在线式谐波治理技术（精选6篇）
在线式谐波治理技术 篇1
1 概述
随着科学技术的飞速发展, 特别是1956年第一只可控硅的诞生, 标志着人类社会进入了电力电子技术时代。先进的电力电子技术为我们的生活带来了极大的便利, 但同时, 这些电力电子技术产品产生大量的谐波, 危害电网本身和一些敏感负载。
作为电能质量的一项重要指标, 电力系统的谐波问题在世界范围内已得到了广泛的关注。国际电工委员会 (IEC) 和国际大电网会议都相继成立了专门的工作组, 开展谐波方面的研究工作。我国电力部门也相继出台了关于谐波管理的相关规定和规范。
近几年来, 随着通信业务的迅猛发展, 通信设备及机房用电增加, 大量的电力电子设备以及变频设备投入使用, 这些非线性负载产生了大量的谐波电流。谐波问题逐渐凸现在大家面前。大家开始重视谐波问题, 并采取有效措施对谐波电流进行限制。但总的来说, 谐波治理还未形成一个系统的技术指南与措施, 目前仅有通信行业标准《通信用不间断电源—UPS》 (YD/T 1095-2008) 中提到了对UPS的输入电流谐波含量的要求。
2 谐波的基本概念
2.1 谐波的定义
国际上公认的谐波含义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量, 其频率为基波频率的整数倍”。在国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》将谐波定义为“对周期性交流量进行傅立叶级数分解, 得到频率为基波频率大于1整数倍的分量”。也就是说, 如果对供电系统中的周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解, 除了得到与电网基波频率相同的分量, 还得到一系列大于电网基波频率的分量, 这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值 (n=fn/F) 称为谐波次数。
基波:指频率为F的正弦波, 即50Hz的正弦波。
谐波:指频率为F正整数倍的正弦波, 如3次为150Hz, 5次为250Hz等
如图1, 负载电流如箭头所指粗线波形, 用傅立叶级数可以将该电流分解为由基波、3次谐波、5次谐波组成。一般在电工领域, 主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制, 其频率范围一般为2≤n≤40, 当然, 在通信行业, 关注的谐波次数一般在13次以内。
2.2 描述谐波的相关参数
想要描述一个含有谐波的信号, 主要有如下几个参数来描述谐波的含量:
第h次谐波电压含有率HRUh:
式中 Uh——第h次谐波电压 (方均根值) ;
U1——基波电压 (方均根值) 。
第h次谐波电流含有率HRIh
式中 Ih——第h次谐波电流 (方均根值) ;
I1——基波电流 (方均根值) 。
谐波电压含量UH
谐波电流含量IH
电压总谐波畸变率THDu:
电流总谐波畸变率THDi:
3 谐波的产生
非线性负载是造成谐波电流的根本原因。一个有利的证明就是RCD类型的负载 (Resistance-CapacitorDiode) , 如图2所示, 大多数的电子设备都具有这种形式的输入电路。
这种电路在稳态情况下, 只有当交流电压的幅值大于电容C两端的电压时, 电容才得以充电, 在这期间内, 设备的输入阻抗很小 (二极管正向导通) , 而在这之前, 输入阻抗是很高的 (二极管反向截止) 。因此非线性负载的输入阻抗是按照加在其两端的电压而变化的。欧姆定律定义了线性负载的正弦电压与电流的函数关系, 但不再适用于非线性负载, 因为非线性负载的阻抗已不是恒定的, 而且电压与电流也不再是正弦波了。
对通信系统的供电设备来说, 主要产生谐波电流的设备是开关电源、UPS以及变频器。典型的六脉冲整流UPS产生大量的5次、7次、11次、13次谐波电流, 如图3是一台120 kVA六脉冲UPS的整流电路图, 图4是该整流器输入电流。总电流谐波含量约为THDI=30%。将谐波分解开来, 其中28%H5, 5%H7, 6%H11, 具体如图5。
4 谐波的影响
谐波的危害表现在多个方面, 如对电网、设备、配电等。对通信系统来说, 谐波的危害主要表现在以下几个方面。
4.1 对变压器的影响
对变压器而言, 谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加, 谐波电压则会增加铁损。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较, 谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是:这些由谐波所引起的额外损耗将与电流和频率的平方成比例上升, 进而导致变压器的基波负载容量下降。谐波电流的存在不仅使变压器发热, 还浪费电能。
按照法国标准NFC52-114, 变压器的降容折标系数由下述经验公式确定:
例如:1 000 kVA的变压器为6脉冲整流桥供电, 产生的谐波频谱为:H5=25%, H7=14%, H11=9%, H13=8% (THDI=31.08%) , 代入上式, 得到K=0.91, 即变压器的视在功率仅为910 kVA。
4.2 对电缆的影响
在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较, 非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由集肤效应所引起的, 电力电缆的集肤效应与流过电力电缆的频率有关, 频率越高就越显著。若电力电缆含有高于基波频率的谐波电流, 会造成更显著的集肤效应。这种效应如同增加导体交流电阻, 进而导致损耗增加, 继而使电力电缆发热。电缆的绝缘层受热易老化, 使电缆的使用寿命缩短。谐波电流流过电缆时, 附加损耗可以表示为
式中, Rh:h次谐波频率下的线路电阻。
Rh随频率升高而增加, 例如直径为0.76 cm的圆形导体, 其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的1.01, 1.21, 1.35倍及1.65倍。导线的直径愈大, 因集肤效应而使谐波频率下的电阻增加愈明显, 谐波产生的附加损耗也越大。
电力电缆有额定电流。由于谐波电流的存在, 无形中减少了基波电流所能通过的量, 从而使得在选择电缆时, 要提高额定电流等级, 直接增加电缆的投资。
3倍数次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流, 并且此电流有可能等于甚至大于相电流。这就使得在选择电力电缆时, 要采用加大中性线的导线。这也会导致主材投资的增加。尤其在机楼规模较大, 需要用母线槽代替电力电缆作为配电主回路的材料时, 由于母线槽造价较为昂贵, 则因谐波影响导致选用较大电流额定值的母线槽所引起的投资增加会更多。
4.3 谐波对油机的影响
