《电能质量
公用电网谐波》中几个问题的探讨--《华东六省一市电机（电力）工程学会输配电技术研讨会2004年年会论文集》2004年
《电能质量
公用电网谐波》中几个问题的探讨
【摘要】：本文对国标《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93)中用户谐波电流限值的计算和谐波测量仪器的选购等问题进行了初步的探讨。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TM711【正文快照】：
1概述 随着电力工业以及电力电子技术的发展和逐步熟,电网中非线性负荷的数量日益增加,容量不断扩大,使得电网电压波形发生畸变,电网电能质量下降,直接导致电能质量事故不断发生。为了保障广大用户和供电企业的权益,供电企业根据国标《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549一93)
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电能质量问题及谐波对电能计量的影响
&&&& 11:58:00&&&&机房360&&作者:赵建国
:1 问题综述近年来,随着以电力电子装置为代表的非线性负载的大量使用,以微机化为代表的各种复杂精密用电设备不断普及,用户对电能质量的要求不断提高。这一问题已引起各级电力部门的高度重视,国家也颁布了有关的技术标准。合格电能质量是指提供给敏感设备的电力和为其设置的接地系统均适合于该设备正常工作。随着电力电子技术的发展，电力用户采用了大量时变控制的非线性设备;电能的使用范围扩大,电力用户中涌入了大量的冲击、非线性负载及不平衡负荷;新的发电方式与储能方式的推广使用、高压直流输电、新型控制方式，以及使用许多非线性元件对电能质量的要求不断提高。以上种种原因产生了电能质量问题，主要包括断电、频率偏差、电压下跌、电压上升、瞬时脉冲、电压波动、电压切痕、、间谐波、过电压、欠电压等。电能质量问题会对电网及用户设备造成严重的影响,主要表现为:(1)电压波动会使电动机转速不均匀,并危及电动机安全运行,影响产品质量,引起照明的&闪变&,使人眼疲劳而降低工效。电压波动和闪变还会对数字系统形成干扰,造成误动;(2)电网谐波含量增加导致电气设备寿命缩短,甚至损坏,网损加大,系统发生谐波谐振的可能性增加,同时可能引起继电保护和自动装置误动,仪表指示和电度计量不准以及通信受干扰等一系列问题;(3)三相电压不平衡会引起电机附加振动力矩和发热、变压器漏磁增加和局部过热,电网线损增大,干扰通讯以及多种保护和自动装置误动等;(4)电压暂降主要影响工业生产过程中对电压敏感的电气设备(例如电子设备等)的正常工作,甚至造成严重的经济损失。因此,电压暂降已成为现代电力用户面临的最严重的电磁干扰问题之一。2 谐波对电能计量影响的分析电能计量是电网经济核算的依据,其精度关系到电力供需双方的经济效益。而电力谐波的存在,使得电能计量失准,这给供用电双方都带来影响。随着电力电子技术的发展,电网中的谐波污染越来越严重,电能表是否准确、真实地反映非线性用户的用电量还是一个正在探讨的问题。因此分析研究谐波对电能计量的影响具有重要意义。2.1谐波对电磁式电能表的影响
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综述电力系统中电能质量及谐波测控技术(2)
(b)随着微处理技术的推广，新一代的测控设备及数字式多功能仪表已被广泛应用，基于微处理技术的智能化电能质量在线测控设备多采用嵌人式系统和数字信号处理技术相结合的方式，其具有实时在线测控、智能化、网络化、实用性好及投入成本较低的特点。利用双CPU的嵌入式系统与嵌入式设备组合，就能保证电网运行的高效在线测控，便于现场测量分析和长期运行维护。(3)谐波污染的防治介绍：(a)对新报装接网的谐波源用户，必须严格把好审批关，其谐波源设备必须配套相应的谐波抑制装置，并经专业技术部门测试合格后谐波源设备方能投运。(b)加大\"谐波\"负荷的监测力度，有计划、有针对性地开展\"谐波\"电流、电压的现场检测工作，并依据国标GB/T14549《电能质量公用电网谐波》的定值进行评定，对谐波超标的用户，按照谁污染，谁整治的原则，发出整改通知，限其在规定时间(三个月内)加装谐波抑制装置，从源头上限制其注人公用电网的谐波污染超标。(c)将大容量的整流变压器的接线改为Y/△的方式，可消除以3为倍数的谐波分量，使注入公用电网的谐波只有5、7、11、13、17、19等奇次分量，这在一定程度上可减少\"谐波\"的危害幅度。(d)在谐波源区域，采取就地抑制的方式进行整治，在谐波负荷的母线上加装三相交流滤波装置来吸收高次谐波电流。在无功补偿的电容器回路中加装串联式的电抗器，与原有的电容器组成三相交流谐波抑制装置。其原理是人为地造成一串并联的谐波回路，把它设计在某一高次谐波频率状态下呈现很大的阻抗值，当低于设计值的谐波电流出现时，又呈现很小的阻抗，这就达到了消除谐波的目的。(e)在大型的电焊设备和电弧炉、闸流控制的轧钢和大型冲压设备侧，宜加装能吸收动态谐波电流的静止式无功补偿装置，这可提高公用电网抗谐波电流的冲击能力。(f)适当增设换流装置的相数，可有效消除幅值较大的低频项分量，从而大幅度降低\"谐波\"电流的有效值。(g)对大工业以上用户，按其用电性质，适当加装\"谐波\"自动监控器，一旦其谐波达到临界点就自动强迫退出电容补偿装置，以防止将谐波电流成倍放大并注入电网。