污染谐波

污染谐波（共7篇）

污染谐波 篇1

谐波是指在电能传输过程汇总, 电力系统的周期性电压和电流进行相互分解, 产生的一种频率为基数的整数倍的电量。而这种电量会使电能在传输过程中受到严重的干扰, 直接对电力设备造成危害、对用电质量造成污染。因此, 在这个电器不可或缺的时代中, 面对谐波的污染, 怎样有效地控制成为人们重视的话题。

1 谐波产生的背景和研究意义

1.1 谐波产生的背景

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意, 而当时是由于德国在使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变造成了严重的谐波污染, 是其电器设备严重损坏。

目前, 电能已成为人们生活中的一部分, 是人类社会中重要的能源之一。但是, 由于经济的节奏的加快, 工业用电、农业用电的需求也不断增加, 谐波问题也频繁的产生。

1.2 研究目的与意义

以前由于接入供电系统的非线性设备较小, 系统中引起的谐波电流也很小, 所以当时谐波对电力质量的影响不大。但是, 现在电子技术的不断发展, 各种大功率电器的广泛运用, 谐波对人们的生产和生活也产生了严重的影响。目前, 随着用电需求量的增大, 对谐波的防治工作已成为工作人员的必须关注的话题。因此, 有效的防止谐波的污染, 提高用电质量成为了我们研究谐波问题的主要目的。

2 谐波污染和治理研究现状

对于谐波的治理, 不同的国家有着不同的方案。就目前国内而言, 我国的工业、农业已成为谐波污染问题的“重灾区”, 就此问题我国曾多次召开学术研讨会议进行研究。在工业、农业的生产中, 由于用电设备的大量投入, 使本来每台向电网注入的谐波电流不大的设备, 造成的谐波电流变得巨大, 从而使谐波污染过为严重, 使得电动机、电压器的电力设备的电能消耗增大、使用寿命缩短。

2.1 谐波污染现状

现在社会中, 人们对电能的需求日益剧增。而谐波的出现导致电力质量下降, 电能无故损失, 许多大功率用电设施寿命缩短, 使电力的供应是否能达到人们的生活、生产标准已成为电力工作者们必须考虑的问题。在现代智能化建筑建设中, 谐波的产生容易导致电气设备运行不畅, 使得电动机在运行的过程中发生巨大的损耗, 还对电动机的运转产生相关的振动和噪音;在工业生产中, 谐波的产生不但时刻影响着生产线的运转、经济的发展, 还存在这严重的安全隐患。由于近年来科技的不断进步, 大量的先进设备的引入, 使得我国的经济水平不断地发展, 但是谐波的污染也变得极为严重。例如:计算机系统, 开关电源、电子式荧光整流器等先进设备在应用时容易产生供电系统的电压和电流发生不确定的畸变, 而出现大量谐波, 使其电能的消耗变得巨大。

由于谐波问题的严重危害, 不但使接入电网的设备无法正常运转, 还让供电系统中性线承受的电能过大, 影响着供电系统的电力输送能力, 是人们的用电质量不高。因此, 谐波问题得到有关部门的高度重视。谐波危害主要表现在以下几个方面:

2.1.1 由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍, 高频电流流过导体

时, 因集肤效应的作用, 使导体对谐波电流的有效电阻增加, 从而增加了设备的功率损耗、电能损耗, 使导体的发热严重, 严重影响了用电设备和电力系统的性能和寿命。

2.1.2 影响继电保护和自动装置的工作和可靠性。

2.2 治理措施

想要有效的减少谐波的污染, 我们必须从谐波的检测方面入手, 通过对电网谐波的检测来找到谐波的产生根源———谐波的污染和具体分布情况, 然后从中找寻具体的治理措施。

3 谐波检测研究的主要作用和基本要求

3.1 电力系统谐波检测的主要作用

电力系统中的谐波检测, 是解决谐波问题的出发点。只有的分布情况了解详细, 才能让谐波在社会中的污染得到高效、合理的防止。谐波检测的主要作用有以下几个方面:

3.1.1 鉴定时间电力系统及谐波源的谐波水平是否符合标准规定包括对所有谐波源设备投运时的检测。

3.1.2 电气设备调试投运时谐波检测以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。

3.1.3 谐波故障或异常原因的检测。

3.1.4 谐波专题测试如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。

3.2 电力系统谐波检测的基本要求。

电力系统谐波检测的基本要求主要有以下几个内容:

3.2.1 谐波测量方法和数据处理都必须遵照1993年国家颁布的标准进行实施。

3.2.2 精度要求。为了达到减少误差和精确测量的目的须制定一些测量精度以表示抗御噪音、杂波等非特征信号分量的能力。

3.2.3 速度要求。要求具有较快的动态跟踪能力。

3.2.4 鲁棒性好。在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波。

3.2.5 实践代价小。此想要求往往与上述要求相冲突在实践中应酌情考虑在达到应有要求的前提下应力求获得较高的性能价格比。

4 检测方法

4.1 硬件检测

实际的谐波检测装置因应用的时期、场合和要求不同而形式各异。按照测量功能分类可分为频谱分析仪和谐波分析仪。按测量原理分类可分为模式式和数字式测量仪器。按测量功用分类可分为谐波分析仪和谐波检测仪。

4.2 滤波装置

目前, 我国采用的滤波器主要有无源滤波装置和有源滤波器。无源滤波装置主要采用LC回路, 并联于系统中, LC回路的设定, 只能针对于某一次谐波, 即针对于某一个频率为低阻抗, 使得该频率流经为其设定的LC回路, 达到消除 (滤除) 某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时, 在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单, 成本低, 但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。而有源滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等, 但方向相反的谐波电流, 用以抵销网络中的谐波电流, 这种装置的主要元件是大功率电力元件, 成本高, 在其额定功率范围内, 原则上能全部滤除干净。

4.3 人工神经网络技术

人工神经网络技术自从面世后发展非常迅速, 并且随着神经网络的发展, 在电力系统中的应用也日益深入, 如负荷预测、优化调度、谐波检测与预测等, 并在工程应用上取得一些较好成效。基于神经网络的检测方法主要涉及模型的构建、样本的确定和算法的选择, 利用神经网络实现谐波和无功电流的检测对周期性及非周期性电流都具有良好的快速跟踪能力, 对高频随机干扰也有较好的识别能力。

结束语

由于社会中各种电器产品的投入市场, 谐波对用电设备和电力系统的危害也逐渐蔓延, 已经严重的影响了我们的生产和生活。如何有效的控制谐波, 使其达到国家标准, 已成为相关工作人员必须考虑的问题。只有这样才能让人们的生产和生活水平得到有效的提高。相信随着科技的进步, 谐波的检测技术和防护措施也将不断完善, 逐步达到社会发展的需求, 让人们的生活更加便利。