柴油发电机组的内阻相对市电来说大了很多, 非线性负载产生的谐波电流引起的电压畸变就大很多, 造成油机输出电压严重失真。这时, 如果油机的控制部分对严重失真的输出波形进行判断, 就可能会认为是过压、超频等原因, 从而造成油机停机;如果发电机为了保证输出电压的质量, 就必须降低输出功率。表1为不同非线性负载对柴油发电机组 (200 kVA) 输出电压畸变率的影响。
从表1可以看出, 为了保证输出电压畸变率在5%以内, 如果用户使用的是6脉冲整流负载, 则要求负载量不得超过发电机组额定输出功率的42%。当然, 一般情况下, 发电机负载除了UPS、开关电源外, 还支持照明、空调等设备工作, 这就使发电机的容量配置比较大, 上述的矛盾并不突出。但是在一些局站, 通信设备用电比较多, 而且绝大部分旧式开关电源是单相整流的 (如xx公司5 000系列) , 如果油机容量不大, 或者设备用电量超过油机容量的60%, 就容易发生输出电压不稳的情况。
随着电信业务的发展, 特别是数据业务的发展, UPS的容量越来越大, 在一些大型的数据、IDC中心, 往往发电机组的主要负载就是UPS, 这样使我们必须充分重视这些非线性负载所产生的谐波电流对发电机的影响。
4.4 谐波产生的干扰
谐波的存在, 会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感, 这种设备常常靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步而运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个线电压高于另一个线电压的位置点, 这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点 (电压过零点与电压位置点) 的判断错误可导致控制系统失控。计算机和一些其它电子设备, 如可编程控制器 (PLC) , 通常要求总谐波电压畸变率 (VTHD) 小于5%, 且个别谐波电压畸变率低于3%, 较高的畸变量可导致控制设备误动作, 进而造成生产或运行中断, 导致更大的经济损失。这也是为什么一些大型UPS控制板容易烧坏以及一些监控设备出现误动作的重要原因。另一方面, 由于谐波电压的存在, 电压产生了畸变, 这就让有些需判断电压是否正常的设备经常出现误动作, 如我们一般会在中央空调的水泵安装相序保护器, 当电压畸变比较大时, 相序保护器对三相的判断就会出现误判断, 从而出现误动作, 跳开开关来保护电机。
5 谐波与节能的关系
谐波电流的存在使负荷电流变大, 这些增加的谐波电流一方面产生畸变功率, 降低了电源设备的输入功率因数, 另一方面也在配电方面增加了损耗, 浪费电能。因此, 谐波治理与节能有着一定的关系。
5.1 谐波对功率因数的影响
谐波电流的大量存在, 将降低设备的输入功率因数。一般情况, 设备的输入功率因数如式 (5-1) :
式 (5-1) 中cosψ为相位差, 也就是说, 在不考虑相位差的情况下, 谐波含量对功率因数是有影响的, 具体的影响程度见表2。
由表2可见, 功率因数随着谐波的增多而降低。当谐波含量达50%的时候, 即使没有相位差, 功率因数也仅有0.89。从现场测量的数据看, 我们很多的六脉冲整流的UPS输入功率因数都在0.8左右, 有的甚至低于0.6。输入功率因数低一方面降低了设备的利用率, 另一方面也可能要多缴电费:一般在供电合同中都明确有规定, 用户功率因数在高峰负荷期间应达到coxψn (对于电信企业, 一般取0.9) , 高于这个标准可以少缴电费 (奖) , 低于这个标准则要多缴电费 (罚) 。
5.2 谐波电流增加损耗
首先是变压器。对变压器而言, 谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较, 谐波对变压器的整体影响是温升将会升高, 也就是损耗增加。另一方面是配电线路。因为线路是有阻抗的, 在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较, 非正弦波会有较高的热量。也就是谐波电流会引起电缆更高的温升。该额外温升是由电缆的集肤效应所引起的, 而这种现象还取决于频率及导体的尺寸。当谐波频率越高时, 导体的电阻就越大, 谐波产生的附加损耗也越大。如直径为0.76 cm的圆形导体, 其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的1.01, 1.2 1, 1.35倍及1.65倍。因此, 可以说, 在相同电流有效值下, 谐波含量越高, 造成的损耗就越大。
5.3 注意事项
谐波治理对减少变压器的损耗还是有一定的作用, 但这个作用是否能从经济效益上体现还要有几个决定因素:一是供电部门对我们的电量计量方法是否采用高供高计, 即有专用变压器, 在高压端计量, 否则的话, 如果只计量低压, 减少的变压器损耗是不会在电费中体现的。二是谐波电流含量在变压器输出电流的比例以及谐波电流的大小。只有当谐波电流比较大, 且总谐波电流含量较高时, 谐波治理对减少变压器损耗才有较明显的效果。比如我们一些IDC机楼, 大量的使用了UPS系统设备 (当然这些UPS设备必须是电流谐波含量较高的, 如使用六脉冲整流器) , 谐波电流就会非常大, 这就会明显增大变压器的损耗。但是对于一般的电信综合楼, 能产生谐波的主要设备开关电源、UPS系统一般只占总用电量的30%左右, 这样在变压器端由谐波电流引起的损耗就相当有限了。
电信作为一般企业, 其配电损耗约占总耗电的0.6%左右, 当各种谐波源比较分散时, 要全面消除线缆的损耗, 就要在每个谐波源前安装滤波器, 而这样的全面治理是需要很大的投入的, 这种情况从经济角度考虑, 如果要从减少谐波电流来减少损耗从而达到节能目的, 其经济效益是不明显的。
6 谐波的治理
6.1 治理的原则
本着节省投资、合理利用资源的原则, 谐波治理时我们优先考虑一些开关电源、大型UPS较多, 容量较大的局站 (如IDC中心、电信大厦等) 。首先对这些设备进行谐波测试, 包括各电源设备低压配电的输出端和各电源设备的输入端, 如图6所示。一般在 (1) 处受测试条件限制, 如汇流排比较大, 分支较多, 仪表无法测量电流, 我们可以在 (1) 处只测电压。其他处电流电压都需要测。
(1) 如果测得任一处电压畸变度>5%, 应进行治理。
(2) 一般情况下, 由于系统容量比较大, 低压配电端 ( (1) 或 (2) ) 电压畸变率相对较小, 但是如果谐波电流总含量大 (>30%) , 特别是油机负荷率较高 (超过70%) 的局站, 应优先考虑治理。
(3) 在低压配电处测得电压、电流谐波含量都比较小, 但是有某套设备 (容量大, 负荷重) 的谐波电流含量特别大 (>40%) , 如大型UPS, 为减少安全隐患, 可考虑针对性治理。
6.2 治理的方法
对于电信低压系统来说, 由于现有系统结构已经基本固定, 谐波问题的解决一般只能通过加装滤波器来进行。滤波器的使用总体上可以分为两大类, 即使用有源滤波器滤波或使用LC无源滤波器进行滤波。
6.2.1 滤波器的选择
(1) 无源滤波器
如果系统谐波主要是由某次 (如三次) 谐波组成, 且用电负荷变化不大, 可以考虑使用无源滤波器。
