摘要:文章分析了当前国家电网中运用变频器谐波产生的危害,提出了一套有效的防治手段,为日后彻底解决变频器谐波产生的危害具有重大的意义。

关键词:交频器;谐波干扰;谐波危害;防治手段

中图分类号:TM712文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)30-0098-02

随着国家电网新一次的改革以及大力发展,广东电网取得全面的突破,由于技术的不断更新,同时也出现了电力谐波污染的问题,在目前已经是电力技术最大的漏洞。

1电力谐波的来源

1.1输配电系统方面

因为变压器里面的铁心具有磁饱和性,而且变压器的铁心饱和后是非线性的,由于工作在磁通密度高的环境,更易产生谐波,所以产生的谐波危害频率很大。

1.2多种电器设备的装置方面

在电子整流的设备中,电子整流设备,谐波晶闸管整流装置采用的是移相控制,它从电网吸收缺角的正弦波,留给电网的也是缺角的正弦波,显然留下的这部分缺角正弦波中含有大量的谐波。

1.3谐波示意图

2电力谐波的危害性

2.1电力谐波对输电线路的影响

供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护,使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10% 以下含量高达40% 时又导致继电保护误动作,因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点,但由于采用了整流取样电路,容易受谐波影响,产生误动或拒动。这样,谐波将严重威胁供配电系统。

2.2电力谐波对变压器的影响。

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度, 谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言, 会大大增加励磁电流的谐波分量。

2.3电力谐波对电力电容器的影响。

当电网存在谐波,含有电力谐波的电压加在电容器两端时,由于电容器对电力谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,不仅使电容器运行电压的有效值增大,而且可能使峰值电压增大很多,使电容器在运行中发生局部放电时电弧不能熄灭,对绝缘介质更能起到加速老化的作用,从而缩短电容器的使用寿命,在谐波严重的情况下,还会引起电容器过负荷击穿甚至爆炸。

2.4对通讯系统工作产生干扰

电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时, 在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压, 干扰通信系统的工作, 影通信线路通话的清晰度, 甚至在极端的情况下, 还会威胁通信设备人员的安全。

2.5对公用电网的危害

⑴谐波电流使输电线路、发电机、电动机、变压器产生附加损耗、温度升高, 导致网损增大, 并使发电机、电动机、变压器振动和噪声增加。

⑵使异步电动机的转矩曲线发生严重畸变, 不能达到额定转速运行,导致用户的异步电动机大批损坏。

⑶这些谐波中的较低次谐波谐振会使换流装置工作不稳定。

⑷谐波电流会对通信、继电保护装置、自动控制装置产生干扰, 引起继电保护装置的误动等。

⑸若电网谐波较大, 会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用, 导致单相重合闸失败, 或不能采用较短的自动重合闸时间。

⑹造成电容器的损坏。电力系统中的谐波对并联补偿电容器有较大影响:增加介质损耗, 使电容器温度升高, 导致电容器热击穿;引起或加剧介质内部的局部放电, 促使电容器损坏。据统计因谐波而损坏的的电器设备中, 电容器占40%。

3变频器谐波污染的途径及治理措施

3.1 加装静止无功补偿装置(SVC)

加装静止无功补偿装置(SVC),可有效地减小波动谐波源的谐波量,并有抑制电压波动、闪变、三相不平衡和补偿功率因数的功能,具有综合的技术经济效益;静止无功补偿装置的基本结构是由快速可变的电抗或电容元件组合而成,它能够对系统、负荷无功功率进行快速动态补偿,抑制不平衡电流产生,并滤除污染源发出的谐波。

3.2增加换流装置的相数或脉冲数

增加换流装置的相数或脉冲数,可有效地消除较大的低次特征谐波。整流装置是电网中的主要谐波源之一,在其交流侧所产生的谐波为pk±1次谐波,而在直流侧产生pk次谐波(p为整流相数或脉动数,k 为正整数),并且谐波电流的有效值大体上与谐波次数成反比。采用多相多脉冲组合整流装置,整流变压器二次侧的相数越多,整流脉冲次数越多,其次数低的谐波分量被消去的也就越多。因此,增加换流器的相数,可以有效地消除较大的低次特征谐波。增加换流相数的途径有两种:一是采用特殊接线方式,使换流变压器形成多相整流;二是将相数少的换流变压器联结成等效的多相形式。

