電源質(zhì)量及諧波治理簡介

1、電源質(zhì)量及諧波治理江蘇騰基電力1. 概述電力設(shè)備運行中的問題和故障，通常都是由于電網(wǎng)電氣參數(shù)波動或瞬間干 擾 所引起，女m電壓波動、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡、功率因數(shù)過低、缺相 運行 等。長期以來，這些導(dǎo)致設(shè)備運行故障、維修工作量增加及增耗電費的情況 受到 用戶和供電部門的廣泛關(guān)注。近年來，電力網(wǎng)中非線性負(fù)載的逐漸增加是全世界共同的趨勢，如變頻驅(qū)動或晶閘管整流直流驅(qū)動設(shè)備、計算機、 重要負(fù)載所用的不間斷電源(UPS)、節(jié)能熒光燈系統(tǒng)等，這些非線性負(fù)載將導(dǎo)致電網(wǎng)污染，電力品質(zhì)下降，引起供用電 設(shè)備故障，甚至引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)事故等。世界上包括我國的一些建筑物突發(fā)火災(zāi)被 證明與電力污染有關(guān)。電力污染及

2、電力品質(zhì)惡化主要表現(xiàn)在以下方面：電壓波動、浪涌沖擊、諧 波、三相不平衡等。2. 電源污染的危害電源污染會對用電設(shè)備造成嚴(yán)重危害，主要有:*干擾通訊設(shè)備、計算機系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或死 機。*影響無線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、核磁共振等設(shè)備的工作性能，造成噪 聲干擾和圖像紊亂。*引起電氣自動裝置誤動作，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。*使電氣設(shè)備過熱，振動和噪聲加大，加速絕緣老化，使用壽命縮短，甚 至 發(fā)生故障或燒毀。造成燈光亮度的波動(閃變)，影響工作效益。*導(dǎo)致供電系統(tǒng)功率損耗增加。3. 電源污染的種類3.1電壓波動及閃變電壓波動是指多個正弦波的峰值，在一段時間內(nèi)超過（低于）標(biāo)準(zhǔn)電壓值， 大

3、約從半周波到幾百個周波，即從10MS到2. 5秒,包括過壓波動和欠壓波動。普通 避雷器和過電壓保護(hù)器，完全不能消除過壓波動，因為它們是用來消除瞬態(tài) 脈沖 的。普通避雷器在限壓動作時有相當(dāng)大的電阻值，考慮到其額定熱容量（焦 爾），這些裝置很容易被燒毀，而無法提供以后的保護(hù)功能。這種情況往往很容易 忽視掉，這是導(dǎo)致計算機、控制系統(tǒng)和敏感設(shè)備故障或停機的主要原因。另一個相反的情況是欠壓波動，它是指多個正弦波的峰值，在一段時間內(nèi) 低于標(biāo)準(zhǔn)電壓值，或如通常所說：晃動或降落。長時間的低電壓情況可能是由供 電公司造成或由于用戶過負(fù)載造成，這種情況可能是事故現(xiàn)象或計劃安排。更為 嚴(yán)重的是失壓，它大多是由于配電

4、網(wǎng)內(nèi)重負(fù)載的分合造成，例如大型電動機、中 央空調(diào)系統(tǒng)、電弧爐等的啟停以及開關(guān)電弧、保險絲燒斷、斷路器跳閘等，這些 都 是通常導(dǎo)致電壓畸變的原因。大型用電設(shè)備的頻繁啟動導(dǎo)致電壓的周期性波動，如電焊機、沖壓機、吊 機、電梯等，這些設(shè)備需要短時沖擊功率，主要是無功功率。電壓波動導(dǎo)致設(shè)備功 率不穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量下降；燈光的閃變引致眼睛疲勞，降低工作效率。3.2浪涌沖擊浪涌沖擊是指系統(tǒng)發(fā)生短時過（低）電壓，即時間不超過1毫秒的電壓瞬時 脈沖，這種脈沖可以是正極性或負(fù)極性，可以具有連串或振蕩性質(zhì)。它們通常也 被叫作：尖峰、缺口、干擾、毛刺或突變。IBM公司對電壓畸變進(jìn)行了深入研究，結(jié)果如下：畸變類型畸變數(shù)目畸