无源滤波器造价低, 通过无源滤波器能有效地减小谐波。一般地, 无源滤波器由电容器和电抗器串联而成, 并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上, 滤波器在其调谐频率处阻抗为零, 因此可吸收掉要滤出的谐波。
虽然无源滤波器具有简单、方便的优点, 但它也存在如下缺点:
①只能抑制固定的几次谐波, 并且可能对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大, 引起其他事故;
②只能补偿固定的无功功率, 对变化的无功负载不能进行精确补偿;
③其滤波特性依赖于电源阻抗, 受系统参数影响较大, 并且其滤波特性有时很难与调压要求相协调;
④不能完全滤除非特征谐波 (不同于滤波器调谐频率的谐波) , 例如由变频器产生的谐波;
⑤由于对其中的元件参数和可靠性要求较高, 且不能随时间和外界环境变化, 故对无源滤波器的制造工艺要求也很高;
⑥容易过载, 从而使系统内其他的滤波器承受较大的压力;
⑦对系统负荷变化较大的情况, 不宜采用;
⑧重量与体积较大。
(2) 有源滤波器
与无源滤波器相比, 有源滤波器具有高度可控制特性, 并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率, 其特性不受系统影响, 无谐波放大危险, 相对体积重量较小等突出优点, 因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。因此, 谐波治理主要是采用有源滤波器为主。
如图7所示, 有源滤波器系统主要由两大部分组成, 即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流, 然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流, 计算出主电路各开关器件的触发脉冲, 此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量, 从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。同样原理, 电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。
根据控制电路的控制方式, 有源滤波器的电路控制可以分为模拟追踪补偿方式和快速傅里叶级数方式。使用模拟追踪补偿方式的滤波器原理是将电源电流采样后, 将基波滤除, 而将剩下的谐波量翻转去抵消电源电流中的谐波, 采用此种方式响应速度快 (<1 ms) , 并且可以补偿2~50次谐波;使用快速傅里叶级数方式的滤波器原理是将电源电流采样后, 使用快速傅里叶级数计算的方式将其分解为各次波形, 然后可以针对其中的特定某次谐波进行消除。使用后一种方式由于需要采样至少一个完整的波形才能进行傅里叶级数的计算, 故响应速度一般在20~40 ms。
6.2.2 滤波器的安装
一般地, 可采用“就近”治理的原则。即哪台设备产生谐波厉害, 则在其输入前端加装滤波器。这样做的好处是可以将谐波电流的影响限制在最小范围。从图7可以看出, 在补偿点A向外到变压器电源端, 电流是经过滤波, 不含有谐波的, 而A点往后到负载端电流还是含有谐波的, 也就是说, 谐波治理的效果是从滤波器安装点往上级配电体现的。因此, 要从整个系统来消除谐波, 滤波器的安装就要靠近谐波源。再看图7, 方法一的安装点最靠近谐波源, 安装滤波器后, 该分支的UPS产生的谐波从该点开始往变压器方向就被滤掉了, 负载电流不再含有谐波。因此, 滤波器的安装首选就是靠近谐波源, 这样的效果是最好的。
7 适用场合和条件
谐波治理主要的场所是开关电源、大型UPS较多, 容量较大的局站, 如IDC中心、电信大厦等。
8 实际使用案例
某本地网信息大厦主要UPS设备配电结构如图8。该大厦UPS系统都为1+1系统, 测量谐波点如图8示:
(1) 测量的数据, 如表3、表4、表5、表6、表7:
表5 10楼400 A配电柜测量点2-1的数据表6 10楼100 kVAUPS的测量点2-2的数据
(2) 测试情况分析
从测试的结果看, 4楼100 kVA UPS主回路谐波含量达到49%, 总谐波电流约55 A, 其相应的上端配电屏谐波电流含量为30%, 谐波电流值达56 A;10楼100 kVA UPS主输入回路的电流谐波达到了60%。除10楼60 kVA的UPS输入功率因数较高, 其余的UPS系统输入功率因数均较低。因为该大厦配电系统容量较大, 该分支的变压器容量为1 000 kVA, 因此, 虽然各套UPS谐波含量较高, 但造成的电压畸变不是很大, 均未超过5%。根据上文提到的治理原则, 该大楼两套100 kVA的UPS系统输入谐波电流比较大, 远远大于30%, 其中一套达到了60%, 另一套也有49%, 因此, 应进行治理。由于两套UPS相隔比较远, 因此需分开进行单独治理。表8是各测量点测量结果比较。
(3) 治理方法
从谐波的具体含量可以看到, 主要是谐波分量有5、7次等, 因此选择安装有源滤波器。两套UPS相隔比较远, 因此要分别单独治理。安装地点选择在在4楼测量点1-2处及10楼测量点2-1处。再结合谐波电流的大小, 可以选用100 A的滤波器。
(4) 治理效果
安装滤波器后, 在测量点1-1及2-1处测量, 电流谐波总含量均小于10%, 功率因数大于0.95, 达到了预期的治理效果。
9 小结
随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大, 电力电子器件将会更广泛地使用, 谐波的问题可能会越来越多。因此, 大家应引起足够的重视关注谐波带来的问题。但是, 需注意的是:
(1) 谐波治理的主要目的是提高供电系统的稳定性和可靠性。
(2) 节能只是谐波治理的附带产物, 虽然有一定的效果, 但还要考虑供电结构、设备组成等实际情况。
因此, 在评估电源谐波治理项目时, 应着重于评估具体系统谐波对设备的实际影响程度, 而不能以基于节能投资回报作为项目立项的动因。我们应该认识到:谐波治理所带来的节能收益只是附带的效果, 消除谐波污染保障通信设备安全才是最重要的。
摘要：本文从谐波的原理入手详细介绍了谐波的概念、谐波的危害、谐波的治理等, 重点分析了谐波与节能的关系, 提出了谐波治理的节能应用条件和场合以及一些注意事项。
关键词：节能技术,低压配电系统,谐波,治理
参考文献
[1]GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》
[2]王兆安、杨君、刘进军《谐波抑制和无功功率补偿》
医院供用电系统谐波治理技术 篇2
随着科技水平的提升,医院建筑内的非线性负荷(如计算机、空调、变频、UPS、电子器件等)比重也随之增大,电力谐波、电压波动和电磁干扰等因素使电磁环境、电能质量迅速恶化,给医院电气安全与医院医疗、检验设备的正常工作带来严重危害,是危害医院手术环境的重要因素,其中,电力谐波对医疗设备的干扰尤为严重,所以对医院用电系统进行谐波治理很有必要。