3.3滤波技术

滤波器能有效地抑制谐波的传导干扰。在低压电网中, 当谐波电流畸变率THD_I>10%, 或谐波电压畸变率THD_V>3%时,可考虑安装谐波滤波器对于不同的谐波源和电气设备, 可考虑安装相应的滤波设备。当系统中的变频器是以三相六脉动全波整流为主时, 根据公式谐波次数K=6N±1,谐波以5、7 次为主, 通常采用并联式5次和7 次单调谐滤波器。当系统中的变频器主要用于三相四线中的单相电路时,谐波以相序为零的3 次谐波为主,应该安装并联式3 次谐波滤波器。当系统对抗干扰能力要求较高、或系统中谐波含量较复杂时,为减少变频器高次谐波的污染,可在电源输入端并联有源滤波器。有源滤波器能有效虑除电网中2～50 次谐波,反应时间小于1ms,是目前最有效的一种滤波技术。

3.4抑制谐波的其他技术措施

3.4.1加强系统承受谐波的能力

(1)增大系统容量可以增强系统承受谐波的能力, 并降低系统的谐波水平。

(2)在设计规划时,应考虑将谐波源负荷改由容量较大的母线供电或由高一级电压的电网供电。如山东省调在对电气化铁路牵引站出线保护装置调研情况汇报中说明:胶济电气化铁路拟采用采220kV/27.5kV单相变压器与两相220kV线路构成的线路——变压器单元接线供电方式。

3.4.2合理选择并联电容器组中串联电抗器的参数为避免电容因谐波电流造成本身的损坏与电网谐波扩大, 常采用串联电抗器的方法来抑制谐波,串联电抗器是根据检测出的谐波情况恰当选择串联电抗器的百分电抗值(电抗器的感抗值与电容器的容抗值之比的百分数)。

4谐波综合治理的科学建议

(1)电力部门从全系统出发,全面规划,采取有力措施加强技术监督与管理。审核尚待投入负荷的谐波水平,新用户在设计、用电报装、投产初期等不同阶段都有相应专责人员对其进行与电能质量相关的监督、测试,建立相应的管理档案;对已投运的谐波源负载,要求用户加装滤波装置。要和上级生产管理、技术监督部门紧密配合,定期或不定期对本地区主要变电站、公用变压器或重大用户进行电能质量监测,随时了解谐波源及电网电能质量变化情况。在监管过程中发现其用电设备对电能质量造成严重影响的用户,将根据其设备用电情况,采取有效措施,务必在限期内使用户对电网电能质量的干扰降到允许范围内。

(2)改变谐波源的配置或工作方式,具有谐波互补性的装置应集中,否则应适当分散或交替使用,适当限制谐波量大的工作方式,可以减小谐波的影响。

(3)将谐波源由较大容量的供电点或由高一级电压的电网供电,并尽可能保持三相电压平衡,以增加系统承受谐波的能力,减小谐波的影响。

5结语

谐波问题不仅涉及供电部门,而且也涉及电力用户和设备制造商,已引起人们的高度重视。供电部门应合理规划电网,电力电子设备制造商应保证电力设备(特别是一次设备)符合电磁发射水平,电子设备、电子仪器应满足电磁兼容性要求。电力客户,特别是对于使用直流电机的轧钢企业,应安装按上述设计的滤波器装置滤掉高次谐波,从而提高功率因数,降低无功损耗。

参考文献

[1] 吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2] 韩安荣.通用变频器及其应用技术[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3] 王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京;机械工业出版社,2006.

作者简介:陈思琳(1979-),女,广东高州人,深圳供电局试验研究所仪表班工程师,研究方向:电网谐波危害。