您當(dāng)前所在位置：首頁 > 新聞資訊 > 行業(yè)資訊 > 正文

說完“諧波”的危害后，繼續(xù)來談一談如何治理？

人氣：3028次發(fā)表時(shí)間：2018-12-14

背景

繼上次我們說到，工業(yè)企業(yè)用電諧波的危害有多大？用電損耗在哪里？

想必大家對(duì)諧波也有了一定的了解，因此我們對(duì)非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波的治理似乎也迫在眉睫。

在這里補(bǔ)充一下諧波治理的意義：

第一，治理諧波可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，提高設(shè)備的使用壽命;

第二，諧波的治理可以減少諧波對(duì)公共電網(wǎng)的污染;

第二，治理諧波可以減少無功補(bǔ)償?shù)闹C振機(jī)率;

第三，治理諧波可以減少對(duì)通訊設(shè)備的干擾，提高通訊信號(hào)質(zhì)量。

顯然，從諧波的危害和治理諧波的意義兩個(gè)層面看，諧波治理對(duì)工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)乃至長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展都有著不尋常的意義。

那今天，我們就繼續(xù)說一說后續(xù)治理問題。

先看成因

電網(wǎng)諧波來自于3個(gè)方面：

1、發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。

2、是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流0.5%。

3、是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%;接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波所占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

再說來源

電力系統(tǒng)中的諧波來自電氣設(shè)備，也就是說來自用電設(shè)備。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機(jī)發(fā)生的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。目前我國(guó)應(yīng)用的發(fā)電機(jī)有兩大類：隱極機(jī)和凸極機(jī)。隱極機(jī)多用于汽輪發(fā)電機(jī)，凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī)。

對(duì)于諧波分量而言，隱極機(jī)優(yōu)于凸極機(jī)，但隨著科技進(jìn)步，可控硅、IGBT等電子勵(lì)磁裝置的投入，使發(fā)電機(jī)的諧波分量有所上升。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于額定電壓的10%以上時(shí)，由于電機(jī)的磁飽和，會(huì)使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓10%以上時(shí)，也會(huì)使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓便宜在±7%以下，所以發(fā)電、變電設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量都比較小，比國(guó)家的考核標(biāo)準(zhǔn)低的多，因此發(fā)電、變電設(shè)備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。

為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線性用電設(shè)備，也就是說非線性用電設(shè)備是主要的諧波源，非線性用電設(shè)備主要有以下四大類：

?電弧加熱設(shè)備：如電弧爐、電焊機(jī)等。

?交流整流的直流用電設(shè)備：如電力機(jī)車、電解、電鍍等。

?交流整流再逆變用電設(shè)備：如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等。

?開關(guān)電源設(shè)備：如中頻爐、彩色電視機(jī)、電腦、電子整流器等。

這些用電設(shè)備都是非線性用電設(shè)備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

電弧加熱設(shè)備是由于電弧在70伏以上才會(huì)起弧，才會(huì)有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線性。

此外，弧電流的波形還有一定的非對(duì)稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機(jī)在上世紀(jì)四、五十年代已廣泛應(yīng)用。由于當(dāng)時(shí)電弧加熱設(shè)備量少，電焊機(jī)應(yīng)用的同時(shí)率就更小了，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小，但發(fā)現(xiàn)在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。

交流整流直流用電設(shè)備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設(shè)備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零。這類用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源，在整流設(shè)備中加入了儲(chǔ)能元件(濾波電容和濾波電感)，從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設(shè)備的電壓和電流，在整流設(shè)備中應(yīng)用了可控硅，這使得該類設(shè)備的諧波污染更嚴(yán)重，而且諧波的次數(shù)比較低。

交流整流再逆變用電設(shè)備，在交流變直流過程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設(shè)備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。

雖然這類設(shè)備單臺(tái)容量比上述兩類設(shè)備容量要小，但它的分布面廣，數(shù)量多，是推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應(yīng)引起足夠關(guān)注。

開關(guān)電源設(shè)備應(yīng)用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過開關(guān)管控制變壓器初級(jí)電流的開通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流，供給用電設(shè)備。此外，開關(guān)電源的頻率比較高一般在40KHz左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開關(guān)管開閉時(shí)，反射40KHz左右的波至電源。這類用電設(shè)備同樣是單臺(tái)容量不大，但它是應(yīng)用面最大、量最大的非線性用電設(shè)備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，而且三次諧波還會(huì)通過配變污染到10KV電網(wǎng)。