美国IEEE在1992年制定的谐波限定标准IEEE-1100中指出,当配电系统中电机、UPS和变频变速驱动等非线性负载>50%时,变压器应在其容量的50%下运行;ANSI/IEEE-519标准中明确提出,计算机和类似设备的谐波电压畸变因数THD应在5%以下,一些关键性使用场所(如医院、机场等直接涉及人身安全的场所)则要求THD应<3%。我国国家技术监督局发布的国家标准GB/T 14549《电能质量、公用电网谐波标准》中明确规定了电网标称电压为380V,电压总谐波畸变率THD限值应在5%以下。
医院内部电气设施和大量现代化电子设备产生的大量谐波会严重污染电网,危害医院电能质量使其下降,因此,在设计建设医院建筑供用电系统时期就必须要充分考虑谐波问题的解决。
1 医院供用电系统的谐波来源分析
某市中心医院为综合性三级甲等医院,本工程为扩建门诊病房楼项目(全科医生临床培养基地)。总建筑面积52 083m2,地上6~17层,地下2层,最大建筑高度71m。本工程为高层民用建筑及裙房,建筑物耐火等级一级,结构形式为钢筋混凝土框架、框架剪力墙结构。扩建门诊病房楼建筑外观效果图如图1所示。扩建门诊病房楼主要设施设备如表1所示。
表1所示的设备和设施多半具有电力电子器件和电磁设备,其电气特性产生的主要特征谐波如表2所示。
从表2可看出,医院供用电设备本身的主要特征谐波按照所占权重分别是5次、7次和3次谐波,其次是11、13次谐波。按照实际测量统计和理论计算的结果可知,上述几类谐波占总谐波含量的90%~95%。从统计中可看出,医院供用电系统的电能质量主要是受到表2中设备特征谐波的干扰,反映到医院整体电能质量和THD水平,就是设备综合谐波叠加的结果,所以设备既是电能谐波危害的受影响者又是电力谐波的产生者。
2 医院供用电系统谐波处理方法
就医院建筑设施部分而言,根据IEC和IEEE国际标准可知,医院供电系统设备本身进行容量设计时就应充分考虑到用电系统设备受到谐波危害后导电系统的冗余量设计。关于谐波的计算和测量可参阅GB/T 1459-1993及其他有关书籍,此处不再赘述。在工程上还可以采用判断、类比以及考虑设备对电能质量的要求等因素来采用有效措施。一般小型医院的非线性负载占电气设备总容量的比率不是很高,可以忽略谐波对电源的影响,规模较大的医院都含有表2所列的非线性设备,容量要达到200~600k W或更高,且设备在运行状态下峰值电流也很高。考虑设备群本身的调节因素,对产生谐波的设备可做如下处理。
2.1 设置专用变压器
将表2中的医疗诊断设备与其他设备分开,选用优质变压器分别作为这些医疗诊断设备的电源,即大、中型综合性医院的医疗诊断设备应单独设置专用变压器。由于医院诊断设备是医院抢救治疗病人的重要设备,有些设备是需要连续工作的,所以必须要有两路相互独立的电源供电。
2.2 采用电力滤波器
通过测量计算,并对比国家标准谐波电压限值的要求,确定是否安装电力滤波器。电力滤波器分为有源、无源两种形式,无源滤波器可针对某次谐波,通过对电阻、电容、电感等无源器件的组合进行滤除,适用于对电网中某次谐波含量高及其他谐波含量低的情况,无源滤波器示意图如图2所示。有源电力滤波器是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备,由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成,有源滤波器可以滤除多次谐波含量,净化电网效果显著,有源滤波器示意图如图3所示。
根据电力滤波器滤波位置的不同可以有如下三种滤波器的安装方式。
(1)滤波器连接在医疗诊断设备的专用变压器上,对变压器所接全部负载均起作用。这种方式要求滤波器容量大,对多次谐波都能发挥作用,因此适合有源滤波。
(2)对非线性负载相对集中的机房,采用集中加装有源滤波器的方式,既能改善设备本身谐波的干扰,又减少对电网的污染。
(3)一对一方式,这种方式针对性强、效果显著,适用于比较重要且有分散设备的场所,但投资较高,选择时要进行综合考虑,以获取最佳的投资效果。
3 部分大型医用设备的负载容量和谐波统计
通过对扩建门诊病房楼配电系统的主要设备配置进行典型分析可知,该配电系统负载类型复杂,主要包含多种大型医疗器械(MR、CT等)、照明、风机、电梯、精密空调等。
通过统计主要医疗诊断设备设施的动力负载容量,可以发现,大型医疗设备的标称能耗较高,部分设备峰值电流很大。根据对上述负载设备电气特性进行分析可知,上述设备的谐波含量变化幅度较大,对无功补偿系统的调节有较高要求。
该系统由8台变压器供电,选择1#、2#变压器进行分析,2台变压器的低压侧总进线三相电压、电流有效值和总谐波畸变率分别如表3和表4所示。
由表3~4可知,各台变压器总的谐波电流为40~70A,电流畸变率在20%左右,此时电流的波形严重失真,其中3、5、7次谐波为主要谐波。
考虑到医院设施设备的综合情况和投资效益比,本项目对价值昂贵的设备和功能重要的诊断治疗设备设施,在其电源供应上设置了健全的谐波滤波设备,对主要电力谐波和电压突变采取有效的针对性消除,并利用有源滤波器消除有关电磁干扰对精密医疗电子设备的影响,实现设备运行的全面保障。
通过分析前面提到的电力滤波器的三种接线方式和实测数据后决定采用方式(1)对本院重要医疗诊断设备进行滤波保护,在1#变压器的低压侧安装1台100A的有源滤波器,在2#变压器的低压侧安装1台50A的有源滤波器。
加装有源电力谐波装置后,接于该安装点后的所有设备将得到可靠的保护,有源滤波器可对主要3、5、7次谐波和高次谐波进行处理,可完全消除电力谐波和电压波动对设备的干扰和潜在危害。总体电能质量水平将达到或优于国际标准要求,满足重要设备的标定工作条件。
4 结束语
医院配电系统设计因其行业的特殊性和其用电设备、仪器的精密和昂贵,设计也具有其独有的特殊性,一方面保护大量价值数百万甚至上千万的设备安全,另一方面保障病人生命安全,所以医院供配电系统必须加装电力谐波滤波装置。
若电力滤波器仅安装在总配电房的低压配电处,如果医院某个科室的设备或仪器产生大量的谐波,那将降低附近各个科室的供电质量,影响各个仪器的正常工作。可以根据具体电流谐波的检测结果,在大量产生谐波的医疗仪器和电梯设备等处同时加装电力滤波器,进而更好地净化医院内的电能,使医院供电电网质量得到更可靠的保证。
在对行业技术发展状况广泛调研的基础上,通过理论分析和试验论证提出通过设置专用变压器和多点采用电力滤波器来滤除谐波的方式,不仅克服了以往在单一点或采用单一方式滤除谐波达不到行业标准的弊端,还可以将谐波量有效地控制在严苛的限值以内,防止谐波污染对电网和各种电气设备造成危害,总体电能质量水平将达到或优于国际标准要求,满足重要设备的标定工作条件,具有很好的推广价值与应用前景。
参考文献
[1]JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[2]全国民用建筑工程设计技术措施[M].北京:中国计划出版社,2009:5-15.
[3]工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005:280-291.
