电力系统谐波

【摘 要】电力系统2只变压器,总容量为4000KVA.用电设备为直流电机驱动,变频器大量运用,用电过程中产生了大量的谐波,同时电流严重滞后于电压,功率因数极低,对系统造成了不良后果,主要是：1）系统存在较严重的谐波电流、电压,注入公共连接点后,污染了公用电网.同时给企业自身造成变压器温升过高,附加损耗增加、线损增加,影响公司内部办公系统计算机运行不正常,造成电能资源浪费等问题,给企业带来了一定的经济损失.2）无功冲击较为严重,已造成35KV母线电压波动、压降较大.3）大量的谐波和无功冲击给供用电系统带来了安全隐患.本人多年一直从工厂电气管理工作,对谐波治理工作积极参加改造工作,对谐波产生的原理积极探索.在镇江供电部门协作下,谐波治理取得显著效果.本文主要从谐波产生的危害,谐波的危害防治手段,提出了一套有效的防治手段,为日后解决谐波产生的危害的防治具有较大参考价值.

【关 键 词】谐波干扰；谐波危害；防治手段

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.

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

（1）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.

（2）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.

（3）这些谐波中的较低次谐波谐振会使换向不稳.

（4）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.

（5）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.

（6）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%.

2008年12月8日,我公司遣派现场工程师,对35KV400V整流变进行现场谐波测量,测量结果如下：

1）35KV整流变400V进线处谐波数据：

H5H7H11H13THD备注

谐波电压（%）4.30.41.40.24.8%

谐波电流（A）4.143.240.963.2428.4%

2）35KV整流变低压测量数据：

H5H7H11H13THD

Y绕组谐波电压（%）4.12.34.61.78.7%

谐波电流（A）40747831635.5%

D绕组谐波电压（%）4.71.751.69.6%

谐波电流（A）33317832033.3%

3）功率和功率因数：

有功功率无功功率视在功率功率因数

1608KW3190KVAr3573KVA0.45PF

3采取的主要措施

主要技术参数：总补偿容量：1880KVAr安装容量：5100KVAr

滤波补偿支路2条基波补偿量：390×2KVAr

H4-1滤波补偿支路2条基波补偿量：80×2KVAr

H4-2滤波补偿支路2条基波补偿量：40×2KVAr

H7滤波补偿支路2条基波补偿量：270×2KVAr

H11滤波补偿支路2条基波补偿量：160×2KVAr.

4项目效果

设备投入运行后,经测量达到了以下效果：4.1注入公共连接点的谐波电压、谐波电流已达到了GB/T14549-93标准要求

电压总谐波畸变率分别为3.6%和2.5%,已在国标范围内,各次电压谐波均在国标限值范围内.

约值：△S等于1.732×U0×I0-1.732×U1×I1等于804KVA

视在功率节省率：等于24.5%

4.2变压器损耗节省值

4000KVA变压器的短路有功损耗查数据手册取Pk等于50KVA

短路无功损耗取Qk等于Uk*Se

取无功经济当量λ等于0.1,则节省的有功损耗为：

△PB等于（S1/Se）2×（Pk+λQk）-（S2/Se）2×（Pk+λQk）

其中S1为补偿前视在功率,S2为补偿后视在功率

计算得：

△PB等于24KW

4.3线路损耗

有功功率为P,平均功率因数为cos?准1等于0.50,平均线损率为r

则在装置投入前线损为：

Ps1等于Pr

投入后,功率因数提高到cos?准2等于0.90,线损下降到Ps2,有功损耗下降值为：

△Ps等于Ps1-Ps2

Ps等于Prcos?准1/cos?准2（下转第42页）

（上接第71页）设λ1等于tg?准1,λ2等于tg?准2

又Q等于Ptg?准

所以：

Cb等于△Ps/△Qc等于2cos2?准1tg?准2r

其平均降损当量为：

Cb等于rcos2?准1（λ1+λ2）

r一般为2%,则：

△Ps/△Qc等于0.02×0.5×0.5（1.732+0.4843）等于1.11%

补偿1920KVAr,所以线损减少：

1.11%×1920等于21KW

4.4谐波能量也源于基波,故滤除后也能节省可观的能量,但难于精确计算.

4.5有功总节约值：

P等于24+20等于44KW

按每天24小时,每月30天,则日节电量：44*24等于1056KWh

电费以1元计,则日节电费：1056KWh*1等于1056元

谐波滤除装置既能满足无功补偿的要求,又能滤除谐波,节能降耗效果明显,同时谐波滤除装置比无功补偿电容器组安全,适应在谐波状态下运行,不会与系统在整次谐波下发生并联谐振,严重放大谐波.谐波滤除装置给各种设备以洁净的电力环境,保证精密设备安全工作,延长设备寿命.

5结语

本公司的方法实践证明行之有效,通过谐波治理和节能技术在电气方面的应用,大大提高设备安全运行和降低企业的用电量,提高企业的核心竞争力,本人参与的电气设备技能改造取得了良好经济效益,日常管理也得到领导好同事的认可.希望管理水平和节能技术能

为企业的发展贡献更大的力量.

帝高力35kv/400v配电电气图（图1）：

图1

公司配电柜图（图2）：

图2

【参考文献】

[1]郭宏.变频控制在热力企业中的应用[J].太原科技,2010,3：59-60.

[2],陈德赋,李国常.节能与环保.2010,3：32-35.

[3]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京：中国电力出版社,1998.

[4]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.

[责任编辑：丁艳]