5、變發(fā)生相隔天數(shù)低電壓15692. 1過電壓10332.2停電6551.0操作過電壓28311.2脈沖過電壓16732.0總計6244電網(wǎng)中的浪涌沖擊既可由電網(wǎng)內(nèi)部大型設(shè)備（電機、電容器等）的投切或大 型晶閘管的開斷引起，也可由外部雷電波的侵入造成。浪涌沖擊容易引起電子設(shè)備部件損壞，引起電氣設(shè)備絕緣擊穿；同時也容易導(dǎo)致計算機等設(shè)備數(shù)據(jù)出錯或 死機。3.3諧波線性負(fù)載，例如純電阻負(fù)載，其工作電流的波形與輸入電壓的正弦波形完 全 相同，非線性負(fù)載，例如斬波直流負(fù)載，其工作電流是非正弦波形。傳統(tǒng)的線性負(fù) 載的電流/電壓只含有基波（50Hz）,沒有或只有極小的諧波成分，而非線性負(fù) 載會在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生可

6、觀的諧波。諧波與電力系統(tǒng)中基波疊加，造成波形的畸變，畸變的程度取決于諧波電 流的頻率和幅值。非線性負(fù)載產(chǎn)生陡悄的脈沖型電流，而不是平滑的正弦波電流， 這種脈沖中的諧波電流引起電網(wǎng)電壓畸變，形成諧波分量，進(jìn)而導(dǎo)致與電網(wǎng)相聯(lián) 的其它負(fù)載產(chǎn)生更多的諧波電流。計算機是此類非線性負(fù)載之一，象絕大多數(shù)辦公室電子設(shè)備一樣，計算機 裝有一個二極管/電容型的供電電源，這類供電電源僅在交流正弦波電壓的峰值處 產(chǎn)生電流，因此產(chǎn)生大量的三次諧波電流（150Hz） o其它產(chǎn)生諧波電流的設(shè)備 主 要有：電動機變頻調(diào)速器，固態(tài)加熱器，和其他一些產(chǎn)生非正弦波變化電流的 設(shè) 備。熒光燈照明系統(tǒng)也是一個重要的諧波源，在普通的電磁

7、整流器燈光電路中， 三次諧波的典型值約為基波（50Hz）值的13%-20%。而在電子整流器燈光電路 中，諧波分量甚至高達(dá)80%o非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流會影響電力系統(tǒng)的多個工作環(huán)節(jié)，包括變壓 器，中性線，還有電動機，發(fā)電機和電容器等。諧波電流會導(dǎo)致變壓器，電動機 和 備用發(fā)電機的運行溫度（K參數(shù)）嚴(yán)重升高。中性線上的過電流（由諧波和不平 衡引起）不僅會使導(dǎo)線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會在三相變壓器線圈中產(chǎn) 生 環(huán)流，導(dǎo)致變壓器過熱。無功補償電容器會因電網(wǎng)電壓諧波畸變而產(chǎn)生過熱，諧波 將導(dǎo)致嚴(yán)重過流；另外，電容器還會與電力系統(tǒng)中的電感性元件形成諧振電路，這將導(dǎo)致電容 器兩端的電壓明顯升高，引