在线式谐波治理技术 篇3
东营港口配电所电力来源由所在地110k V变电站10k V两条回路提供, 由变电所到岸边计量柜为10km架空母线, 岸边计量柜用作供电公司计量专用。由岸边计量柜到港口配电所为10km高压电缆。港口配电所电力系统配置分为I、II段10k V母线供电。其中I段母线负载为四台门机设备;其中三台装机容量为650k W, 一台装机容量为750k W;II段母线负载为两台门机设备和一台生活变;其中两台门机装机容量分别为650k W, 一台生活变为SCB10-800型800k VA变压器, 此变压器用于港口上生活照明低压系统供电。每台门机均由港口配电所10k V直接供电。每台门机上配有上述容量的变压器, 将10k V变为0.4k V供给整套门机内设备用电。
2 现场测试情况及数据统计
2.1 测试现场基本情况
因II段母线上的两台门机还未安装完毕, 负载只有一台800k VA生活变;仅对I段母线进行了测试, 测试位置 (电流、电压信号取样) 为I段母线进线柜, 负载运行情况为:启动三台门机, 其中两台门机带载运行, 通过抓斗抓货物进行上下提升作业, 一台因没有抓斗空载运行;通过对现场人员的了解此种运行方式以基本接近此港口正常工作时状态。
2.2 测试相关数据及分析
1) 电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数测试数据分析:从检测相关数据可以看出一段母线的电流、有功功率、视在功率、功率因数的幅值和频率都变化非常快, 电流最大值为:26.5A, 最小值为:3.1A;有功功率最大值为:0.472MW, 最小值为:-0.239MW;视在功率最大值为:0.510MW, 最小值为:0.038MW;功率因数最大值为:0.925, 最小值为:-0.578;另外从岸边计量柜计量表观测到功率因数的0.75~0.99之间波动; (由于岸边进线柜取不出电压、电流信号故没有测试出此处的相关数据) 。
另从PT柜观测到一段空载时电压为A相:10.53KV B相:10.52KV C相:10.57KV在带三台门机运行时电压为A相:10.27KV B相:10.27KV C相:10.17KV并没有太大的压降, 电压一直比较稳定, 没有多大波动。
2) 电压、电流波形及谐波测试数据:分析:从检测相关数据可以看出总电压谐波畸变率为:6.7%, 其主要成分为5、7次谐波。5次谐波为:3.2%;5次谐波为3.57%。门机设备上使用的变频器设备比较多, 因此可以看出谐波污染情况比较严重。
3 解决方案分析
通常情况下港口门机供电方式为由一台容量较大的变压器将10k V变为0.4k V, 变压器安装在港口配电所内, 再由低压电缆供电统一向各台门机供电。而东营港口设计为每台门机上都安装有一台变压器, 港口配电所向每台门机送10k V高压, 由各台门机上的变压器降压后向本台门机供电。此种方式因在每台门机变压器选择上都预留有余量, 因每台门机都留有余量, 并且所有门机也不会同时工作, 但每台门机变压器都是要长期供电的, 这样就造成了总的供电裕量很大, 无功消耗也很大。
由于门机工作在不同的工作方式下, 有时需要提升, 有时需要释放, 有时需要旋转移动, 这就造成了负载变化非常频繁, 相应的无功, 有功, 电流, 功率因数有快速的较大的变化, 所以在系统的补偿反应速度上必须满足要求。
门机设备使用的变频器比较多, 产生谐波比较严重, 在做补偿设备时要求进行谐波的重点考虑。尽量能吸收部分谐波, 并避免系统的谐振和自身谐波的放大。
3.1 解决方案
对于本系统的实际工况和配电情况, 在10k V侧作改造是不适用的, 在如此快的负载变化过程中, 比较经济的10k V补偿装置是无法到达的。
此外从岸边计量柜到港口配电所的电力输送为10k M高压电缆完成, 高压电缆充电功率比较大, 对10k V线路已经做了很大的补偿。电网空载电压比较高, 电压比较稳定, 如果在10k V侧做无功补偿将会大大抬高系统电压, 特别是负荷较低的情况下, 对整个系统上所有设备的绝缘是一个破坏, 特别是电缆。 (根据实际现在了解, 系统的保护措施是比较弱的。)
根据实测情况, 系统中门机大多时间在中低功率容量运行。从每个月的实际用电量和此次测试的运行电流最大值 (26.5A) 来看, 门机变压器的装机容量显然有大量剩余, 负载率非常低。变压器所要消耗的无功功率非常之大。为了达到最好解决方案, 建议在每台门机变压器低压侧做无功补偿改造。
3.2 具体方案要求
1) 在门机的低压变压器侧作无功补偿改造, 根据现场情况提出具体的改造方案, 补偿设备要经过特殊设计安装在门机上。
2) 考虑到谐波的因素, 补偿装置必须可以抑制3次以上谐波。
3) 系统使用低压模块式混合型快速去谐补偿装置, 基本的低压变压器的空载无功损耗由一般的投切补偿完成, 负载快速变化部分由快速晶闸管投切完成。
4) 结构方案可以参考选用某品牌的LM系列低压模块式无功功率去谐补偿装置, 完成本项目的改造。
3.3 采用方案设备配置说明
1) 型号说明
2) LM系列低压模块式无功功率去谐补偿装置简介
LM系列低压模块式无功功率去谐补偿装置广泛应用于机械制造, 冶金, 煤矿、石油化工、轻工、建材、铁道、公路交通、军工、造船、建筑等低压供配电系统中, 要求动态无功补偿且同时需要抑制谐波的工况场合。
LM系列低压模块式无功功率去谐补偿装置引用先进核心PFC技术和核心元器件, 并且采用优异的控制系统, 设计成各种具有去谐功能、不同补偿容量的模块单元, 用户可根据电网、工矿定制组合成所需要的去谐补偿容量。
LM系列低压模块式无功功率去谐补偿装置包括:LMFC、LMFC (E) 、LMTSC、LMTSC (M) 系列, LM各系列装置在统一的设计平台上, 采用模块式结构, 规范设计, 设计理念先进, 结构合理。各系列具有统一的控制方案、技术规格, 安装尺寸, 通用性能强。
3) LM系列低压模块式无功功率去谐补偿装置技术特点
装置在统一的设计平台上, 采用补偿支路模块式结构。模块组合拼装, 扩展自如, 可按照用户需要组合出各种补偿容量和投切方案。
各系列去谐补偿模块标准化设计, 易于安装, 通用性强。
在单母线分段接线的配电系统中, 两组补偿装置分别工作在的两段母线上, 两组补偿装置可实现耦合控制。
可记录每个支路投切次数和工作时间。可以显示故障支路, 并且在不影响系统运行下屏蔽故障支路。
实时监测显示进线侧V、I、P、Q、COSΦ及THD-V、THD-I和高达19次电网谐波分量。
装置可以符合各类低压配电柜尺寸, 可与各类型柜体并柜安装。
结构紧凑, 单柜容量较传统的固定式安装增加近一倍。
装置使用安全, 检修方便, 散热合理, 寿命长。
4 取得成效
历经两个月的技术改造, 2013年12月16日东营港口配电所及港口门机等设备上的低压模块式无功功率去谐补偿装置安装完毕。经过1、2月份设备运行和电量电费情况分析, 确定东营港口用电设备功率因数偏低、谐波污染严重情况, 已治理完毕。
电能质量范畴内的谐波及治理技术 篇4
1 电能质量的基本分类
电能质量分为稳态电能质量和动态电能质量问题。稳态电能质量以谐波畸变为主要特征,一般持续时间较长,主要类型是过电压和欠电压,持续时间长(一般超过1 min),电压大小超过或低于标称电压大小。一般用傅里叶级数分析谐波与间歇波。动态电能质量是以暂态持续时间为主要特征,主要有脉冲暂态和振荡暂态两种类型。主要类型是:电压跌落和电压上升,持续时间较短(一般10 ms～1 min),电压有效值跌落至标称电压的10%～90%或升至标称电压的110%～180%。电压波动与闪变:电压幅值在一定范围内(通常为额定值的90%～110%或110%～180%)规律或随机地变化,即为电压波动;短时断电,持续时间在10 ms～3 s的供电,即为闪变[2]。
2 谐波及谐波源
2.1 谐波
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量成为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。电网中也存在非整数倍谐波,称为非谐波或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害以及抑制,其谐波次数范围一般为:2≤n≤40。
2.2 谐波源
谐波通常是由非线性供电、用电设备所产生的,电力系统本身包含的非线性元件主要是变压器、换流站可控硅元件、电容器、电抗器等;但主要来源是各种非线性负荷用户,如各种整流设备、调节设备、电弧炉、轧钢机以及电气拖动设备[1]。最常见的谐波源如下所述。
