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企業(yè)諧波治理淺議電商論文
[論文關(guān)鍵詞]諧波 電網(wǎng) 整流 治理
[論文摘要]簡要分析企業(yè)諧波的來源及危害,提出治理諧波的初步建議及措施。
諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量,通常也稱為高次諧波,而基波是指其頻率與工頻(50HZ)相同的分量。當(dāng)電網(wǎng)中的諧波電流較大時(shí),我們稱之為電網(wǎng)污染。在電網(wǎng)被污染的情況下,所有電網(wǎng)中的設(shè)備與負(fù)荷均會受到影響。
一、企業(yè)諧波產(chǎn)生的原因
(一)電源自身諧波。諧波在電網(wǎng)誕生的同時(shí)就是存在的,因?yàn)橛捎谥圃旃に嚨膯栴},電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布稍稍偏離正弦波,從而使產(chǎn)生的電流稍微偏離正弦,這部分諧波分量只有在多路供電時(shí)才對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。電力變壓器由于其磁化曲線的非線性也產(chǎn)生少量諧波。
(二)非線性負(fù)載產(chǎn)生。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí),與所加的電壓不呈線性關(guān)系,就形成非正弦電流,從而產(chǎn)生諧波。變頻器、軟啟動(dòng)器、穩(wěn)壓電源、電子熒光燈等用電負(fù)載等都是非線性負(fù)載,是企業(yè)主要的諧波源。
1.隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展,晶閘管整流在不間斷電源、穩(wěn)壓裝置、自動(dòng)控制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。就電力系統(tǒng)中的供電電壓來說,可以認(rèn)為其波形基本上是正弦波,由于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)留下的也是周期性的非正弦波,根據(jù)任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量,在電網(wǎng)電流中含有大量的諧波。整流裝置產(chǎn)生的諧波是電網(wǎng)最大的諧波源。整流裝置從電源吸收高次諧波電流,電流在電源回路引起阻抗壓降,因此導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)都含有高次諧波成分。
2.變頻器也是企業(yè)諧波污染的另一重要因素。變頻調(diào)速在企業(yè)應(yīng)用較為廣泛,常用于風(fēng)機(jī)、水泵、皮帶秤計(jì)量控制等設(shè)備中。變頻器是把工頻電變換成各種頻率的交流電,以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制,整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出直流電壓進(jìn)行平滑濾波,逆變電路將直流電再逆變成交流電。由于變頻器大量使用了非線性的晶閘管,對其供電電源就形成了一個(gè)典型的非線性負(fù)載。變頻裝置由于采用了相位控制,是以脈動(dòng)的方式從電網(wǎng)吸收電流,脈動(dòng)電流導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變使其含有諧波成份。隨著變頻調(diào)速的發(fā)展,對電網(wǎng)造成的諧波污染也越來越嚴(yán)重。
3.軟啟動(dòng)器也造成了諧波污染。大功率設(shè)備如風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)的起停都采用了軟啟動(dòng)器,因?yàn)檐泦?dòng)器采用三對反并聯(lián)的晶閘管實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓,由于晶閘管是典型的非線性器件,因此在使用過程中也會產(chǎn)生大量的諧波,對設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及電網(wǎng)造成了不良影響。
4.照明系統(tǒng)也產(chǎn)生諧波。目前企業(yè)廣泛使用的熒光燈、節(jié)能燈、氣體放電燈等都屬于非線性負(fù)載,在節(jié)能的同時(shí)也給電網(wǎng)帶來了大量的諧波。
二、諧波造成的危害
在諧波源設(shè)備集中使用的配電區(qū)域,諧波污染相當(dāng)嚴(yán)重,電源功效明顯下降。諧波對電力系統(tǒng)設(shè)備和負(fù)載的影響,基本分為兩方面:(1)熱應(yīng)力;(2)負(fù)載損壞。諧波會增加設(shè)備的損耗而加劇熱應(yīng)力。電壓畸變而導(dǎo)致電壓峰值增大,可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿或設(shè)備損壞。
1.所有接于電網(wǎng)中的設(shè)備的損耗都會增加,溫升增加。諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗,還會產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓,導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低,過熱甚至燒毀。