污染谐波 篇2

1 谐波产生背景及研究意义

1.1 产生背景

电力是现代人类社会生产与生活不可缺少的一种能源形式, 是国际能源消费的主要模式。电能作为一种新型的能源产品, 一旦被生产出来, 那它就会被消耗掉。随着用电器的不断增多, 用电的需求量在不断的增长, 要确保供电量可以源源不断的被提供, 只有不断的增强电力系统的管理, 以及电力系统的运输才可以较好的完成工业生产以及家庭用户对电能的需求量。

1.2 研究目的与意义

随着国民经济的发展与人民生活水平的提高, 电力电子产品广泛的应用在人们生活和生产的各领域, 但是电力电子装置所带来的谐波问题严重影响着电力系统的稳定、安全、经济运行, 使电力系统中运行中存在着潜在威胁。对谐波问题进行检测已成为电力工作人员的工作重点。电谐波的检测技术在不断的发展, 使得其广泛的应用在各种电网电能运输中, 由传统的直接电能输出, 电网谐波不检测到现代化电网谐波的多样化监测, 使得电网监测在电网中的位置与作用与日俱增。

2 谐波污染与治理研究现状

关于电网谐波的污染及其治理问题, 已越来越引起世界各国的高度关注和重视。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议, 不少国家及国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准规定。

2.1 谐波污染现状

谐波是指电流中所含有的频率为基波倍数的电量, 通常在工作中对周期性的非正弦电量进行技术分解, 其他大于基波频率的电流。在智能建筑建设中谐波的产生容易造成电气设备的运行不畅, 使得电动机在运行的过程中发生巨大的损耗, 还对电动机的运转产生了相关的振动和噪音, 更有甚至是容易引发火灾险情。随着近年来科学技术的飞速发展, 大量的先进设备逐步采用, 但是由此所产生的谐波现象也在日益增多。如计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等先进设备在应用中容易造纸供电系统的电压和电流发生不确定的畸变, 这就造成了大量的谐波。其次是在公用电网的应用中本身存在着一定的谐波含量和配电变压器作为产生谐波的主要因素, 通常这些谐波都是有公用电网传输给配电系统, 造成配电系统在运行中的缺陷和问题。

2.2 治理措施

所以必须在电网进行有效的谐波的控制, 要首先对电网的谐波进行真实有效的监测普查, 以便更好的掌握到电网的谐波的污染情况, 进而对不同种类的情况进行采取适宜的技术措施。

2.2.1 使用SVC的静止的无功补偿装置。

像这样的柔性的调节装置可以进行广泛适用于抑制像电弧炉以及电气化的铁路等快速发生变化的负荷对于电网的电能质量的多种不利影响。该方法可以有效的抑制电弧炉等无功的冲击而引发的电压的波动还有闪变以及负序的电流还有提高的功率因数, 它还可以进一步的实现各个无功的功率并且快速的进行补偿调节并且实现三相的无功功率的平衡等等。像这样的柔性调节的装置可以装设在地区性的枢纽中心变电站会带来比较明显经济效益。2.2.2使用MCR的磁控电抗的综合的电力滤波的装置。像MCR的磁控电抗器它的主电路的结构是采用无源的滤波器以及有源的滤波器二者进行组合而成的。无源的滤波器可以起到主要的滤波功能, 并且可以补偿到一定数量的无功;而有源滤波器起到提高和改善无源滤波器性能的作用。

3 谐波检测研究的主要作用与基本要求

3.1 电力系统谐波检测的作用

谐波检测是谐波问题的一个重要组成部分也是研究和分析谐波问题的主要依据和出发点。谐波检测的主要作用有以下几方面:

3.1.1 鉴定实际电力系统及谐波源的谐波水平是否符合标准规定包括对所有谐波源设备投运时的检测。

3.1.2电气设备调试投运时谐波检测以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。3.1.3谐波故障或异常原因的测量。3.1.4谐波专题测试如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。

3.2 电力系统谐波检测的基本要求

电力系统谐波检测的基本要求电力系统谐波检测的基本要求

3.2.1 谐波测量方法和数据处理必须遵照1993年国家颁布的标准GB/T 14549-93即《电能质量公用电网谐波》。

3.2.2精度要求。为达到减少误差和精确测量的目的须制定一些测量精度以表示抗御噪声、杂波等非特征信号分量的能力。3.2.3速度要求。要求具有较快的动态跟踪能力测量时滞性小。3.2.4鲁棒性好。在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波。3.2.5实践代价小。此项要求往往与上述要求相冲突在实践中应酌情考虑在达到应用要求的前提下应力求获得较高的性能价格比。

4 检测方法

4.1 硬件测试

实际的谐波测量装置因应用的时期、场合和要求的不同而形式各异。按测量功能分类可分为频谱分析仪和谐波分析仪。按测量原理分类可分为模拟式和数字式测量仪器。按测量功用分类可分为谐波分析仪和谐波监测仪。频谱分析仪提供谐波的频谱分布特性谐波监测仪提供谐波成分的变化情况谐波分析仪提供电压谐波、电流谐波畸变率及每次谐波含量等。

4.2 模拟滤波器

可以看到的是, 模拟的滤波器的工作原理是:如果信号不包括低于基频的次谐波时使用低通的滤波器, 如果信号里有次谐波那么使用带有通滤波器进行获取到基波的分量, 要是用减法, 那么则从信号里面减去基波的分量那也就得到了分量。这种方法在实际应用起来可以非常的简单快速, 可是像这样的检测方式存有很多不足:它对环境的非常依赖, 如果电网的频率发生波动或者是滤波器的元件的参数发生变化时那么它的效果会变得很差:根本就无法分离出基波里面有功或者是无功的分量;要是谐波频率的和基波相近时, 那么滤波器的归一化的截止频率就会很小, 它的波动特性就会变得很差;如果是当基波的频率不固定但是却在较大的范围进行波动, 那么滤波器的设计会变得很困难。

4.3 Fryze的有功电流的检测

Fryze的有功电流的检测它的工作原理是把负载的电流分解成与电压的波形相一致的分量, 而把其余的分量称之为广义的无功的电流 (这其中包括了谐波的电流) 。它所具有的缺点为:由于Fryze的功率定义是构建在平均功率的基础上, 它是需要一个周期的积分的, 如果有至少一个周期的发生延期时, 那么它就不适合负载变化频繁的地方。要是只可以同时的检测出谐波还有无功的电流, 而不可以只是检测谐波的电流或者只检测无功的电流, 它是具有较大的局限性。

结束语

本文根据电力电网谐波的自身特点, 研究适用于一系列电网谐波的检测需求方法, 并在原有的检测基础之上设计更好的电网谐波检测手段, 把电网谐波检测方法应用到实际当中去, 从而有效的减少电网谐波的污染。

