電能質量分析儀在電網諧波治理及節電中的應用

高承德

摘要：隨著電力電子產品的廣泛應用，如變頻器、電子鎮流器、開關電源等，及電網中大負荷開關操作;會對產生對電源電壓、電流、頻率等電能質量帶來響應; 因此對電能質量提出了更高更新的要求。一個計算中心失去電源 2S就可能破壞幾十小時的數據處理結果或上百萬元的經濟損失。在大型機器制造廠，0.1S的電壓突降就可能造成異常的生產狀況和質量破壞。當今自動化設備的連續精加工生產線，它們對配電系統中的干擾異常敏感，幾分之一秒的不正常供電就可能在工廠內部造成混亂，其損失是難以估量的。這些用戶對不合格電力的容許度嚴格到1-2周波。所以要通過電能質量分析儀 監測電能質量的情況，再做相應改善。

關鍵詞：諧波干擾、諧波危害、電能質量質治理、節電

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

要對電能質量進行治理，首先要確定電能質量包括哪些因素？各個影響因素是怎么產生的？有什么危害？

1、電力諧波的來源

1.1、輸配電系統方面

因為變壓器里面的鐵心具有磁飽和性,而且變壓器的鐵心飽和后是非線性的,由于工作在磁通密度高的環境,更易產生諧波,所以產生的諧波危害頻率很大。

1.2、多種電器設備的裝置方面

在電子整流的設備中,電子整流設備,諧波晶閘管整流裝置采用的是移相控制,它從電網吸收缺角的正弦波,留給電網的也是缺角的正弦波,顯然留下的這部分缺角正弦波中含有大量的諧波。

2、電力諧波的危害性

2.1、電力諧波對輸電線路的影響

供配電系統中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應式繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護,使得在故障情況下保證線路與設備的安全。但由于電磁式繼電器與感應式繼電器對10% 以下含量高達40% 時又導致繼電保護誤動作,因而在諧波影響下不能全面有效地起到保護作用。晶體管繼電器雖然具有許多優點,但由于采用了整流取樣電路,容易受諧波影響,產生誤動或拒動。這樣,諧波將嚴重威脅供配電系統。

2.2、電力諧波對變壓器的影響。

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度, 諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言, 會大大增加勵磁電流的諧波分量。

2.3、電力諧波對電力電容器的影響。

當電網存在諧波,含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時,由于電容器對電力諧波阻抗很小,諧波電流疊加在電容器的基波上,不僅使電容器運行電壓的有效值增大,而且可能使峰值電壓增大很多,使電容器在運行中發生局部放電時電弧不能熄滅,對絕緣介質更能起到加速老化的作用,從而縮短電容器的使用壽命,在諧波嚴重的情況下,還會引起電容器過負荷擊穿甚至爆炸。

2.4、對通訊系統工作產生干擾

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時, 在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓, 干擾通信系統的工作, 影通信線路通話的清晰度, 甚至在極端的情況下, 還會威脅通信設備人員的安全。

2.5、對公用電網的危害

2.5.1、波電流使輸電線路、發電機、電動機、變壓器產生附加損耗、溫度升高, 導致網損增大, 并使發電機、電動機、變壓器振動和噪聲增加。

2.5.2、使異步電動機的轉矩曲線發生嚴重畸變, 不能達到額定轉速運行,導致用戶的異步電動機大批損壞。

2.5.3、這些諧波中的較低次諧波諧振會使換向不穩。

2.5.4、若電網諧波較大, 會延遲或阻礙消弧線圈的滅弧作用, 導致單相重合閘失敗, 或不能采用較短的自動重合閘時間。

2.5.5諧波電流會對通信、繼電保護裝置、自動控制裝置產生干擾, 引起繼電保護裝置的誤動等。

2.5.6、造成電容器的損壞。電力系統中的諧波對并聯補償電容器有較大影響:增加介質損耗, 使電容器溫度升高, 導致電容器熱擊穿;引起或加劇介質內部的局部放電, 促使電容器損壞。據統計因諧波而損壞的電器設備中, 電容器占40%。

3、下面以某個定力用戶的具體應用案例進行剖析

某公司供配電系統共2只變壓器，總容量為?4000KVA。用電設備為直流電機驅動，變頻器大量運用，用電過程中產生了大量的諧波，同時電流嚴重滯后于電壓，功率因數極低，對系統造成了不良后果，主要是：1．系統存在較嚴重的諧波電流、電壓，注入公共連接點后，污染了公用電網。同時給企業自身造成變壓器溫升過高，附加損耗增加、線損增加，影響公司內部辦公系統計算機運行不正常，造成電能資源浪費等問題，給企業帶來了一定的經濟損失； 2．無功沖擊較為嚴重，已造成35?KV母線電壓波動、壓降較大； 3．大量的諧波和無功沖擊給供用電系統帶來了安全隱患。

電能質量分析儀可自動分析并提取來自電能質量的穩態測量數據和暫態測量數據（如諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度、暫時過電壓和瞬態過電壓等指標）、瞬時波形和RMS變化情況及持續時間、峰值大小等相關信息，以及來自其它自動化系統與該事件相關的數據，形成關于電能質量事件的完整斷面，供電能質量分析計算、模型和參數校核等應用功能使用。對畸變的電壓和波形進行分類、識別電能質量的事件、對引起電能質量問題的各種干擾進行分類、在模糊約束下建立評價電能質量的各項指標。通過電能質量分類，正確認識電能質量現象時域、頻域及瞬態、暫態、穩態等方面的特性，并有針對性地提出治理方案。具體功能包括：

◆分析評估諧波源對各級系統的影響和濾波補償等裝置對系統穩定性的影響，為優化供配電系統的運行提供指導；

◆分析系統中的諧波和負序潮流、阻抗分布、系統狀態，評估診斷系統中的干擾源和系統安全隱患；

◆分析異常事件發生時的整個供配電系統的電能質量指標狀況，查找故障源和事故原因；

◆實現諧波、負序傳遞計算和短路容量計算，可根據系統容量的變化對電能質量各限值進行調整，然后在諧波電流、諧波電壓、不對稱性、頻率和波動性等五個方面對監測點進行全面評估。

根據該公司的顯示需求采用了我公司的電能質量分析儀對用電質量進行監測、治理，為了讓用戶能夠直觀的看到應用的效果和作用，在應用前對對35KV∕400V整流變進行現場諧波測量，測量結果如下：

3.1、35KV整流變400V進線處諧波數據：

H5H7H11H13THD備注

諧波電壓（%）4.30.41.40.24.8%

諧波電流（A）4.143.240.963.2428.4%

3.2、35KV整流變低壓測量數據：

H5H7H11H13THD

Y繞組諧波電壓（%）4.12.34.61.78.7%

諧波電流（A）40747831635.5%

D繞組諧波電壓（%）4.71.751.69.6%

諧波電流（A）33317832033.3%

3.3、功率和功率因數：

有功功率無功功率視在功率功率因數

1608?KW3190?KVAr3573?KVA0.45?PF

4、項目效果

針對測量數據我公司為客戶量身定做了電能質量監測、治理解決方案，在項目實施完成投入運行后，經測量得到的記過如下：

4.1、注入公共連接點的諧波電壓、諧波電流已達到了GB/T?14549-93標準要求。

電壓總諧波畸變率分別為3.6%和2.5%，已在國標范圍內，各次電壓諧波均在國標限值范圍內。

約值△S=1.732×U0×I0－1.732×U1×I1=804KVA

視在功率節省率：=24.5%