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抑制諧波危害的措施及實(shí)例分析

1.前言

如今,隨著電力電磁兼容技術(shù)的快速發(fā)展,電力負(fù)荷的類型越來越多,特別是變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)系統(tǒng)以其方便的過程控制、顯著的節(jié)能效果、維護(hù)簡單、數(shù)字化等特點(diǎn)得到了越來越多的應(yīng)用。無論是哪種變頻器,都會(huì)在變頻器的輸出端產(chǎn)生高諧波,進(jìn)入諧波會(huì)通過輸入電源線影響公共電網(wǎng)。輸出端諧波對(duì)電機(jī)等負(fù)荷有很大的不利影響,促使電網(wǎng)在穩(wěn)定運(yùn)行下產(chǎn)生越來越多的諧波。諧波都來自哪里.都有何危害.怎樣檢測.今天我們關(guān)心的是如何抑制等等。


2.諧波源

諧波來自各種諧波源,據(jù)說“諧波源”一般指各種特定的電氣設(shè)備,即非線性電氣設(shè)備或非線性電力負(fù)荷。其中,電力電子設(shè)備是電網(wǎng)的重要組成部分,有大量的變壓器組.鐵心電抗器.電弧爐.變頻驅(qū)動(dòng)或可控硅整流直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備.計(jì)算機(jī).用于關(guān)鍵負(fù)荷ups電源(ups).節(jié)能熒光燈系統(tǒng).電氣產(chǎn)品和電子產(chǎn)品是諧波源。這種非線性負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)污染、電力質(zhì)量下降、配電設(shè)備故障、嚴(yán)重情況甚至安全事故。


3.諧波傷害

當(dāng)電力電子設(shè)備的容積達(dá)到連接的電網(wǎng)短路容量0時(shí).3-0.當(dāng)由諧波諧振引起的電網(wǎng)參數(shù)約為5倍或較低時(shí),可能很容易在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生諧波諧振“諧波不穩(wěn)”。5.7次諧波含量占總諧波含量的很大比例,其中5次諧波含量占總諧波含量的45%,其中80%。諧波損傷主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)電機(jī)變壓器上高諧波電流皮膚收集效果嚴(yán)重時(shí),容易造成部分高溫和變壓器銅損傷比例增加。

(2)由于諧波電流與基波磁場的相互作用,會(huì)產(chǎn)生不良振動(dòng)分析,加速軸和軸承疲勞,縮短壽命,提高變壓器噪聲。

(3)電機(jī)諧波軸承受較大諧波的電壓容易穿透軸承潤滑油膜,導(dǎo)致放電損壞軸承。

(4)電網(wǎng)中大量三次諧波導(dǎo)致電力電容器快速“鼓肚”和“放炮”在撤離操作中,三次諧波穿過中線會(huì)使線路超溫,甚至發(fā)生火災(zāi)。

(5)在一定的環(huán)境下,電力電子設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的瞬時(shí)刺電壓是造成電纜絕緣故障和損壞的主要原因。

(6)諧波也可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)。

(7)諧波信號(hào)頻率高.大能量可以有電容耦合.電磁感應(yīng).電氣傳輸?shù)忍匦?,?duì)通信造成不可避免的影響。

(8)諧波超標(biāo)容易破壞電子原器件或減少電子原器件的使用壽命。

(9)諧波會(huì)導(dǎo)致公共電網(wǎng)部分并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,進(jìn)而變大諧波,進(jìn)而大大增加上述傷害,甚至導(dǎo)致其他重大事故。


4.國家標(biāo)準(zhǔn)

gb/t14549-93電能質(zhì)量-公共電網(wǎng)諧波表1。

表2為引入公共節(jié)點(diǎn)的諧波電流規(guī)定值。

表1 電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)

霍達(dá)爾儀器


表2 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

霍達(dá)爾儀器


5.諧波測量

上述諧波的危害使它成為*必要時(shí),在電網(wǎng)和監(jiān)測電網(wǎng)日常運(yùn)行中電能質(zhì)量的重要因素。由于電網(wǎng)諧波問題的多樣性,很難根據(jù)某些理論準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的具體情況。一般采用檢測到的電網(wǎng)諧波效應(yīng),以確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行和高質(zhì)量的電源。