摘要：随着工业生产自动化和人民生活水平的不断提高, 人们对供电质量也有了更高层次的要求。谐波作为电能质量的主要影响因素, 受到人们的广泛关注。所谓谐波, 是理想的电力系统传输中由于受到各方面原因的影响而使的这种状态无法达到, 因此对电力系统周期性电压和电流进行分解, 所得出频率为基波整数倍分量的含有量, 即为谐波。谐波的畸变次数及振幅值的大小, 直接护额顶着电网的污染、破坏程度以及电力系统中各方面设备的危害影响。

供电设备的谐波污染分析和辨识 篇3

随着生产技术水平的不断发展,电力设备被广泛地用于工业领域,工厂企业尤其是流程工业企业对电能质量和可靠性的要求提出了很高的要求,影响电网质量和可靠运行的一个问题就是供电装置的误动作,如何避免误动作,减少误动作的发生成为输配电技术中需要解决的问题之一。

1 企业供电谐波的成因分析

电力系统谐波产生的根本原因是因为在电力系统中某些用电设备、负荷的非线性特征造成的,即负载侧的电压与电流不是线性关系而导致的电压畸变[1]。在工厂企业输变电部门谐波的主要产生原因是:电力变压器产生的谐波,是由于变压器铁芯饱和,磁化曲线的非线性特性,再加上变压器设计过程中考虑到经济型因素,其工作磁密处在磁化曲线的近饱和段上面,这就导致磁化电流呈尖顶波形,从而含有了奇次谐波。与此同时,用电设备产生谐波,也是产生谐波的主要原因,其中包括各类换流装置、电子调压设备、感应炉、电弧炉以及在现代工业装备中为节能以及控制使用的各类电力电子设备等。其中变频器由于采用了相位控制,导致谐波成分更复杂,除了含有整数次谐波以外,还有分数次谐波,这类装置功率一般都比较大,变频器的谐波含量以及分布更大,对电网造成的谐波污染也越来越多。

以上这些具有非线性特性的用电设备,即便输入侧提供的是标准的正弦波电压,也会由于其非线性特性产生谐波电流并注入系统,使得系统各处电压和电流产生谐波分量,有些地方还可能由于系统参数的原因而产生谐波放大,这些用电设备产生的谐波电流大小仅仅取决于设备自身的参数以及工作状态,与系统的参数和结构无关。

2 谐波分析的模型与辨识机理

谐波源尽管是提供谐波电流的能量源,但是它的能量却是由工频的基波所提供的。非线性用电设备产生谐波电压和电流的过程,实际上就是一个消耗工频电能,并且将其中的一部分工频电能转换为各次谐波电能向系统注入的过程。由此可以看出,高次谐波是对电力系统电能质量的一种污染。

本文提出了一种基于平均影响值(MIV, Mean Impact Value)的神经网络谐波源识别方法,利用平均影响值来得到在电力系统中对电能质量影响较大的谐波源,MIV被认为是在神经网络中评价变量相关性最好的指标之一,也为解决此类问题开创了新思路。因此基于平均影响值(MIV, Mean Impact Value)的神经网络谐波源识别方法有很高的实际价值。

2.1 BP神经网络学习的原理

在只考虑一个隐含层的图1中,先给LA层单元与LB层单元之间和LB层单元与LC层单元之间连结权重以及LB层单元的阈值θi、LC层单元阈值γi赋[-ε,+ε]区间的随机值(ε<0)[2,3,4]。对每个模式对(Ak,Tk)(k=1,2,……,m),图2所示的学习流程框图按下面的过程来学习:

(1)将输入模式送至LA层,LA层单元激活值ah通过连结权重矩阵V送至LB层,产生LB层中新的净输入netbi,从而产生LB层单元输出值bi;

式中i=l,2,…,P,f为S型函数。

(2)计算LC层单元输出值:

$c{}_j=f({\displaystyle \sum _{i=1}^{p}w}{}_{ij}b{}_i+\gamma {}_j)$ (3)

式中j=1,2,…,q。

(3)计算输出LC层单元一般化误差:

dj=cj(1-cj)(T${}_j^{{\rm K}}$-cj) (4)

式中j=1,2,…,q,k=l,…m,m为总体样本数;T${}_j^{{\rm K}}$为LC层单元j的期望输出,为教师信号。

(4)计算输出LB层单元一般化误差:

$e{}_j=b{}_i(1-b{}_i){\displaystyle \sum _{j=1}^{n}w}{}_{ij}d{}_j$ (5)

式中i=1,2,…,p;上式就是将LC层单元的误差反向传播到了LB层。

(5)调整LC层单元到LB层单元的连接权重以及阈值:

Δwij=ηbidj; Δγj=ηei (6)

式中i=1,2,…,P,j=1,2,…,q,η是学习率(0<η<1)。

(6)整LB层单元到LA层单元的连接权重和阈值:

Δvhi=ηahei; Δθi=ηei (7)

式中h=l,2,…,n,j=1,2,…,q。

重复以上步骤,直至总体误差平方和$\frac{1}{2}{\displaystyle \sum _{k=1}^m{\displaystyle \sum _{j=1}^p(}}{\rm T}{}_j^{{\rm K}}-c{}_j^{{\rm K}})$能够达到足够小为止。

2.2 MIV的基本原理

Dombi和Nandi等人提出了使用MIV (Mean Impact Value)来体现神经网络中权重矩阵的变化情况[5],它是用来确定神经网络中输入神经元对于输出神经元影响程度的一个重要标准,其符号代表相关方向,绝对值大小代表了影响程度的相对重要性。具体的计算过程如下:在神经网络训练结束后,将训练样本X中每一个自变量特征在原始值的基础上分别加减20%从而构成新的两个训练样本X1和X2,将X1和X2分别作为仿真样本利用已经建好的神经网络进行仿真,得到了两个仿真结果Y1和Y2,求出Y1和Y2的差值,即为变动的自变量对于输出所产生的影响变化值(IV, Impact Value),最后将影响变化值按照观测数平均得到该自变量对于应变量在神经网络中的MIV。按照以上步骤一次算出每个自变量的MIV值,最后根据MIV的绝对值大小得到各个自变量对神经网络相对重要程度的位次表,从而判断出输入网络特征对于网络结果的影响程度大小,即可实现神经网络谐波源辨识。MIV算法流程图如图3所示。

3 谐波源辨识的实际案例分析

根据母线段各个非线性用电设备的谐波特征参量来确定谐波源以及谐波源的性质对于提高电力系统电能质量,明确相关谐波责任,从而能够有针对性地提出相关治理措施有着重要的现实意义。由于焦化5#400 V母线上的非线性电力设备主要为变频器,所以主要对5、7、11、13次谐波电流数据进行了检测和记录。实测数据来自上海石化焦化5#400 V母线,使用FLUKE 435电能质量分析仪分别对400 V母线进线侧、变频器BP1、变频器BP7、变频器BP8、变频器BP13进行了数据记录。

