不平衡負載。產(chǎn)品帶有遠方報警(干觸點(diǎn))，可遠方控制，并帶有Jbus/RS-485通訊接口(可選)，安裝操作方便，并聯(lián)安裝于配電系統母線(xiàn)或用電設備旁，可落地安裝或掛墻安裝。LongWay信號電源凈化柜工礦企業(yè)內部的交流信號(控制)電源，如電氣化鐵路站、石化、鋼鐵、鋁廠(chǎng)等，經(jīng)常受到供電電源的嚴重污染，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)題導致信號系統經(jīng)常誤動(dòng)，嚴重影響生產(chǎn)運行安全。深圳市龍源電氣有限公司在吸收外專(zhuān)業(yè)技術(shù)的基礎上，研制開(kāi)發(fā)出的信號電源凈化柜，集多種功能于一體，可廣泛應用于站內的信號電源系統的改造。主要功能包括：雙路電源互投、凈化電源、穩定電壓、保護控制設備安全等。ElectroFlow電源凈化濾波安全裝置是世界上唯一擁有多種線(xiàn)路校正電路的集成無(wú)源濾波補償裝置，它采用先進(jìn)的微電腦控制及多級L-C補償回路，以梯級邏輯的方式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監視、抑制及補償供電線(xiàn)路上的各種干擾和諧波，平衡三相，穩定電壓，提高功率因素，改善供電質(zhì)量，保障用電設備的安全，同時(shí)實(shí)現節能降耗的功能。設備并聯(lián)安裝于配電系統母線(xiàn)或用電設備旁。電源質(zhì)量術(shù)語(yǔ) *干擾量在電氣系統中引起不希望的電磁量變化(電量或磁量)。即使暫時(shí)不導致干擾和影響，這個(gè)量也稱(chēng)為干擾量。 *抗干擾性電氣設備在一定干擾量下不發(fā)生功能錯誤的能力。只有電氣設備的抗干擾性大于干擾水平時(shí)，才能保證設備正?？煽窟\行。 *電磁兼容性干擾量的特定值。是指電氣設備抗干擾水平和干擾發(fā)射水平的基準。因為干擾量超出這個(gè)特定值的概率很小，所以在一個(gè)電氣系統中設備能保持正常運行。 *接電點(diǎn)(PCC)接電點(diǎn)是指公用電網(wǎng)與接電用戶(hù)的較近點(diǎn)，同時(shí)也連接其它用戶(hù)或者可以連接其它用戶(hù)。 *諧波頻率為基波頻率(50Hz)整數倍的正弦分量。 *中間諧波頻率不為基波頻率(50Hz)整數倍的正弦分量。 *諧波次數諧波頻率波頻率的比值，對于中間諧波，其次數不為整數。 *閃變照明設備光密度波動(dòng)的主觀(guān)現象。 *電壓波動(dòng)一系列有規律或無(wú)規律的電壓改變。 *電壓改變電網(wǎng)電壓有效值的單次改變，沒(méi)有形狀或延續參數。 *浪涌電網(wǎng)中設備投切引致的電磁暫態(tài)過(guò)程，表現為電壓(流)毛刺或尖峰。 *零線(xiàn)電流低壓電網(wǎng)中由于三相負載不對稱(chēng)和非線(xiàn)性負載產(chǎn)生3次諧波電流，可導致零線(xiàn)電流達到相電流1倍甚至3倍，由于零線(xiàn)導線(xiàn)的截面通常選為相線(xiàn)的一半，這將導致零線(xiàn)嚴重過(guò)熱，甚至引發(fā)火災。同時(shí)由于干式變壓器無(wú)零序磁通回路，零線(xiàn)電流將導致干式變壓器產(chǎn)生很大的漏磁，嚴重干擾計算機顯示器和其它電子設備的正常運行。解決的辦法主要有零線(xiàn)濾波器或有源濾波器。 來(lái)源：中電力諧波監測及濾波工程技術(shù)網(wǎng)#p#分頁(yè)標題#e#