2.2.1 变压器产生的谐波
变压器的非线性是因为铁芯材料具有非线性磁化曲线引起的。变压器的铁芯磁化曲线除了一般线性区以外,还有饱和区、死区和滞后区三类典型的非线性区,它以原点对称,在正弦波的作用下,励磁电流为对称奇函数。对三相对称的变压器,其3次的奇数倍谐波均为零序,会受到变压器接线方式的影响,故可以认为变压器是一种只产生奇次谐波的电流源型的谐波源。变压器的谐波次数还受其一、二次侧接线方式(△或Y)的影响,大小则与磁路的结构形式、铁芯的饱和程度有关。铁芯的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性工作区越远,产生的谐波电流就越大。
2.2.2 变流器设备产生的谐波
由于生产与科技的发展,企业经常大量使用整流和变频等交流设备,目前的电气设备都采用开关型电源,其电源侧是大功率整流电路,输出侧为了使负载得到更好的控制与运行特性,则使用了变压与变频电路。此类设备产生的谐波既有电流源型的,也有电压源型的。因此,其谐波分量也仅有奇次谐波,有资料显示,此类设备产生的谐波分量有时可高达基波分量的30%。由于变流设备功率大(30～20 000 k W)、数量多,因此其对企业供配电系统的影响也就极大。
2.2.3 计算机及其他办公设备产生的谐波
随着社会的发展、科技的进步,工厂自动化程度越来越高,计算机及其他现代化办公设备得以广泛应用,而这些设备的电源基本上都是开关电源,因此都会产生谐波并且对电网的谐波干扰十分严重。
3 谐波的危害
目前,产生谐波的装置量大面广,谐波使许多企业的生产面临严重的干扰与破坏,谐波对企业供配电的危害主要表现在以下几个方面:
(1)电力变压器、电力线路
电流谐波将增加铜损,电压谐波将增加铁损,综合效果是使变压器温度上升,绝缘能力受到影响并造成容量裕度减小。谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间共振,及引起铁芯磁通饱和或歪斜,进而产生噪声。因此谐波的泛滥将会严重地威胁工矿企业的供配电系统安全、可靠、稳定的运行。
(2)电动机
输出谐波对电动机的影响主要是引起附加发热,导致电动机的额外温升,电动机往往要降额使用,由于输出波形失真,增加电动机的重复峰值电压,影响电动机的绝缘,谐波还会引起电动机转矩脉动及噪声增加。
(3)电力电容器
一般电容器的标准规范规定其最大电流只允许35%的过载,但实际运转时,由于谐波的影响,常发生严重过载。由于电容器的阻抗随频率的增加而减少,当谐波产生时,电容器即成为一陷流点,流入大量电流,从而导致电容器过热,增加介电质的应力,甚至损坏电力电容器。当电容器与线路阻抗达到共振条件时,会发生振动短路、过电流及产生噪声。
(4)开关设备
由于谐波电流的存在,开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率(di/dt),致使增加暂态恢复电压的峰值,以致破坏绝缘。
(5)保护电器
电流中含有谐波,必然会产生额外的转矩,改变电气的动作特性,从而引起误动作。
(6)计量仪表
对于电能表等计量仪表,因谐波原因会造成感应转盘产生额外的电磁转矩,引起测量误差,使表计的精确度降低。
(7)电力电子设备
在很多场合,电子设备等同于产生谐波的电流源,并且很容易感受谐波失真而误动作。
其他诸如照明设备、通信设备、电视以及音响、电脑设备、载频遥控设备等都容易受到谐波的干扰,使其正常工作受到影响,因而减少其使用寿命。
4 抑制谐波干扰的措施
为了控制谐波的泛滥,净化供配电系统波形,提高供配电系统电能质量及效率,国家发布了GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》国家标准。其主要目的是把公用电网的谐波量控制在允许范围内,以保证电能质量,防止谐波对电网和用户的电气设备、各种用电器具造成危害,保持其安全经济运行,并获得良好的社会效益。消除电网中的谐波,对延长电力设备的使用寿命和保证负载的安全经济运行,有着非常重要的意义。消除谐波的几种主要方式如下所述。
4.1 变流装置整流相数或脉动数的增加
当变流装置的脉动数增多时,变流装置产生的谐波次数增高,而谐波电流近似地与谐波次数成反比,因此一些次数较低、成分较大的低次谐波能够得以消除,从而减少谐波源产生的谐波电流。通过改造变流装置的结构或者利用相互间有一定移相角的换流变,可有效减小谐波量。这种装置的缺点是结构复杂,造价增加。
4.2 加装交流滤波器
一般采用的调谐滤波器通常由电力电容器、电抗器和电子器件适当组合而成,起到既可补偿谐波,又可补偿无功功率的作用,提高电压水平,且结构简单、补偿容量大,被广泛应用。其主要缺点是装置受到电网阻抗和运行特点的影响,易与电网发生串联谐振,导致谐波放大,使滤波器过载乃至烧毁。因此,实际工程中多采用一组或多组单调谐滤波器组合方式,每组滤波器谐振于需要滤除的谐波频率或该频率附近,当需消除更高频率的谐波或其幅值较小时,可以再加装一组高通滤波器。
4.3 加装有源滤波器
有源电力滤波器(Active Power Filter)采用实时检测的闭环运行方式,动态地抑制谐波并能补偿大小和频率都变化的谐波。有源电力滤波器通过监测补偿对象的电压和电流,经指令电流运算电路计算出补偿电流,该信号经补偿电流发生电路放大得出补偿电流,补偿电流因与要补偿的谐波电流大小相等、方向相反而抵消,使电网的电压、电流恢复为正弦波。其对频率和幅值变化的谐波进行补偿,不易受到电网阻抗的影响,还可以发出基波补偿功率,减少负载的无功功率,提高功率因数。有源电力滤波器根据电路的组成形式和接入电网的方式不同,分为电压源型和电流源型,串联型和并联型,可根据供配电系统的实际情况选用适用的型式。由于有源电力滤波器造价较高,一般用于低压小容量的谐波源补偿。
4.4 对化工企业中应用的变频器产生的谐波应对措施
4.4.1 增加变频器供电电源内阻抗
通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时,最好选择短路阻抗大的变压器。
4.4.2 串入输入电抗器
在变频器的输入电流中,频率较低的谐波分量(5,7,11,13次谐波等)所占的比重是很高的,它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外,还因为它们消耗了大量的无功功率,使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入交流/直流电抗器后,进线电流的THDi(电流总畸变率)大约降低30%～50%,是不加电抗器谐波电流的一半左右。
4.4.3 安装输出电抗器
在变频器到电动机之间增加交流电抗器,主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中线路所产生的电磁辐射。电抗器应安装在距离变频器最近的地方,尽量缩短与变频器的引线距离。
4.4.4 在系统线路中设置滤波器
滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器,为了减少对电源干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。
4.4.5 采用多相脉冲整流和变压器多相运行
在条件允许或是要求谐波限制比较小的情况下,可采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDi大约为10%～15%,18相脉冲整流的THDi约为3%～8%。通用变频器为六脉波整流器,因此产生的谐波较大。如果采用变压器多相运行,使相位角互差30°,如Y-△、△-△组合的变压器构成12脉波的效果,可减小低次谐波电流,很好地抑制谐波[3]。
5 结语
电网中存在的谐波恶化了电网电能质量指标,降低了电网运行的可靠性,危害了电气设备的正常运行,还增加了额外的电能损失,降低了电气设备的使用寿命。在实际运用中应采用技术措施和管理措施并重的方式,加强电网电能质量管理,采取优化的技术措施对谐波进行综合性防范与治理,为社会生产的可持续发展提供可靠的电力保障。
摘要：大量非线性、冲击性以及不对称负载设备广泛应用,产生的谐波引起电能质量指标恶化,干扰了电力设备及电气负载的正常运行。介绍了电网中产生谐波的电气设备以及谐波危害,对抑制谐波的措施进行了阐述,并针对化工企业广泛使用的变频器产生的谐波问题提出了应对措施。
关键词：电能质量,谐波,抑制
参考文献
[1]程浩忠,艾芊,张志刚,朱子述.电能质量[M].北京:清华大学出版社,2006.