由于常规测量的谐波电流为实际谐波电流大小,而谐波电流与谐波源的容量有关,因此本文提出以各个变频器监测点的5、7、11、13次谐波电流以及谐波电流总畸变率为神经网络输入特征参量;以400 V母线监测点的5、7、11、13次谐波电流以及谐波电流总畸变率为神经网络输出特征参量[6]。神经网络系统结构如图4所示。

本文分别选用5#400 V母线上的各台变频器的谐波源参量作为神经网络识别的学习样本,对谐波的神经网络识别系统进行权值矩阵进行调整。

各监测点的瞬时检测数据如表1所示。

将上述数据进行神经网络训练后,对上海石化焦化5#400 V母线上测得的实际数据进行基于MIV的谐波源辨识,谐波源辨识采用的是4输入1输出的BP神经网络,训练数据300组,最大训练步数为5000,BP神经网络运行过程如图5所示,谐波源辨识结果如表2所示。

从谐波源辨识结果上可以看出,BP1是5#400 V母线上污染最严重的谐波源;而从各次谐波的污染程度上来看5次谐波电流主要由BP1和BP13注入,7次谐波电流、11次谐波电流以及13次谐波电流主要由BP1注入。由此可以判定,BP1为该段母线上最主要的谐波污染源,建议对BP1采用有源滤波器进行重点治理或是对该段母线上的5、7、11、13次谐波采用无源滤波器组进行集中治理。

4 结束语

本文提出了一种基于平均影响值(MIV, Mean Impact Value)的神经网络谐波源识别方法,利用平均影响值来得到在电力系统中对电能质量影响较大的谐波源,能够较为准确地辨识出电力系统中的主要谐波源,为电力系统谐波污染治理找到了一条新思路,具有较高的实际意义。

摘要：对大型企业供电系统设备中的谐波污染的成因进行了探讨,提出了一种基于平均影响值(MIV,Mean Impact Value)的神经网络谐波源识别方法,利用平均影响值来得到在电力系统中对电能质量影响较大的谐波源,为解决此类问题开创了新思路。基于平均影响值(MIV,Mean Impact Value)的神经网络谐波源识别方法有实际价值。

关键词：谐波,辨识,控制,神经网络

参考文献

[1]林海雪,孙树琴.电力网中的谐波[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2]韩立群.人工神经网络理论、设计及应用[M].北京:化学工业出版社,2002.

[3]余立雪.神经网络与实例学习[M].北京:中国铁道出版社,1996.

[4]周志华,曹存根.神经网络及其应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[5]Dombi G W,Nandi P,Saxe J M,et al.Prediction of rib fracture injury outcome by an artificial neural network[J].The Journal of Trauma,1995,39(5):915-921.

污染谐波 篇4

电能质量主要取决于谐波和无功功率。在谐波和无功功率中, 首先受到重视的是无功功率。与无功功率对电网的影响相比, 谐波对电网的危害更大, 而我国电网目前尚无明确的针对谐波的罚款规定, 因此谐波造成的损失难以像无功功率造成的浪费那样定量统计, 但是其危害更大、范围更广, 每年谐波引起的事故就造成巨大的间接经济损失, 比直接经济损失更大。因此, 谐波问题应该是提高电能质量的主要问题。

二、谐波

(一) 简述。

在理想的交流供电系统中, 三相交流电压是平衡的, 其幅值和频率都应是恒量, 电压和电流的波形为正弦无畸变。但在实际的电力系统运行中, 由于存在大容量电力设备、电弧炉, 以及可控硅设备、电气化铁道、电力电子变频调压设备、彩电、计算机电源、节能灯等大量非线性和快速时变的负荷, 使供电网络中电压和电流的波形不再是单一的正弦波, 而发生了畸变, 出现了各次谐波。

(二) 谐波的危害。

在电力系统中, 各种谐波源产生的谐波对电力系统环境造成污染, 影响到整个电力系统的电气环境, 包括电力系统本身和用户。谐波污染主要有以下几点危害:一是谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗, 降低发电、输电及用电设备的使用效率, 大量的3次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。二是谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外, 还会产生机械振动、噪声和过电压, 使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。三是谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 这就使上述的危害大大增加, 甚至引起严重事故。四是谐波会导致继电保护和自动装置的误动作, 并会使电气测量仪表计量不正确。五是谐波会对邻近的通信系统产生干扰, 轻者引进噪声, 降低通信质量;重者导致信息丢失, 使通信系统无法正常工作。

(三) 谐波调查和治理的意义。

在我国某些电力系统中, 上述一些危害已经多次发生, 而且谐波和负序电流产生的综合危害曾引起大容量发电机组跳闸, 况且, 随着电力电子技术的发展, 各种整流负荷大量接入电力系统, 同时, 电力系统的改造更新也大量使用了各种非线性设备。因此, 全世界把电力网络中谐波的存在称为电力网络中污染和公害。

正如环境保护法对污染源的管理一样, 对电力系统谐波的污染也必须正本清源, 由产生谐波的用户开始对涉及到的各个环节采取技术上的和管理上的措施。为搞好这项工作, 我们首先需要进行谐波实际情况调查, 摸清谐波产生的源头和分布情况, 进行谐波实测, 对各谐波源用户进行谐波监测, 摸清电网中谐波污染分布情况并及时掌握其变化, 才能逐步建立健全规章制度、管理办法, 逐步采取相应的技术措施加以治理。保证电网供给波形合格的电能, 使接入电网的各种用电设备免受谐波的干扰和危害。

三、测试点选定原则

一是谐波测试点原则上选取谐波源用户接入电网的公共连接点;二是谐波测试点要选取向谐波源用户供电的各级电压母线及引出线;三是还应将电网内部主变电站等处作为测试点, 以研究作为背景谐波给非谐波源用户带来的影响。依据这三点原则, 以齐齐哈尔电网为例选择了其中一类变电站:

(一) 给集中大谐波源供电的变电站。

齐齐哈尔一次变 (榆化) 龙沙变 (电车厂) 北关变 (电车厂) 铁东变 (车辆厂) 和中国一重降压变电站。

1. 测试时段。

应选择在谐波状况最严重的时间内测量。国标规定, 选择在电网正常供电时可能出现的最小运行方式。

2.