目前,從儀器性能測試的目的來看,可以分為:諧波檢測器報(bào)警儀.諧波分析儀.電能質(zhì)量綜合檢測儀。發(fā)達(dá)國家在諧波分析儀的開發(fā)和應(yīng)用方面具有優(yōu)異的技術(shù),儀器功能完善.檢測范圍廣,使用方便可靠,價(jià)格昂貴。但是國產(chǎn)儀器的特點(diǎn)可能很差,數(shù)據(jù)收集也不理想,但是價(jià)格很低。比如:國內(nèi)的dxj一系列諧波檢測儀.美國fluke電能質(zhì)量檢測儀.日產(chǎn)數(shù)據(jù)電能檢測儀.國產(chǎn)gxf系列諧波分析儀等。


6.諧波治理

抑制諧波損傷的對(duì)策主要是抑制諧波源本身和通信路徑?;靖拍睿阂皇墙M裝諧波補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償諧波,二是改造電力電子設(shè)備本身,減少諧波,功率因素可控制為1,三是在市政電網(wǎng)中采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策來抑制諧波,具體做法如下:

6.1抑制諧波所采取的措施

(1)選擇電力電子設(shè)備時(shí),盡量選擇脈沖較大或有一定移相角的換流變壓器。12相脈沖整流thdv大約10%-15%,18相脈沖整流thdv大約3%-8%,缺點(diǎn)是必須使用專用變壓器,不利于設(shè)備改造,價(jià)格較高;

(2)電源電流.線路阻抗.找出負(fù)載特性不平衡的原因,改善電源三相不平衡;

(3)設(shè)備本身無法改進(jìn)時(shí),可在諧波源周圍組裝有源電源濾波器,吸收諧波電流,但補(bǔ)償水平小,成本高;

(4)具有諧波多樣性的裝置應(yīng)集中,否則分散或重疊的應(yīng)用,適度限制多個(gè)諧波的工作模式;

(5)提高供電容量,降低諧波含量;

(6)增強(qiáng)串聯(lián)電抗器,增強(qiáng)與電氣系統(tǒng)的電氣間距,減少諧波的相互作用;

(7)組裝無功功率補(bǔ)償設(shè)備,抑制電壓波動(dòng).閃變.三相不平衡;

(8)電源線與動(dòng)力線分離,盡量選擇雙絞線,減少共模干擾;

(9)提高設(shè)備或設(shè)備的性能,提高電氣設(shè)備的抗干擾性;

(10)使用通信電子控制系統(tǒng)時(shí),盡量增加檢測信號(hào)和輸出軟件過濾器的操作部分,以提高系統(tǒng)本身的抗干擾性。

無源電源波安裝方法簡單,體型小,.無功補(bǔ)償效果良好,適用于穩(wěn)定的諧波場。非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流以及過濾器與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間的電壓損失,導(dǎo)出和負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流相同.相反,諧波電流起到補(bǔ)償諧波的作用。動(dòng)態(tài)性能好,響應(yīng)時(shí)間短(15μs),三相補(bǔ)償諧波電流低功率損耗(低于設(shè)備最大功率的3%),適用于臨時(shí)諧波或諧波成分復(fù)雜、變化快、偶然性高的場地。

6.2應(yīng)用案例

工廠廣泛采用變頻調(diào)速,多見6脈沖開啟變頻器,5次諧波含量高。每個(gè)人都有一個(gè)980kw/690v西門子6脈沖變頻器推動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。諾基亞的無源電源濾波器連接到變頻器的輸入端,關(guān)鍵是吸收變頻器產(chǎn)生的五個(gè)諧波。前五個(gè)諧波失真率為28.8%,交付使用后為1.7%,補(bǔ)償率超過90%。基本避免了5次全面諧波干擾,延長了元器件的使用壽命。無源濾波器系統(tǒng)中的電容器增加了線路末端的功率因數(shù),達(dá)到100%。節(jié)能統(tǒng)計(jì)顯示,投資后節(jié)電8000投資前一個(gè)月少8000度。


7.結(jié)語

諧波在一定程度上破壞了公共電網(wǎng),成為電網(wǎng)的污染物之一。目前,各種方法都有一定的缺陷。因此,分析和研究如何抑制諧波也將成為一個(gè)關(guān)鍵課題。


相關(guān)關(guān)鍵詞: 諧波電磁兼容
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