8、致嚴(yán)重故障。照明裝置的啟輝電容器對于由高頻電流 引起的過熱也是十分敏感的，啟輝電容器的頻繁損壞顯示了電網(wǎng)中存在諧波的影 響。諧波還會引起配電線路的傳輸效率下降，損耗增大，并干擾電力載波通訊系 統(tǒng)的工作，如電能管理系統(tǒng)（EMS）和時鐘系統(tǒng)。而且，諧波還會使電力測量表計， 有功需量表和電度表的計量誤差增大。3. 4三相不平衡三相不平衡會在中性線上產(chǎn)生過電流（由諧波和不平衡引起）不僅會使導(dǎo) 線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會在三相變壓器線圈中產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致變壓器 過熱，甚至引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)事故等。4. 電源污染的治理現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的精密電子設(shè)備,如計算機、控制系統(tǒng)需要穩(wěn)定的高品質(zhì)的供電電壓，隨著電力污染問

9、題日益嚴(yán)重，各國紛紛岀臺治理措施和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對 產(chǎn)生電力污染的設(shè)備提出明確的限制。IEEE-519-1992就是應(yīng)這樣的需要而制定的。這個標(biāo)準(zhǔn)最初是由用戶和供 電部門聯(lián)合發(fā)起制定的，旨在限制過電壓和配電系統(tǒng)中的電流畸變。諧波畸變的 測試點被稱為耦合點或PCC該點通常位于計量電表處。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在耦合點處，單次 諧波電壓畸變率允許值為基波電壓的3%o 一方面這可以滿足計量電表的精 度，另一 方面能保證用戶系統(tǒng)中負(fù)載引起的諧波問題對公用供電系統(tǒng)的影響在可接受的范 圍。應(yīng)用IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)注意它只適用于用戶系統(tǒng)與公用供電系 統(tǒng)之間的限 制要求，并不涉及用戶系統(tǒng)內(nèi)局部電源質(zhì)量的問題，而大多數(shù)諧波

10、是在用戶設(shè)備 產(chǎn)生的而不是在公用電網(wǎng)產(chǎn)生的。我國1993年頒布實施了 GB/T14549-1993能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，規(guī) 定 電壓奇次諧波畸變率4%,偶次諧波畸變率4%；注入電網(wǎng)的諧波電流38A （3 次）,61A （5 次）,43A （7 次）等。對于現(xiàn)有供電網(wǎng)絡(luò)或待建電網(wǎng)中的電力污染情況，要進(jìn)行仔細(xì)分析，通常 解決的方法有兩個：一是局部重組電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分離或隔離產(chǎn)生電力污染的設(shè)備；二 是使用電源凈化濾波設(shè)備進(jìn)行治理，通常電壓諧波是由電流諧波產(chǎn)生的，有效 地 抑制電流諧波就會使電壓畸變達(dá)到要求的范圍。國內(nèi)外很多單位已開始重視電源污 染的治理，投資安裝電源凈化濾波裝置，取得了提高電源品質(zhì)和節(jié)能的

11、雙重效 果。*串聯(lián)電抗器*有源濾波補償*無源濾波補償*增加整流設(shè)備的相數(shù)*安裝各種突波吸收保護(hù)裝置，如避雷器等目前，無源濾波補償是實際應(yīng)用最多、效果較好、價格較低的解決方案，它 包括三種基本形式：串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波（串并混合）。其中串聯(lián) 濾波主要適用于三次諧波的治理；低通濾波主要適用于高次諧波的治理；并聯(lián)濾 波是一種綜合裝置，它可濾除多次諧波，同時提供系統(tǒng)的無功功率，是應(yīng)用最廣 泛的電源凈化濾波裝置。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補償技術(shù)日益成熟，并得到 了廣泛應(yīng)用。較傳統(tǒng)的無源濾波補償系統(tǒng)，它具有功能多，適應(yīng)性好及響應(yīng)速度 快等優(yōu)點，隨著價格的不斷下降，應(yīng)用將日益普遍。有