测试仪器的选择及实际测试。

(二) 国标规定。

一是测试仪的允许误差在一定范围内;二是测试仪器有一定抗电磁干扰能力;三是测试数据结果。因数据量太大, 这里只选取典型变电所——110kV铁东变电所的谐波测试数据。

(三) 谐波电压 (A相) 畸变率测试数据。

110kV段:电压总谐波畸变率最大值为1.385%, 平均值为1.249%, 最小值为1.052%;奇次谐波电压含有率最大值为1.264%, 平均值为1.127%, 最小值为0.934%;偶次谐波电压含有率最大值为0.124%, 平均值为0.097%, 最小值为0.077%。10kV段:电压总谐波畸变率最大值为3.425%, 平均值为3.004%, 最小值为2.327%;奇次谐波电压含有率最大值为2.996%, 平均值为2.607%, 最小值为2.070%;偶次谐波电压含有率最大值为0.628%, 平均值为0.246%, 最小值为0.098%。 35kV东母段:电压总谐波畸变率最大值为2.482%, 平均值为2.076%, 最小值为1.718%;奇次谐波电压含有率最大值为2.996%, 最大值为2.295%, 平均值为1.896%, 最小值1.635%;偶次谐波电压含有率最大值为0.375%, 平均值为0.195%, 最小值为0.081%。

四、齐齐哈尔电网谐波污染根源的分析

通过对齐齐哈尔电网的谐波污染调查及现场测试结果, 对电网谐波污染的现状、污染的程度及其分布、造成污染的主要源头, 进行了分析, 归结如下:一是齐齐哈尔电网的谐波污染已经不可忽视;二是齐齐哈尔电网的谐波污染已遍及电网的大部分地区;三是造成齐齐哈尔电网谐波污染的主要源头是整流负荷和电弧炉;四是五次以下谐波污染是齐齐哈尔电网谐波污染的一个特点, 无功补偿电容器的投入必将加重这一影响。

从发展来看, 今后的用电, 属于产生谐波污染的负荷将占绝大部分。现代化工、冶金、换流、变频设备、电弧炉、感应炉;现代的交通运输, 铁路行业将广泛的发展电气化铁路;信息传输媒介:电台、电视台、卫星通讯、电话、计算机系统电源;对传统电器具进行节能和控制的改进等等, 他们都是谐波源。这一确定无疑的趋势, 还将随着新技术的发展和应用进一步加强。

从齐齐哈尔电网来看, 为适应负荷增长的需要, 近期还要建设一批变电站, 工业的结构, 在短期内不会有很大调整, 谐波源占很大比重的现状不会改变。而城市居民用电量随着生活水平的提高会进一步加大。如前所述, 城市及居民用电大部分也是谐波源, 并且更加分散。所以从趋势而言, 除非谐波问题在设备制造和安装时用户已考虑消谐措施, 齐齐哈尔电网谐波污染的水平不会减轻而会更加明显地增加, 谐波污染的面也将会明显地扩大, 谐波污染。

五、治理齐齐哈尔电网谐波污染的对策建议

对已经投入运行的谐波源要加强监测, 根据其危害程度可分两类采取措施。

(一) 污染强、危害大的谐波源安装谐波在线监测装置, 实时监测其动向。在

110kV铁东变安装KLDL—N100在线监测系统来监测铁东变所有出线, 每周进行统计, 上报。在220kV富拉尔基一次变220kV富钢丙线安装UP—2210在线监测系统, 监测北满特钢的谐波负荷。

(二) 对危害较小的谐波源坚持定期监测。

对供电区内有谐波源负荷, 但危害不是很大的坚持每年监测一次, 如发现明显增大, 可以加装在线监测装置。对测量后发现严重超标的谐波源要进行治理, 通过各种技术措施使其总畸变率降至合格, 否则使其退出运行, 决不能使其再污染电网。

六、结语

以齐齐哈尔电网谐波污染情况为例进行调查、测量、分析后得出结论:电网的谐波污染已很严重。对新上负荷的处理是整个治理中的重中之重。首先在机制上明确, 新上电力用户在报请时, 要对其进行谐波评估。由专业部门研制谐波仿真评估系统, 对用户报送的负荷进行评估。如果谐波含量超出国标, 应要求其设计并安装消谐装置, 然后, 在其投入运行之后, 组织专业人员对其进行实负荷测试, 对照背景谐波对其进行评估, 否则坚决禁止其入网, 一定要把新的谐波源杜绝在系统之外。

摘要：本文围绕电网谐波污染程度展开调查分析, 探讨了谐波污染的危害及其治理, 为电能质量的提高提供了重要保证。

污染谐波 篇5

在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致, 非线性负载即谐波源。民用建筑电气中, 主要的谐波源有 (1) 照明系统中的照明镇流器、调光设备 (相位角控制器) 。 (2) 计算机、复印机、打印机等办公自动化设备。 (3) UPS不间断电源及开关电源。 (4) 电梯、水泵、空调等动力设备中普遍应用的变频传动装置 (VFD) (5) 其他非线形家用电器和电子设备。当电流流经这些负载时, 与所加的电压不呈线性关系, 就形成非正弦电流, 即电路中产生了谐波。非正弦波通常是周期性电气分量, , 根据法国数学家傅立叶 (M.Fourier) 分析原理证明, 任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是非正弦波, 每个谐波都具有不同的频率, 幅度与相角。谐波频率是基波频率的整倍数, 按谐波次数可以分为偶次谐波与奇次谐波。在平衡的三相系统中, 由于对称关系, 偶次谐波已经被消除了, 只有奇次谐波存在。故奇次谐波对电力系统的危害更大。对于三相整流负载, 出现的谐波电流是6n±1次谐波, 例如5、7、11、13、17、19等, 变频器主要产生5、7次谐波。谐波具有叠加性, 例如当电网中仅有3次谐波出现时, 对原有正弦基波波形影响如图1所示;当3次、5次谐波同时出现时, 就会使正弦波明显地发生了变化, 影响如图2所示。

如果继续叠加, 原正弦波就会发生质的变化。可见, 谐波对电网影响之大。

民用建筑电气中, 谐波对电网的危害主要有:

(1) 增加了变压器和用电设备的附加损耗。

由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍, 高频电流流过导体时, 集肤效应、磁滞、涡流也更大, 变压器的铜损、铁损也更大, 从而增加了变压器的、电能损耗。谐波电流还会引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固体的发热。变压器的发热程度直接影响变压器使用容量, 有可能引起变压器局部严重过热, 形成额外温升而要考虑降容问题。

(2) 电源对现代建筑输电线路影响大。

谐波流过电力电缆时, 因电缆的分布电容可放大谐波, 电缆的集肤效应加重, 使电缆过热, 附加损耗增大, 电力电缆载流能力降低或烧坏导线, 引发火灾。同时, 高次谐波含量较高的电流将使断路器的分断能力降低。这是因为当电流的有效值相同时, 波形畸变严重的电流与正弦波形的电流相比, 在电流过零处的可能较大。当存在严重的谐波电流时, 某些断路器的磁吹线圈不能正常工作, 开断将更为困难, 而且由于开断时间延长而延长了故障电流切除时间, 容易造成电弧重燃, 发生短路, 甚至断路器爆炸。