[2]蒋平,赵剑锋,唐国庆.电能质量问题及其治理方法[J].江苏机电工程,2003,22(1):16-18.
在线式谐波治理技术 篇5
为了企业的发展正常运行, 对企业的供电设施就要采用高科技, 这样才能达到企业的科学用电, 节能用电, 使企业的成本也减少很多。比如说晶闸管动态投切滤波回路 (TSF) 的方式对企业供电系统产生的特征谐波进行动态滤除, 同时补偿基波无功功率, 改善电源的负荷特性, 有效提高企业供电系统的功率因数, 改善供电系统的电力品质, 保障用电设备的稳定运行。
我们先来介绍一下谐波的概念, 它是对周期性交流信号量进行傅立叶级数分解, 得到频率为基波频率大于1的整数倍的分量。它的来源主要是由于大容量整流或换流设备以及其它非线性负荷, 导致电流波形畸变造成的。我们对这些畸的变交流量进行傅立叶级数分解, 即可得到50Hz的基波分量和频率为基波分量整数倍的谐波分量。我国供电系统频率为50Hz, 所以5次谐波的频率为250 Hz。7次谐波的频率为350 Hz。11次谐波的频率为550 Hz, 13次谐波的频率为650 Hz。在企业的供电系统中, 从低压小容量电气设备到高压大容量用的工业交直流变换装置, 均会引起电网电流、电压波形发生畸变, 引起电网的谐波“污染”。笔者所在企业主要生产线设备的电源部分采用了大功率电力电子器件, 并且电源功率柜系统采用直流供电, 由三相可控硅 (晶闸管) 桥式整流将交流电整流为直流电供电源功率柜用。晶闸管可控整流电路是一个非线性的冲击性负荷, 会产生流入电网的高次谐波电流, 同时消耗大量的无功功率。谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压, 引起电网电压畸变, 影响供电质量及运行安全;谐波使电能传输和利用的效率降低, 使电气设备过热, 产生振动和噪声并使其绝缘老化, 使用寿命降低, 甚至发生故障或烧毁;谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振, 使谐波含量放大, 造成电容补偿设备等设备烧毁;谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作, 使电能计量出现混乱;尤其是谐波的存在, 常常导致产品品质不良, 成品率下降, 生产成本显著上升。由于以上诸多因素, 如何有效改善供电系统的电力品质成为一些企业关注的焦点。所以我们就对这个技术进行进一步的研究。
2 谐波治理方案与技术措施
通过以上对这项技术的初步了解, 接下来我们就对这项技术进行介绍。通过系统的介绍来对他的治理方案和技术措施进行详细的讲解。
2.1 本方案采用在每台设备的就地开关柜旁安装调谐5次滤波器
一组, 并在供电母线上安装一套动态滤波及无功补偿装置, 即就地+集中滤波补偿的谐波治理方式。在每台生产设备旁加装调谐5次滤波器一组, 这样设置可以既能大大降低负载电流, 又消除了一部分谐波, 使从生产设备距变压器这段低压线路的损耗大大降低, 安装在母线上的动态滤波器组负责完成剩余谐波的滤除及无功补偿工作, 这样既能保证谐波的滤除及无功补偿又能避免多台负荷之间的谐波干扰。为供电系统的正常工作提供了更好的保障。这项技术的应用也对企业的供电有很大的好处。所以我们要积极地推广使用这项技术。使企业的供电设施得到更好的保证。
2.2 本方案采用的是分组滤波补偿的方法。
电容器容量根据负载所需补偿容量的大小分为若干小组, 每组为角内控制的三角形接法。三角形的每条支路由滤波电抗器、滤波电容器、反并联晶闸管组和RC吸收电路组成, 由晶闸管控制电容器的投切。每条支路为一个LC滤波电路, 这种滤波电路既可以滤除谐波, 又可以补偿无功功率。建立滤波器组的系统整体优化数学模型, 采用参数计算的分解协调方法设计L、C参数, 通过PSIM软件对系统进行模拟仿真, 决定投切电容器的容量和最佳的投入时刻, 从而实现对供电系统近似连续可调的容性无功功率和实时动态补偿。这样可以使供电更加安全, 而且减少了一些不必要的电量的损害。降低了企业用电的成本。使企业供电更加科学。解决了我国用电量大超出负载的问题。所以我们要积极采用这种技术, 将它尽可能的应用于实际的工作中。这样才能使我国的企业发展更好。
3 谐波治理方案的技术特点
上面我们对这项技术的实施进行了一些介绍, 下面我们就对这项技术具有的特点进行分析。通过对这项技术特点的分析, 来更好地应用这项技术。它的特点主要有两个, 分别是:
3.1 就地+集中滤波补偿的综合治理方式。
依据本企业设备的实际生产运行情况, 采用每台生产设备就地开关配电柜旁安装调谐5次滤波柜一组, 再在配电室供电母线上安装一套动态滤波及无功补偿装置的整体研究与设计思路, 改变传统的L-C滤波器治理谐波方案, 有效避免滤波器谐波过载及各生产设备之间电气设备产生串、并联谐振的现象。
3.2 精确的过零触发, 实现无功精细补偿。
采用晶闸管无触点精确过零触发的技术方法, 根据智能无功功率监控终端采集到的实时数据和滤波器组控制策略, 决定投切电容器的容量和最佳投入时刻, 控制电容器组进行集中分组精细补偿, 改变过去一次性整组投切电容的技术方式, 实现有效提高补偿精度, 彻底解决欠补及无功倒送问题的技术目标。
通过这项技术的两个特点我们可以知道, 这项技术是十分重要。
4 谐波治理方案的经济效益
这项技术不仅十分先进, 可以使企业的供电得到更好的保证, 使企业的工作更好地进行。而且这项技术还可以带来一定的经济效益。可以解决公司的成本。使公司获得更好的经济效益。
本谐波治理及无功补偿技术方案投入电网应用后, 笔者所在企业20台生产设备供电系统的功率因数达到了0.95以上。一台生产设备正常运行时所需的实际功耗电流为210A, 每台设备节约电流110A, 20台设备共计节约2200A, 相当于减少一台1600KVA电力变压器的投入。在企业满负荷生产的情况下每年节约电网资源占用费约50万元, 年平均节约电费120万元, 同时能够降低供电系统的维修成本, 增加企业供电电力设备的带载能力, 为企业更好的供电, 节约企业的供电成本, 使企业的发展更好。
结束语
综上所述, 我们可以知道供电系统的谐波治理与无功补偿技术的重要性, 这项技术可以有效地提高企业的供电设备的工作效率, 使这些设备的运行更加稳定, 是企业在供电上的成本更低, 而且供电的质量更高。这对企业的发展很有利, 能节约企业的生产成本, 使企业的经济效益得到更好的保证。而且我国的电资源很缺乏, 使用这项技术可以节约电能源, 这对我国的发展也是十分有利的。所以我们要大力推广这项技术, 在各个企业内普及, 实现科学的供电, 这样对我国的经济发展才真的有利。
参考文献
[1]王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 1998, 9.
