浅谈变电站现有对谐波的抑制措施论文_李鑫

浅谈变电站现有对谐波的抑制措施论文_李鑫

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摘要:谐波是一系列的正弦波,其频率是基波的整数倍这一系列的正弦波中,存在无数种频率不同、幅值不同的频率波,这些正弦波会造成电力系统中的正弦电流以及电力系统电压不对称,对系统造成非常严重的危害。本文对变电站现有对谐波的抑制措施进行的探讨。

关键词:变电站;谐波;抑制措施

1 谐波的产生及对电力系统的危害

电力系统向非线性设备以及负荷设备供电时会产生高次谐波,电力系统向这些设备传递和供给基波能量的同时,也将一部分的基波能量转换为谐波能量,进而产生高次谐波,这一系列高次谐波导致电力系统中的电压和电流波严重畸变,对电力系统的稳定性和安全性造成巨大的影响、电力系统中大量谐波的存在造成了电力系统中电压与电流的不对称,大大降低了电能的质量,给电力系统带来了巨大的危害根据其危害的不同范围,可以分为两个方面:一是对电力系统设备的危害;二是对电力运行系统的危害。

2对电力系统设备的危害

电力系统中产生的高次谐波可能引起电力系统中多种不良的效应,如串联或者并联谐振会造成电压和电流持续过高,以及机械谐振等后果,进而导致电线过热,绝缘性减弱等主要危害有以下几种:

(1)烧毁电容器和电抗器

在电力系统中,为了使负载的无功功率达到额定系数,提高功率因数,在安装过程中,经常会在变电站安装并联的电抗器之外,为了降低或抑制谐波,经常会同时安装电抗器和电容器,组合在一起成为过滤谐波的滤波器,在工频频率下,能够成功地抑制谐振的产生。但是,这也会造成谐波频率的系统感抗增加,容抗降低,就可能导致产生串并联谐振而这种谐振会造成谐波电流大大增加,对电力系统设备造成很大的危害,甚至会烧毁电容器和电抗器,在以往的由谐波引发的电力事故中,烧毁电容器和电抗器的比例非常高。

(2)缩短电机寿命 电力系统中产生的谐波可能引起旋转电机损耗和过热,另外,还可能产生机械共振、噪音以及电压持续过高,这会造成电机寿命大大缩短,严重时甚至直接损坏电机。

(3)变压器的发热 电力系统中产生的谐波电流通过变压器时,会导致铁损耗和铜损耗增加随着谐波频率的不断增加,铁损耗也逐步扩大,同时,也会引起变压器外部设备、硅钢片以及紧固件的发热。

(4)引起控制系统失控

目前,电力电子元件以及硅整流器在电力系统中得到了普遍的应用,几乎存在于系统中的各个装置之中这些电力电子元件在运行的过程中会产生大量的谐波,随着电流融入电网,外部畸变会对换流器和整流装置的运行产生巨大的影响,可能导致整个电力系统失控,进而严重影响换流装置的性能,产生不良后果。

(5)引起程序错乱

在数字电路中,所有的逻辑组件都有相应的干扰信号容限,一旦谐波的干扰超过了部件的干扰信号容限,就会对触发器和储存器造成严重的影响,可能会破坏其储存的信息,即使排除谐波干扰,也会留下相应的痕迹,系统仍不会恢复到以前的工作状态同时,谐波干扰也会破坏微处理器中的系统程序,造成程序错乱甚至停机、

3对电力系统运行的危害

电力系统谐波对电力系统运行的危害非常大,主要有以下几个方面:

(1)对电网的危害

电力系统产生的谐波会通过电流进入电网,进而在线路上产生有功功率损耗,通常情况下,谐波电流所占的比例较小,但是其频率非常高,而受到导线集肤效应的影响,谐波产生的电阻远远大于基波电阻,所以,谐波造成的线路损耗就比基波产生的损耗高得多。另外,如果流入电路中断路器的谐波频率过大,会造成断路器的断开能力减弱,甚至无法工作,对电网产生严重的影响和危害。

(2)对继电保护装置的危害

谐波的存在会造成继电保护装置性能发生很大的改变,可能导致各类保护装置功能失灵,无法有效地保护系统。比如对于发电机中的负序电流保护装置,谐波的存在就会引起负序电流保护装置误动或者不动,对发电机以及整个电网的安全运行造成巨大威胁。

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(3)对计量系统的危害

高次谐波会造成电能表向负方向的误差增大,导致实际计量的电能低于实际消耗的电能在线性负荷中,基波功率与谐波功率方向一致。所以,电能表的计量结果大于基波电能,但是却小于基波与谐波电能的总和;而在非线性负荷中,基波功率与谐波功率方向相反,所以,电能表的计量结果小于基波电能,但大于基波与谐波电能的总和。无论哪种情况,都造成电力系统中计量系统产生误差。

