谐波治理方法的总结与发展.pdf

随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用 电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增 加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成 了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说，电 子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮 度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节 能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染 了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，线电压与 相电压之比比：1 要小得多，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加， 电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非 线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。 一、电力系统中谐波的来源 电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于 发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不 可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。 隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。 对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技进步，可控硅、IGBT 等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于 额定电压的 10％以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显增加。 同样在变压器的电源侧电压超过额定电压 10％以上时，也会使二次侧电压的三 次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7％以下，所以发电、变电设备产生的 谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、变电设备不是影响电 网电压波形方面质量的主要矛盾。 为此，影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线 性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类： •电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。 •交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。 •交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。 •开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。 这些用电设备都是非线性用电设备，但它们产生的谐波各不相同，具体举例 分析如下： 电弧加热设备是由于电弧在70 伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧 电压略低于起弧电压，造成弧电流与弧电压的非线性。 此外，弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波，造 成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18 次以下的低次谐波污染。 其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛应用。由于当时电弧加热设备量少，电 焊机应用的同时率就更小了，对整个电网的影响比较小，但在当时已发现在烧电 焊时，局部低压电网的电压和电流变化很大，有较大的谐波影响。 交流整流直流用电设备的谐波产生的原因是由于整流设备有一个阀电压，在 小于阀电压时，电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备 中加入了储能元件 （滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加激了谐波的 产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中应用了可控硅，这 使得该类设备的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较低。 交流整流再逆变用电设备，在交流变直流过程中产生的谐波与上述的交流整 流直流用电设备一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，这 类设备产生的谐波分量不仅有低次谐波，也有高次谐波。 虽然这类设备单台容量比上述两类设备容量要小，但它的分布面广，数量多， 是目前推广使用的技术手段，因此它的谐波污染应引起足够关注。 开关电源设备目前应用很广，它的工作原理是先把交流整流成直流，通过开 关管控制变压器初级电流的开通和关闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供给 用电设备。此外，开关电源的频率比较高一般在40KHZ 左右，不仅在整流时产生 谐波，而且在开关管开闭时，反射40KHZ 左右的波至电源。这类用电设备同样是 单台容量不大，但它是应用面最广、量最大的非线性用电设备，它还有一定量的 三次谐波，造成配变的中心线电流居高不下，而且三次谐波还会通过配变污染到 10KV 电网。 二、谐波治理的基本方法 目前谐波治理的基本方法有以下三种，在治理过程中又可以采用变电所集中 治理和非线性用电设备处分散治理两种方法。按谁污染谁治理的原则，应该在非 线性用电设备处分散治理。但对