線性淺析

通過對(duì)市場(chǎng)的常用用電器的諧波狀況的測(cè)試，我們了解到目前我國(guó)國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的諧波污染十分嚴(yán)重，尤其是早些年為了節(jié)能，引入的變頻電源和直流用電器的投入，其5次、7次、11次諧波電流的含量分別占基波的20%、11%、6%，這對(duì)于小功率的用戶而言，還不怎樣，但對(duì)于大功率的用戶來說，危害就很大了，對(duì)于中頻爐用戶，它用常規(guī)的無功補(bǔ)償就無法進(jìn)行，有的用戶用常規(guī)的電容器無功補(bǔ)償，無法投入電容器，有的即便投入了，也對(duì)5次諧波電流放大了1.8~3.8倍以上，使得電動(dòng)機(jī)、變壓器等用電器的銅損、鐵損大大地增加，縮短了設(shè)備的使用壽命，多交了電費(fèi)。

諧波治理

諧波的治理主要采用無源濾波裝置和有源濾波器。

1、無源濾波裝置主要采用LC回路，并聯(lián)于系統(tǒng)中，LC回路的設(shè)定，只能針對(duì)于某一次諧波，即針對(duì)于某一個(gè)頻率為低阻抗，使得該頻率流經(jīng)為其設(shè)定的LC回路，達(dá)到消除(濾除)某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時(shí)，在基波對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。這種濾波裝置簡(jiǎn)單，成本低，但不能濾波干凈。其主要元件為投切開關(guān)、電容器、電抗器以及保護(hù)和控制回路。

2、有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產(chǎn)生一個(gè)大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷網(wǎng)絡(luò)中的諧波電流，這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，成本高，在其額定功率范圍內(nèi)，原則上能全部濾除干凈。

治理方法

綜述

常用的諧波治理的方法無處乎有兩種，無源濾波和有源濾波。下面就談?wù)勥@二種方法。

無源濾波

無源濾波的主要結(jié)構(gòu)是用電抗器與電容器串聯(lián)起來，組成LC串聯(lián)回路，并聯(lián)于系統(tǒng)中，LC回路的諧振頻率設(shè)定在需要濾除的諧波頻率上，例如5次、7次、11次諧振點(diǎn)上，達(dá)到濾除這3次諧波的目的。其成本低，但濾波效果不太好。一般而言，低壓0.4KV系統(tǒng)大多數(shù)采用無源濾波方式，高壓10KV幾乎都是采用這種方式對(duì)諧波進(jìn)行治理。

雖濾波的效果較差，部分企業(yè)還是愿意接受，因?yàn)?span style="margin:0px;padding:0px;letter-spacing:0.544px;">中小企業(yè)業(yè)主對(duì)諧波的危害認(rèn)識(shí)不足，一般不愿意拿出大量的經(jīng)費(fèi)來治理諧波，他們只要求滿足國(guó)家對(duì)諧波的限制標(biāo)準(zhǔn)和電力部門對(duì)無功的要求就行了，比如消除力調(diào)電費(fèi)。

我司濾波補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用低，效果好等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是用戶易于接受的諧波治理首選產(chǎn)品。已被廣泛用于電力、油田、鋼鐵、冶金、煤礦、石化、運(yùn)輸、汽車、新能源等多個(gè)行業(yè)。

有源濾波

有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的濾波效果好，在其額定的無功功率范圍內(nèi)，濾波效果可以說是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個(gè)和系統(tǒng)的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。但由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，成本極高，其制作也較之無源濾波裝置復(fù)雜得多，成本也就高得多了。其主要的應(yīng)用范圍是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，尤其是寫字樓的供電系統(tǒng)，工廠的計(jì)算機(jī)控制供電系統(tǒng)。但用戶一般不愿意用有源濾波，對(duì)于諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他電器也就可以了。在這有必要說一句，為了長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，建議各企業(yè)在經(jīng)費(fèi)充裕的情況下，采用這種治理方式才是最明智的。

有源濾波器

APF介紹

采用業(yè)界最先進(jìn)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償方式消除電網(wǎng)諧波，它實(shí)時(shí)檢測(cè)非線性負(fù)載所產(chǎn)生的電流波形，采用先進(jìn)的算法提取出負(fù)載諧波成分，并將幅值相等、相位相反的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)濾除諧波功能，確保最終注入電網(wǎng)的電流為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。