(3) 影响电力测量仪器仪表读数的准确性。

电力计量装置都是按50Hz的标准的正弦波设计的, 当供电电压或负荷电流中有谐波成分时, 会影响感应式电能表的正常工作。在有谐波源的情况下, 当采用电子式电能表计量时, 非线性负荷端, 电能表除记录了负荷吸收的基波电能外会扣除一小部分谐波电能, 从而谐波源虽然污染了电网, 却反而少交电费;而与此同时, 在线性负荷端, 电能表记录的是负荷吸收的基波电能及部分的谐波电能, 这部分谐波电能不但使线性负荷性能变坏, 而且还要多交电费。

(4) 谐波会影响办公、民用低压电器的正常运行, 使设备过热, 降低设备的效率和利用率。

计算机、绘图仪、打印机和很多家用电器、灯具既是小型或微型谐波源, 又是受谐波有害影响的电器。谐波会使计算机数据丢失程序出错, 影响自动控制的家用电器的正常工作, 如电视机、收音机、洗衣机等荧光灯的伏安特性是严重非线性的, 因此会引起严重的谐波电流, 其中3次谐波电流含量最高, 同时电网中的谐波叉会使日光灯、白炽灯异常发热减少使用寿命, 特别是对白炽灯光源的的影响, 美国tES照明手册指出, 若谐波引起电压升高5%, 则白炽灯寿命降低47%。

(5) 对通信系统产生干扰。

谐波对通信系统的干扰是一个在国际上被十分重视的问题, 对此已进行了充分的研究。谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰, 谐波干扰会引起通信系统的噪音, 降低信号的传输质量, 降低语占或图像的清晰度, 干扰严重时会破坏信号的正常传递, 引起信号的丢失, 使系统无法正常工作。在电力线载波通信的系统中, 由于谐波的影响, 造成系统误动作, 甚至无法运行。电力网中的平衡电流一般对通信系统影响不大, 而不平衡电流, 特别是不平衡谐波电流对通信系统可能产生严重的干扰。

认识到谐波的危害, 对配电网中的高次谐波的测量与治理十分的重要。谐波测量应在最严重的条件下进行。谐波的测量方法有:基于傅立叶变换的测量方法;基于瞬时无功功率理论的测量方法;基于神经网络的检测方法;基于小波分析的检测方法.以上方法是目前谐波检测的主要方法, 我们可以根据不同的情况选择测量算法。傅立叶算法是目前谐波测量中最基本的方法, 广泛应用于谐波测量仪器当中;以瞬时无功功率理论为基础, 可以得出实时检测有源电力滤波器的谐波和无功电流的方法, 也可应用于无功补偿等谐波抑制领域;小波分析和人工神经网络是目前谐波测量方法的热门问题, 是正在研究的新方法、新理论, 它可以提高谐波测量的实时性和精度。随着电网中非线性负荷的增多, 谐波污染日益严重。今后的谐波测量算法应该从简单的函数分析方法向复杂的数值分析和信号处理方向发展, 同时这些算法应该是智能化的。谐波测量装置, 按测量功能分有频谱分析仪和谐波分析仪。民用建筑电气中, 根据测量得出:荧光灯、紧凑节电灯、电脑、电视、电冰箱、洗衣机、单相变频空调等, 谐波电流的特征频率为3、.5、7次, 而3次最大;三相变频调速风机、水泵、电梯谐波电流的特征频率为5、7、11次, 而5次最大。抑制谐波方法基本思路有三, 其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波, 其二是对电力电子装置本身进行改造, 使其不产生谐波, 且功率因数可控制为1, 其三是市电网络中采用适当措施来抑制谐波, 具体方法有以下几种:

(1) 安装适当电抗器

变频器输入侧功率因数取决于装置内部AC-DC变换电路系统, 可利用并联功率因数教正DC电抗器, 电源侧串联AC电抗器方法, 使进线电流THDV大约降低30%-50%, 是不加电抗器谐波电流一半左右。

(2) 装设有源电力滤波器

除传统LC调试滤波器目前还应用外, 目前谐波抑制一个重要趋势是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中, 实时从补偿对象中检测出谐波电流, 由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等, 方向想反补偿电流, 使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化谐波进行跟踪补偿, 其特性不受系统影响, 无谐波放大危险, 倍受关注, 日本等国已获广泛应用。

(3) 采用多相脉冲整流

条件允许或是要求谐波限制比较小情况下, 可采用多相整流方法。12相脉冲整流THDV大约为10%-15%, 18相脉冲整流THDV约为3%-8%, 满足国际标准要求。缺点是需要专用变压器, 不利于设备改造, 价格较高。

(4) 使用滤波模块组件

目前市场上有很多专门用于抗传导干扰滤波模件或组件。这些滤波器具有较强干扰能力, 同时还具有防用电器本身干扰传导给电源, 有些还兼有尖峰电压吸收功能, 对各类用电设备有很多好处。

(5) 开发新型变流器

大容量变流器减少谐波主要方法是采用多重化技术。几千瓦到几百千瓦高功率因数整流器主要采用PWM逆变器可构成四象限交流调速用变频器。这种变频器输出电压、电流为正弦波, 输入电流也为正弦波, 且功率因数为1, 还可以实现能量双向传递, 代表了这一技术发展方向。

(6) 选用D-YN11接线组别三相配电变压器三相变压器中把高压侧绕组接成三角形, 低压绕组为星型且中性点和“11”连接以保证相电动势接近于正弦形, 避免相电动势波形畸变影响。此时, 由区低压电网供电220V负荷, 线路电流不会超过30A, 可用220V单相供电, 否则应以220/380V三相四线供电。

总之, 一般住宅建筑, 尚未发现谐波造成严重后果实例的报导。现阶段, 可不考虑以滤波器抑制谐波而宜采用调谐滤波电容器。但对于公共建筑和通讯机楼, 数据中心应装设调谐滤波电容器组。在设计阶段, 当无法估算谐波值时, 不应盲目地采用有源或无源滤波器, 或采用调谐滤波电容器组。需系统运行之后, 根据实测谐波量, 再确定谐波抑制办法。

摘要：非线性负载所产生电力系统中的谐波对城市电网产生极大危害。产生谐波的谐波源有多种, 本文叙述了民用建筑电气中谐波的危害、测量及治理方法。

关键词：谐波,非线性负载,产生原因,治理

参考文献

[1]宋文南, 刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京:水利电力出版社, 1995.