4电力系统谐波的抑制方法

随着电力电子技术的发展,接入电网的整流、换流设备和其他各种非线性负荷日益增加,这些电器设备产生大量的谐波电流注入电网,危机电力设备、用户设备和电力系统的安全运行。必须采取措施,抓紧治理,抑制电力系统谐波,把电网中的谐波含量控制在允许范围之内。

电力系统谐波抑制是改善电能质量、净化电网的一个重要方面。对谐波抑制的方法变电站内主要有两种途径:第一种是在谐波源上采取措施,从改进电力电子装置入手,使注入电网的谐波电流建设,也就是最大限度地避免谐波的产生;第二种是在电力电子装置的交流侧利用LC无源滤波器和有源滤波器对谐波电流分别提供频域谐波补偿和时域谐波补偿。这类方法属于对已产生的谐波进行有效抑制的方法。

降低谐波源的稀薄含量也就是谐波源上采取措施,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,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用,并避免因加装消谐装置而引发的其他负面影响。变电站常用的:

4.1三相整流变压器采用Y,d或D,y的接线方式

这种接线方式可抑制3的倍数的高次谐波,也可作为隔离变压器使用。以D,y形接线方式为例:当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时,其中3的倍数高次谐波电流无路可通,所以自然就被抑制而不存在。但将导致铁芯内出现3的倍数高次谐波磁通,而该磁通将在变压器原边绕组内产生3的倍数高次谐波电动势,从而产生3的倍数的高次谐波电流。因为它们相位一致,只能在三角形绕组内产生环流,将能量消耗在绕组的电阻中,故原边绕组端子上不会出现3的倍数高次谐波电动势,不致使谐波注入公共电网,作为隔离变压器使用时,可使3N次谐波电流与配电系统相隔离。这种接线形式的优点是可以自然消除3的整数倍的谐波。

4.2在谐波源处吸收谐波电流

在谐波源设备已确定的情况下,在谐波源处安装滤波装置,吸收谐波电流,是防止谐波电流注入电网的有效措施。对用户侧进行谐波治理通常采取接入无源滤波器或有源滤波器。变电站常用的是:

4.3加装无源滤波器

电压互感器的铁磁谐振产生的过电压常使设备内绝缘击穿、外绝缘放电,且常因事故处理不及时或事故扩大而造成大面积停电。电网中的弧光接地使TV频频烧毁。使用一次消谐器可有效解决上述问题:消除或阻尼TV非线性励磁特性而引起的铁磁谐振过电压,这种谐振过电压会导致系统相电压不稳定;能有效印制间隙性弧光接地时流过TV绕组的过电流,防止TV烧毁;限制系统单相接地消失时在TV一次绕组回路中产生的涌流,这种涌流会损坏TV或TV熔丝;当系统发生单相接地后可较长时间保护TV免受损坏。

二次消谐器装置采用高性能的单片微机作为核心元件,对TV开口三角电压进行循环检测。正常工作情况下,该电压小于30V,装置内的大功率消谐元件(固态继电器)处于阻断状态,对系统运行不产生影响。当TV开口电压大于30V时,系统出现故障。消谐装置开始对此信号进行数据采集,通过电路对信号进行数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术,然后对检测结果分析、计算,得出故障类型。如果当前是铁磁谐振,系统立即启动消谐电路,是固态继电器导通,让铁磁谐振在阻尼作用下迅速消失。此时,CPU系统进行记录、存贮,并自动报警、显示谐振信息(时间、频率、电压值)。如果电路是过电压或单相接地故障,危机系统检测后,分别给出显示和报警,并记录、存贮有关故障信息。CPU系统出了完后,返回起始状态,并继续检测电路中的开口三角电压。

4.4装设静止无功补偿装置

快速变化的谐波源,如:电弧炉、电力机车和卷扬机等,除了产生谐波外,往往还会引起供电电压的波动和闪变,有的还会造成系统电压三相不平衡,严重影响公用电网的电能质量。在电网侧投入无功补偿装置是用来补偿由谐波造成的无功功率,从而提高功率因数。另外,武功补偿装置中通过电感和电容的合理设置,可在某次频率点产生谐振,即可对该频率的谐波实现滤波。可有效减少波动的谐波量,同时,可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡,还可以补偿功率因数。

参考文献

[1]钱照明, 叶忠明. 谐波抑制技术[J]. 电力系统自动化, 1997(10):48-54.

[2]石新春, 霍利民. 电力电子技术与谐波抑制[J]. 华北电力大学学报(自然科学版), 2002, 29(1):6-9.

[3]李燕青, 陈志业, 李鹏,等. 电力系统谐波抑制技术[J]. 华北电力大学学报自然科学版, 2001, 28(4):19-22.

论文作者:李鑫

论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期

论文发表时间:2019/7/17

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