[2]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:中国电力出版社, 2006, 8.
在线式谐波治理技术 篇6
制作、传输、发射以及播出是广播电视工程用电负荷核心的四个环节, 要想保证四个环节的顺利进行就要使用大量的电子信息产品, 而随着对广播电视需求的增加, 对用电的可靠性提出了更高的要求, 其中使用UPS电源是增加用电可靠性的重要举措。另外, 广播电视系统中还大量使用空调、水泵等设备, 会产生大量的因数较低的负荷。同时照明灯和演播室灯光也会产生完全不同的两种类型的负荷[1]。
2广播电视工程中存在的电气问题
1) 电缆过热。根据物理学研究可知, 电流通过电阻会产生大量的热量, 谐波电流也不例外, 造成这种现象的根本原因是交流电流的趋肤效应。由于谐波的频率比正常电流的频率快, 有效截面积小于导体截面积, 所以电阻更大, 产生的电流也越多。在设计时, 导体的截面积一般按照基波频率设计, 当谐波通过时会造成更多的电阻损耗, 产生更多的热量导致电缆过热, 极易引发火灾[2]。2) 变压器过热。谐波通过变压器时会产生过多的额外电量, 即使功率没有达到额定功率时变压器也会出现产生温度过高的情况, 并降低变压器的实际容量。变压器过热主要是由两方面的原因构成, 一是电阻损耗、二是铁芯损耗。3) 电子设备精确率降低。其实谐波电流本身不会对电子设备产生任何不良影响, 而是通过谐波电压影响其他电子设备, 其中高次谐波是影响电子设备的主要因素。谐波会导致电子仪表在内的多项电子设备精确率降低, 甚至会造成不能使用的严重影响。4) 水泵等电动机抖动发热。由于低频谐波电压有幅度较大的特点, 所以容易对水泵、风机等电动机设备产生影响。第一种影响是谐波电压在电动机工作过程中产生额外的电流, 这种谐波电流的频率可以被人耳接收到, 人如果长时间接触这种谐波会感受到明显的噪声。第二种影响是谐波电压在工作时会产生相反的磁动力, 这种磁动力会导致电动机发生抖动。5) 保护装置的误动作。保护装置的误动作主要是指电路在使用过程中发生意外跳闸的现象, 出现这种现象的主要原因是电路中的负荷远没有达到额定电路的标准, 所以电路装置会发生跳闸的情况。如果是单相电路跳闸, 其原因主要是电路峰值过大。近年来中国广播电视系统中大量应用微机保护装置, 这种装置主要检测电流工作的实际情况, 但因为有谐波的存在, 会大大降低装置检测结果的准确性。另一方面, 这种装置本身对电流也比较敏感, 自身的特征也容易导致保护装置的误动作。6) 无功补偿装置发热。谐波会对无功补偿产生不利影响, 即使采取必要的措施仍不能完全杜绝这种不利影响, 这是目前广播电视工程面临的重大难题之一。广播电视系统中大量电子设备都会产生谐波电流, 一旦谐波电流与无功补偿装置发生磁振, 会对无功补偿装置造成非常大的影响, 甚至还会损坏变压器。
3广播电视工程中无功补偿与谐波治理
1) 无功补偿方案。无功补偿有随机就地补偿和跟踪补偿两种方案[3]。随机就地补偿主要是将一些例如金卤灯等因数较低的灯具与补偿电容、触发器和镇流器装于同一个控制盒内, 当功率因数大于0.9时才能使用, 使其成为一个有机的整体。根据以往经验可知广播电视系统中无功功率一般为总装机容量的30%, 且无功补偿与工程规模呈正相关关系。跟踪补偿方案是将低压电容器组并联在0.4 k V的母线上, 并采用分组投切的补偿方式, 通过这种方法可以使因数达到国家要求的标准。2) 谐波治理方案。谐波治理主要通过安装滤波器, 通过滤波器将电路中具有较大畸变率的电流转变为具有较小畸变率的电流。而安装滤波器的最佳位置是非线性负载的电源入口, 主要原理是将非线性负载转变为线性负载, 几乎可以解决谐波带来的所有问题。但这种方案有一个明显的弊端就是成本较高, 需要根据实际情况灵活变动该方案才能实现更多的经济效益。
4结语
随着经济的发展, 人们对广播电视的需求与日俱增, 如何治理无功补偿和谐波成为目前广播电视工程面临的重大难题之一。尽管目前在治理无功补偿和谐波问题上还存在着许多问题, 但随着科学技术的不断发展和完善, 这些问题都会得到解决, 广播电视未来会有广阔的发展前景和空间。
摘要：主要针对广播电视工程中无功补偿与谐波进行研究, 并根据问题提出治理办法。
关键词：广播电视,无功补偿,谐波
参考文献
[1]林庆洪.广播电视工程中无功补偿与谐波治理研究[J].中国高新技术企业 (中旬刊) , 2015 (3) :14-15.
[2]李玉林.广播电视工程中无功补偿与谐波治理分析[J].电子世界, 2014 (11) :85-86.