污染谐波 篇6

随着我国发电量和用电量的不断增长和电网网络架构的不断加强,大区电网互联线路不断增加。以往用于大区电网间互联的线路往往采用交流线路,随着直流输电技术的进步与发展,特高压直流输电在我国得到了越来越广泛的应用。目前我国正在进行建设的主要是±800 k V的特高压直流输电,±1000 k V直流输电系统正在进行研究论证,并且将很快开始建设[1]。

特高压直流输电是一项新的输电技术,与交流输电相比,特高压直流输电有很多自身特有的优点。如无需考虑输电线两端系统的低频振荡问题,一条线路故障仍能保持一定的输送容量,能够实现不同电力系统间的非同步联网,输送距离长等优点。特高压直流输电在存在众多优点的同时,也存在一些缺点。很多学者对特高压直流输电运行过程中出现的一些问题进行了研究[2,3,4,5,6,7,8]。由于特高压直流系统多采用12脉波换流站接线方案,在换流站工作过程中,会产生一些特征谐波和非特征谐波[9,10,11,12,13,14,15,16,17],这些谐波的产生给电网的生产运行带来了一些问题。本文在基于甘肃省河西电网网架“十二五”规划的基础上[18],利用电力系统综合稳定程序对桥湾±800 k V特高压换流站在不同运行方式下产生的谐波污染情况,进行了的谐波潮流计算。根据计算结果就特高压换流站产生谐波对河西电网的影响进行了分析。

1 桥湾±800 k V换流站谐波污染计算分析

1.1 概述

瓜州位于甘肃省河西地区,风力资源丰富。近几年,各大发电集团都加强了在瓜州地区的风力发电建设,使其得到了“风电之都”美称。根据甘肃省电网规划,“十二五”期间,甘肃境内将有大量风力发电厂并网投运,发电容量超千万千瓦。届时,瓜州、桥湾和安西地区的上网风电将与酒泉地区的火电打捆,通过特高压直流输电线路送出,最终到达东南沿海的负荷中心,实现国网公司西电东送的能源战略。

1.2 河西电网“十二五”网络架构(图1)

按照甘肃省“十二五”电网规划,河西地区将建成以750 k V交流线为主网架的交直流互联混合电力系统。届时,河西电网将承担起西北电网输电大通道的重要使命。

直流换流站的主要部分是两组三相桥串联组成的十二相脉动单元电路。一次部分由换流变压器、换流阀、直流输电线路、直流滤波器、交流滤波器、平波电抗器构成。换流站的十二相电源是由两组星角和星星连接的变压器提供的。由换流站运行特性可知,理想运行时换流站直流侧会产生12n次谐波,换流站的交流侧则会产生12n+1次谐波。换流站工作接线图如图2所示。

1.3 直流换流站谐波源模型

对特高压直流系统来说,有3种基本的运行接线方式:双极运行接线方式、单极大地回路运行接线方式和单极金属回路运行接线方式。其中,双极运行方式为每站每极2组12脉动换流器串联投入;单极大地回路运行方式为一极停运,由2组12脉动换流器串联运行的另一极经由大地返回;单极金属回路运行方式为一极停运,由2组12脉动换流器串联运行的另一极经由金属回路返回。

对于单极大地回路运行接线方式和单极金属回路运行接线方式,文献[19]对+800 k V换流站产生谐波次数及幅值进行了计算,单极大地回路运行接线方式和单极金属回路运行接线方式产生谐波数值大小差别很小。本文将单极大地回路运行接线方式和单极金属回路运行接线方式统一为一种运行方式,即单极运行方式。考虑运行成本及设备维护的原因,单极大地运行方式的运行可能性大于单极金属回路运行的可能性,本文谐波潮流计算单级运行方式下的谐波含有率采用单极大地运行方式的计算结果,如表1所示。

1.4 谐波潮流算例分析

为研究换流站产生的谐波对电网的影响,笔者利用电力系统分析综合程序以河西地区“十二五”电网规划为基础,搭建仿真模型,进行谐波潮流计算。

由于输送线路容量及换流阀容量的限制,对于特高压换流站来说,单极运行方式下的输送容量比双极运行方式下的输送容量要小。本文考虑河西地区风机出力特性及不同方式下地区负荷特点以及电网运行稳定性需要,设定大方式运行下换流站为单极运行,小方式运行下换流站为双极运行。以河西电网线路在不同运行方式下为例,对换流站产生的谐波在电网中的分布进行了谐波潮流计算。

结合电力生产运行实际情况,选取两种运行工况来研究网架的改变对谐波污染范围的影响。一种运行工况为正常情况下所有输电线路全部投入运行方式,另一种运行工况为酒泉-张掖750线路一回检修方式。在两种工况的基础上,就换流站单极运行和双极运行两种方式分别进行计算。计算结果如表2和表3所示。

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由表2中线路全投工况下与张酒750一回线检修工况下的谐波电流畸变率对比可以看出,在张酒750一回线检修工况下,桥湾换流站产生的谐波对其周边节点的谐波污染效应较重,谐波电压畸变率较线路全部投运时高。其原因是直流换流站相当于一个谐波恒电流源,当节点间联系越紧密时,网络中支路数较多,由谐波源节点向外看去,其外部等值阻抗值较小,网络中各支路电流较小,节点间压降较小;节点间联系较弱时,网络中支路数较少,由谐波源节点向外看去,其外部等值阻抗值较大,网络中各支路电流较大,节点间压降较大。当因张酒750一回线路检修而造成系统等值阻抗变大和用以分流的线路数目变少时,将造成节点谐波电压增高和节点间联络线谐波电流含量增高,谐波畸变率增大。由此可知电网网架的强壮性与谐波污染范围之间的关系,网架中节点间联系越强,网架的健壮性越好,各次谐波幅值衰减越快,污染范围越小。

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2 结论

通过桥湾特高压直流换流站产生谐波在河西地区“十二五”网架规划基础上进行的谐波潮流计算结果的分析可知,谐波的污染程度和范围与谐波源所在网架的强壮程度有关。节点间联系越强,联络线越多,谐波源外部等值阻抗就越小,谐波污染源对电网的影响就越小;反之,节点间联系越弱,联络线越少,谐波源外部等值阻抗就越大,谐波污染源对电网的影响就越大。在网架结构改变的同时,谐波污染范围及程度也将随之改变。

在含有较多上网风机的电网中,风电集中上网节点产生的谐波对电网的影响与直流换流站产生的谐波对电网的污染效应类似,只是网络中节点电压和线路电流中所含有的谐波次数及含量有所区别。建议在电力系统远景规划初期,在上网投运前,对于风电、电铁及大规模非线性负荷等产生谐波污染的节点,应在规划网架中对其造成的影响进行谐波潮流计算,掌握其谐波污染程度,制定谐波污染治理措施。