12、源濾波補償系統(tǒng)在很多重要場 所應(yīng)用效果非常好。ActiveSine電網(wǎng)有源濾波補償裝置是一種高科技的電力電子產(chǎn)品，采用 模 擬和數(shù)字邏輯電路進(jìn)行電流檢測和電流注入的工作原理，通過實時檢測負(fù)載電流波 形，濾除波形中的基波（50/60HZ）成分，將剩余部分的波形反向，通過控制 IGBTs的觸發(fā)，將反向電流注入供電系統(tǒng)中，實現(xiàn)濾除諧波、動態(tài)補償系統(tǒng)波動、 抑制諧振、提高功率因素等功能。產(chǎn)品為成套設(shè)備，體積小、占地少、安裝操作方 便，并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線或用電設(shè)備旁，可落地安裝或掛墻安裝。Sin eWave有源濾波補償裝置是第一種改進(jìn)型的第二代有源濾波補償裝置， 采用DSP和IGBTs電子技術(shù)，通過

13、實時檢測負(fù)載電流諧波，將反向諧波電流注入供 電系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)濾除諧波、提高功率因素等功能。它具有兩種工作模 式：全 局濾波和特定濾波，特別適用于三相四線制的三相不平衡負(fù)載。產(chǎn)品帶有 遠(yuǎn)方報 警（干觸點）,可遠(yuǎn)方控制，并帶有Jbus/RS-485通訊接口（可選），安裝操 作方便，并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線或用電設(shè)備旁，可落地安裝或掛墻安裝。LongWay言號電源凈化柜 工礦企業(yè)內(nèi)部的交流信號（控制）電源，如電氣 化 鐵路站、石化、鋼鐵、鋁廠等，經(jīng)常受到供電電源的嚴(yán)重污染，包括各種諧波、浪 涌沖擊、電壓突變及雷擊干擾等。電源質(zhì)量問題導(dǎo)致信號系統(tǒng)經(jīng)常誤動，嚴(yán)重影 響生產(chǎn)運行安全。深圳市龍源電氣有限公司

14、在吸收國外專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出的信號 電源凈化柜，集多種功能于一體，可廣泛應(yīng)用于站內(nèi)的信號電源系統(tǒng)的改造。主要 功能包括：雙路電源互投、凈化電源、穩(wěn)定電壓、保護(hù)控制設(shè)備安全等。ElectroFlow電源凈化濾波安全裝置是世界上唯一擁有多種線路校正電路的 集成無源濾波補償裝置，它采用先進(jìn)的微電腦控制及多級L-C補償回路，以梯級 邏輯的方式，實時動態(tài)地監(jiān)視、抑制及補償供電線路上的各種干擾和諧波，平衡三 相，穩(wěn)定電壓，提高功率因素，改善供電質(zhì)量，保設(shè)備并聯(lián)安裝于配電系統(tǒng)母線或用電設(shè)備旁。電源質(zhì)量術(shù)語干擾量在電氣系統(tǒng)中引起不希望的電磁量變化（電量或磁量）。即使暫時不導(dǎo)致干 擾和影響，這個量也稱

15、為干擾量。*抗干擾性電氣設(shè)備在一定干擾量下不發(fā)生功能錯誤的能力。只有電氣設(shè)備的抗干擾性 大于干擾水平時，才能保證設(shè)備正?？煽窟\行。*電磁兼容性干擾量的特定值。是指電氣設(shè)備抗干擾水平和干擾發(fā)射水平的基準(zhǔn)。因為 干擾量超出這個特定值的概率很小，所以在一個電氣系統(tǒng)中設(shè)備能保持正常運行。*接電點(PCC)接電點是指公用電網(wǎng)與接電用戶的最近點，同時也連接其它用戶或者可以連 接其它用戶。*諧波頻率為基波頻率(50Hz)整數(shù)倍的正弦分量。*中間諧波頻率不為基波頻率(50Hz)整數(shù)倍的正弦分量。*諧波次數(shù)諧波頻率波頻率的比值，對于中間諧波，其次數(shù)不為整數(shù)。*閃變照明設(shè)備光密度波動的主觀現(xiàn)象。*電壓波動一系列有規(guī)律或無