供电系统中谐波的危害及其抑制措施

卜照忠 金英会

[摘 要]简要介绍了谐波是怎样产生的,对电力设备有哪些危害以及总结和提出了抑制谐波的措施。

[关键词]谐波;危害;抑制措施

一、谐波是怎样产生的

电力系统的谐波是电力系统电压波形产生畸变的表征。谐波的产生来自于电力电子设备、非线性阻抗设备和其他方面的干扰。

其中,电子设备谐波源的基本元件大部分采用线性元件,工作波形为非正弦波,有的产品是切削正弦波执行工作的,有的产品是将直流源变换成方波工作,这些产品与电力系统发生关系时,都能使电力系统的极薄产生大量的畸变。非线性阻抗设备如电焊机、电抗器、电弧炉等产品在运行时可使电流产生大幅度地浪涌、尖脉冲,造成电力系统的基波产生畸变,形成电源污染。

二、电力谐波造成的危害

谐波对电力系统的污染日益严重,其产生的危害主要有以下几方面:

1.增加了电力系统中发生谐振的可能,从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。

2.使电网的电压与电流波形发生畸变,降低电网电压,浪费电网的容量。

3.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,降低发电、输电设备的效率和设备利用率。

4.使电气设备运行不正常,加速绝缘老化,从而缩短它们的使用寿命。如:谐波会大大增加变压器的铁损和铜损,降低变压器有效出力,谐波还会导致变压器噪声增大,有时还会发出金属声。

5.对于电磁式继电器来说,电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动,使其动作失去选择,可靠性降低,容易造成系统事故,严重威胁电力系统的安全运行。

6.谐波会使电视机、计算机等用电设备的图形畸变,画面亮度发生波动变化,并使机内的元件温度出现过热,使计算机及数据处理系统出现错误,甚至损害机器。

7.谐波会使测量和计量仪器、仪表的指示不正确及整流装置等产生不良影响。

8.谐波还会干扰通讯系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正常传递,甚至损坏通讯设备。

三、电力谐波的抑制措施

为了保证电网和用电设备的安全经济运行,减少供电系统的谐波问题,从管理和技术上可采取以下措施:

1.严格贯彻执行有关电力谐波的国家标准,加强管理。我国1993年由国家技术监督局发布了《电能质量公用电网谐波》,制定了谐波电流的限制标准,并规定了公共连接点的谐波电流允许值的用户,必须安装电力谐波滤波器,以限制注入公用电网的谐波。

2.在谐波源出加装无源电力滤波装置。无源滤波装置即由电力电容器、电抗器和电阻组合而成的滤波装置,它一般由一组或数组单调谐滤波器组成,有时再加一组高通滤波器。LC滤波器一般采用与谐振源并联方式介入配电系统,安装在电力电子设备的交流侧,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。无源滤波装置除起滤波作用外,还兼顾无功补偿和调压的需要,由于它具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点,无源滤波装置是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。同时无源滤波器存在许多缺点,如易受系统参数的影响;对某些次谐波有放大的可能;消耗多、体积大等。

3.在谐波源处加装有源滤波器。随着电力电子技术的不断发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。有源电力滤波器的主电路PWM变流器向电网注入与原有谐波电流幅值相等,相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比,有源滤波器实现了动态补偿,可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿,补偿的无功功率的大小做到连续调节,且对补偿对象的变化有极快的响应;补偿无功功率时不需贮能元件,补偿谐波时所需贮能元件容量也不大;即使补偿对象电流过大,有源滤波器不会发生过载,并能正常发挥补偿作用;等候电网阻抗的影响不大,不容易和电网阻抗发生谐振;能跟踪电网频率的变化,补偿性能不受电网频率变化的影响。有源滤波器是80年代以来电力电子技术应用于供电系统进行供用电系统进行谐波抑制和无功补偿的一个研究热点,目前在国外已进入实用阶段,而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高,有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术,其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。

4.加装静止无功补偿装置,提高功率因数。快速变化的谐波源,如:电弧炉、电力机车和卷扬机等,除了产生谐波外,往往还会引起供电电压的波动和闪变,有的还会造成系统电压三相不平衡,严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处加装并联装设静止无功补偿装置,可有效减小波动的谐波量,同时,可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡,还可补偿功率因数。

5.防止并联电容器组对谐波的放大。当谐波存在时,在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用,危害电容器及电网中的电气设备,严重时会造成损坏,甚至波坏电网的正常运行。为了抑制谐波放大,可串联电抗器,或将电容器组的某些支路改为滤波器,还可以采取限定电容器组的投入容量。□(编辑/李舶)