2.由于諧波的頻率較高,諧波源的諧波電流流入變壓器時(shí)增加了變壓器的銅損耗和鐵損耗,導(dǎo)致變壓器容量減小,同時(shí)隨著諧波頻率的增高電流集膚效應(yīng)更加嚴(yán)重,鐵損耗也更大從而引起變壓器局部過熱,縮短使用壽命。
3.諧波能引起補(bǔ)償用電力電容器過熱、過壓,諧波電壓使電容器產(chǎn)生額外的功率損耗,并聯(lián)電容器其容抗隨著諧波頻率增大而減少,產(chǎn)生過電流,加速絕緣老化進(jìn)程,增加絕緣擊穿故障。同時(shí)如果電容與電路的電感配合不當(dāng),容易在某個(gè)諧波頻率附近產(chǎn)生諧振,從而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓進(jìn)一步畸變。
4.諧波會影響互感器的計(jì)量精度。諧波源將其吸收的一部分電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波發(fā)送到電網(wǎng)中去,因此電能表會將諧波能量當(dāng)作發(fā)電來進(jìn)行計(jì)算,從而導(dǎo)致計(jì)量誤差,增加企業(yè)的額外費(fèi)用。
5.精密電子設(shè)備會被嚴(yán)重干擾,導(dǎo)致不能正常工作,甚至燒毀。整流器在換相期間電流波形發(fā)生急劇變化,該換相電流會在正常供電電壓中注入一個(gè)脈沖電壓,該脈沖電壓所包含的諧波頻率較高,因而會引起電磁干擾,對通信線路、通信設(shè)備會產(chǎn)生很大的影響。
6.由于繼電保護(hù)機(jī)構(gòu)是根據(jù)工頻正弦波的變化規(guī)律作為動(dòng)作激勵(lì)設(shè)計(jì)的,當(dāng)波形畸變嚴(yán)重時(shí)各種保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置的動(dòng)作都會受到影響,造成繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)控制裝置的誤動(dòng)作或拒動(dòng)作,影響企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。如果零序三次諧波電流過大,可能引起接地保護(hù)裝置誤動(dòng)作。
三、諧波治理的措施
電力消費(fèi)的趨勢是高效率用電與高質(zhì)量用電相接合。進(jìn)行諧波治理,提高電力品質(zhì)是第一位的,其次是節(jié)能。諧波治理是個(gè)綜合治理過程,一方面應(yīng)從源頭抓起,加強(qiáng)設(shè)備的管理防止諧波的產(chǎn)生,更重要的一方面是提高認(rèn)識,積極進(jìn)行諧波治理,防止災(zāi)害產(chǎn)生。目前國內(nèi)一些企業(yè)已開始重視諧波的污染,取得了節(jié)能和提高電網(wǎng)品質(zhì)的雙重效果。
解決電力電子裝置和其它諧波源污染問題的基本思路有兩條:一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置,即采用LC組成的無源調(diào)諧濾波器;二是對電力電子裝置本身進(jìn)行改造,改進(jìn)整流裝置,采用多相脈沖整流使其盡量不產(chǎn)生諧波,由于其電流電壓同相位,稱高功率因數(shù)整流器或高功率因數(shù)變流器。因?yàn)橹C波補(bǔ)償裝置既可補(bǔ)償諧波,又可提高電網(wǎng)的功率因數(shù),而且結(jié)構(gòu)簡單,因此一直廣泛使用。其缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定頻率的諧波,其補(bǔ)償特性也受電網(wǎng)感抗的制約,補(bǔ)償效果也不理想,但仍是補(bǔ)償諧波的主要手段。
目前,諧波抑制的一個(gè)重要趨勢是采用有源電力濾波器。其基本原理是實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)中電流,快速分離出諧波電流分量,發(fā)出控制指令,實(shí)時(shí)產(chǎn)生大小相等方向相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)中,實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)濾除諧波電流。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波電流進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,其運(yùn)行不受系統(tǒng)的影響,也不會產(chǎn)生諧波放大,同時(shí)可補(bǔ)償無功功率,提高功率因數(shù)是一種較先進(jìn)的諧波抑制技術(shù)。但由于其造價(jià)較高,只適用于小容量諧波補(bǔ)償。
四、結(jié)束語
隨著企業(yè)的技術(shù)改造及設(shè)備升級換代,非線性電力設(shè)備愈加廣泛應(yīng)用,由此導(dǎo)致電力系統(tǒng)中諧波問題越來越嚴(yán)重,一方面造成了電力設(shè)備的損壞,加速絕緣老化,誘發(fā)火災(zāi)等安全事故,另一方面也影響了計(jì)算機(jī)、可編程控制器等自動(dòng)化控制設(shè)備正常工作,直接擾亂了人們正常的生產(chǎn)、生活。本著誰污染,誰治理的原則企業(yè)應(yīng)加大投入,合理用電,抑制電網(wǎng)污染,使電網(wǎng)中其他用戶使用到清潔的電能,肩負(fù)起企業(yè)應(yīng)擔(dān)負(fù)的社會責(zé)任。
參考文獻(xiàn):
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