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我们应该怎么样治理电力谐波

电能的利用是人类进入文明社会的标志,电气化时代的到来让我们的生活发生翻天覆地的变化。如今,无论是5G建设还是物联网的推广,都离不开一个可靠、安全的电网。

随着各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及,人们对电网电能质量的要求越来越高,而电力谐波问题则是影响电能质量的一项重要因素。

电力谐波可以分为谐波电压和谐波电流。前者是电子设备误动作的主要原因,后者则会导致变压器过热、电缆过热、跳闸、无功补偿装置烧毁。因此,当电网电压发生畸变时,就表示其中出现了谐波成分。

在电力系统中,如果把周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。

目前,电力谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害,因而了解谐波产生的机理和治理方法,对于改善供电质量、确保电力系统安全、保障工厂经济运行都有着十分重要的意义。

电力谐波是如何产生的?

综合来说,电力谐波的产生主要来自于以下三个方面:

01

发电源质量不高产生谐波

从发电电源的角度出发,由于空间上的电气设备的非对称性(发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称),造成电磁特性的不一致,会有一定程度上的电能质量的偏差。一般来说,这种误差相对较少。

02输配电系统产生谐波

输配电系统中主要是电力变压器产生谐波。由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。

03

用电设备产生谐波

在用电设备中,许多设备都会造成电能质量的问题:晶闸管整流设备、变频装置、电弧炉、电石炉、气体放电类电光源、家用电器等一系列的非线性的负载设备在使用过程中都会造成奇数次谐波的电流。

电力谐波对电网的危害

半导体变流技术的发展使得人们对电能的利用效率得到了大幅地提高,但大量的开关电源和晶闸管的使用也导致了谐波电流的产生,对电网产生十分严重的危害。

1.谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障;

2.谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁;

3.谐波会影响电表的计量精度,所有接于电网中的设备的损耗都会增加,温升增加;

4.电机类负荷由于谐波的逆序作用而导致输出扭矩的下降,继电保护机构可能会由于谐波而产生误动或扭矩下降;

5.于电力系统外部,谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰。

当电网的谐波污染程度小于国家标准的规定时,通常不会对系统造成影响。但随着污染程度的增加,谐波的影响就逐渐显现出来,如果不及时进行谐波治理,往往会产生很严重的后果。

电力谐波的治理措施

谐波电流是谐波的根源,要制定有效的治理谐波的方案,要先从减少或消除注入系统的谐波电流入手,以便把谐波电压控制在限定值之内。因此,抑制电力谐波主要有三方面的措施:

01

降低谐波源的谐波含量

主动治理,在谐波源上采取措施,通过改进用电设备,最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极,能够提高电网质量,节省因消除谐波影响而支出的费用。

02在谐波源处吸收谐波电流

通过安装电力滤波器,阻止谐波源产生的谐波注入电网,或阻止电力系统的谐波流入负载端,目前常用的方式采用有无源滤波装置和有源滤波装置等。这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法,也是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。

03改善供电环境

选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电,减少谐波对其它负荷的影响,也有助于集中抑制和消除高次谐波。

随着工业物联网的不断发展,大量的可控装置、变频调速装置等非线性负荷设备被应用,使得电网的电力谐波问题愈来愈严重,给各类用电设备带来危害:轻则增加能耗、缩短寿命;重则造成用电事故,直接影响安全生产。

面对日益复杂的用电环境,我们更加应当了解电力谐波问题的来龙去脉,知晓电力谐波的三大治理方法,才能够能够有效处理绝大多数电能质量问题,创造更大的价值。

编辑:jq

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