摘要：在基于甘肃省河西地区电网规划的基础上,利用电力系统分析综合程序对桥湾特高压换流站在各种实际运行情况中产生的谐波污染进行了谐波潮流计算。特高压直流输电系统采用12脉波换流站接线方式,通过其运行中产生的谐波在电力系统运行大方式和小方式及检修情况下对河西电网谐波污染情况的计算结果分析,提出了网架结构与谐波污染范围之间的关系。网架强壮程度越高,谐波污染源对电网的影响就越小,网架强壮程度越低,谐波污染源对电网的影响越大。

污染谐波 篇7

1 燃机电厂谐波的产生

燃机电厂静态变频器(SFC)由6k V母线供电,采用交-直-交电流变换,额定功率4900k W,如此大的非线性负荷,在其工作时将使厂用6k V母线电压波形产生严重的畸变,对6k V及380V低压厂用电造成谐波污染。由于静态变频器从厂用母线中吸取能量的方式不是连续的正弦波,而是以脉动的断续方式向电网索取电流,这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压将叠加在电网的电压上,使电压发生畸变。由傅里叶变换可知,任何周期性非正弦波都可分解为基波与一系列的高次谐波。因此在静态变频器(SFC)运行时,将产生大量的高次谐波注入厂用电系统。由于三相系统的对称关系,偶次谐波已被消除,只有奇次谐波存在。在中性点不接地的低压系统中,由于3次谐波电流没有通路,因此3次谐波已被抑制。

2 谐波对厂用电系统危害

(1)容易使厂用电系统构成谐振条件:静止变频器(SFC)电源取自6KV厂用母线,母线上除谐波源外还有电力电容、电缆、供电变压器及电动机等负载,而且这些设备处于经常性的变动中,容易构成谐振条件。一旦发生谐振,将会发生系统过电压而跳闸甚至绝缘击穿。

(2)对发电机出口电压互感器的影响:静止变频器(SFC)在运行时,谐波的干扰同时加在发电机机端的出口电压互感器上,谐振过电流会使电压互感器熔断器熔断,谐振过电压使电压互感器铁芯磁通饱和,严重发热、甚至烧毁。目前该类型电厂已出现过电压互感器熔断器熔断和烧毁的现象。

(3)对变压器的影响:谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加,而谐波电流使变压器的铜耗增加,造成变压器过热,降低变压器寿命,导致早期故障。

(4)对厂用电动机的影响:厂用电动机均为感应式异步电动机。电压谐波会导致直接的感应电动机的额外损耗。高次谐波导致的扭矩脉动在联轴器和轴承处会产生磨损和裂纹。由于速度是固定的,在谐波里储藏的能量就以额外的热量形式散发了,导致设备过早老化。

(5)对电容器和电缆的影响:在谐波电压作用下,使电容器产生额外的功率损耗。电容器对厂用电系统其它部分产生串联、并联谐振,可能发生危险的过电压及过电流,这往往引起电容器熔丝熔断或使电容器损坏。在谐波电压作用下,电缆的介质损耗也增加。使电力电缆绝缘损坏,电缆发生单相接地故障的次数明显增加。

(6)保护装置影响:厂用电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时,电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大,电弧电压的恢复要迅速得多,使电弧容易重燃。因此导致误跳闸或是在该跳闸的时候根本不跳。漏电电流可能会达到使漏电保护装置动作的设定值。事实表明,空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50%的故障电流,还会导致断路器损坏。

3 燃机电厂谐波抑制措施

一般的,对于谐波的抑制方法,多采用隔离、滤波、接地和增加谐波阻抗的方法实现。对于M701F型燃机电厂,也采用这几种方法对大功率静止变频器(SFC)的谐波进行抑制。

(1)使用专用输入(隔离)变压器:使用专用输入(隔离)变压器作为静止变频器与工作电源的隔离,输入变压器对来自于变频装置的传导干扰进行了隔离,变压器的短路阻抗也可以起到与变频器滤波电容等容性元件的补偿作用,短路阻抗值相对越大,谐波含量就越小。

(2)采用无源滤波器:使用大功率的谐波过滤器并联接入静止变频器的电源端,谐波过滤器内部是由电感和电容组成5次和7次滤无源波电路,用来吸收在整流和逆变过程中所产生的5次、7次谐波,防止谐波对电厂其他电气设备的影响,以及谐波反送到厂用电中造成对厂用电的谐波污染,同时也可提高静止变频器系统的功率因数。

(3)可靠接地:保证设备外壳、屏柜均良好可靠的接地,接地电阻符合设计规定;其各盘柜之间的连接电缆也应采用有屏蔽层的电缆,将二次电缆或信号电缆的屏蔽层两端接地,可以抵消外界电磁场的辐射干扰,防止波形受干扰发生畸变。

(4)使用微机消谐装置:厂用电6k V母线电压互感器及发电机出口电压互感器处,均采用了微机消谐装置。6k V母线电压互感器消谐装置,对电压互感器开口三角电压(即:零序电压)进行循环检测。如果是过电压或接地,装置给出相应的报警信号。

4 发电机出口电压互感器防止谐振损坏的方案

在发电机出口电压互感器开口三角加装微机消谐装置,装置可以实时监测PT开口三角电压,通过计算零序电压不同频率的电压分量,其压敏元件的阻抗随谐波电压的变化而变化,从而破坏PT铁磁谐振的产生条件,达到实时在线消除运行过程中瞬时谐振的目的,降低谐振产生的可能性。我厂在实际运用中采取了此种方案,在发电机出口电压互感器的二次侧开口三角增加了一台微机消谐装置,并使发电机出口PT开口三角电压3U0通过发电机出口开关(GCB)的辅助接点接入消谐装置,实现微机消谐装置在发电机并网前与解列后起消谐作用。

在发电机出口电压互感器与中性点之间串入一次消谐装置,其采用大容量非线性电阻片组成,通过限制一次绕组励磁涌流,避免互感器铁芯饱和防止和消除谐振。具体做法可以在发电机出口电压互感器一次侧中性点处各加装一套消谐电阻(RXQ1-35),使PT通过消谐电阻接地,并在消谐电阻两端并联加装真空接触器。在静止变频器(SFC)拖动机组启动前发电机中性点接地开关分开时,真空接触器自动分开,投入消谐器。在在静止变频器(SFC)启动结束退出运行后机组并网前,发电机中性点接地开关自动合上,同时真空接触器自动合上,发电机PT中性点直接接地,退出消谐器。

在发电机出口电压互感器开口三角上并联接入有效电阻,当谐振发生有零序电压出现时,电阻中就有电流通过,而其阻抗通过互感器变比折算到一次侧,从而可防止和消除谐振的发生。

5 结语