(h)住宅区的计量装置应采用集中式的安装方式，尽量使其远离谐波源的干扰。(i)建立谐波源用户相关档案，加强日常的重点巡查和监控力度。(4)电能质量在线测控系统介绍：目前较多采用的有以下几种自动化测控系统;(a)用于实时监测电网运行状况的调度自动化测控管理系统。(b)用于发电厂或变电站端电能质量及供售电情况的在线远程遥测系统。(c)用于大客户端电能质量及供用电情况远程实时测控的负荷终端管理系统。(d)用于电网下各台区电能质量及供用电情况实时远程测控的配变终端管理系统。(e)用于商住小区电能质量及供用电情况实时远程测控的低压电力集抄管理系统。3、结束语根据上述可知：实现电网系统电能质量的自动调节及谐波含量的在线实时测控，是电力部门一直关注的课题，如何实现对多个区域电能和谐波污染的同步实时测控，实现三相电能质量的自动调节与谐波污染的有效防范，就对应用测控技术提出了更高的要求，我们必须结合辖区电网的结构和运行方式，选择最优化的自动调节方式及在线测控技术，才能最终实现电网的智能化管理，为客户持续提供稳定可靠的电能。
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电力系统中谐波的来历
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电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评估电能质量有三方面规范。首先是电压方面，它包括电压的动摇、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率动摇；最终是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也即是谐波所占的比重。中国对电能质量的三方面都有清晰的规范和规范。&　　跟着科学技术的开展，跟着工业生产水平缓人民生活水平的进步，非线性用电设备在电网中很多投运，形成了电网的谐波重量占的比重越来越大。它不只添加了电网的供电损耗，并且搅扰电网的维护设备与自动化设备的正常运转，形成了这些设备的误动与拒动，直接要挟电网的安全运转。举个多见的例子来说，电子节能灯在运用量所占比重较小的电网中运转，确实比常用的白炽灯好，不只亮度高又省电，并且运用寿命也长。可是相反，在很多投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大进步。这是因为节能灯对错线性负荷，它发作较大的谐波污染了这一片电网，形成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，线电压与相电压之比比1要小得多，形成了该片电网供电质量下降，用电设备发热添加，电网线损添加，使得该区的配变发热严峻，严峻影响其运用寿命。因而咱们对非线性用电设备发作的谐波有必要进行管理，使谐波重量不超越国家规范。&电力体系中谐波的来历　　电力体系中的谐波来自电气设备，也即是说来自发电设备和用电设备。因为发电机的转子发作的磁场不可能是完善的正弦波，因而发电机宣布的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。当前中国运用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。&　　关于谐波重量而言，隐极机优于凸极机，但跟着科技进步，可控硅、IGBT等电子励磁设备的投入，使发电机的谐波重量有所上升。当发电机的端电压高于额外电压的10%以上时，因为电机的磁饱满，会使电压的三次谐波明显添加。同样在变压器的电源侧电压超越额外电压10%以上时，也会使二次侧电压的三次谐波明显添加。因为电网电压偏移在±7%以下，所以发电、变电设备发作的谐波重量都比较小，比国家的查核规范低的多，因而发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的首要矛盾。&　　为此，影响电网电压波形质量的首要矛盾对错线性用电设备，也即是说非线性用电设备是首要的谐波源，非线性用电设备首要有以下四大类：&　　? 电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。&　　? 沟通整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。&　　? 沟通整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。&　　? 开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。&　　这些用电设备都对错线性用电设备，但它们发作的谐波各不相同，具体举例剖析如下：&　　电弧加热设备是因为电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，形成弧电流与弧电压的非线性。&　　此外，弧电流的波形还有必定的非对称性。恰是因为弧电流对错正弦波，形成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，并且多为18次以下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛运用。因为其时电弧加热设备量少，电焊机运用的一起率就更小了，对悉数电网的影响比较小，但在其时已发如今烧电焊时，部分低压电网的电压和电流改变很大，有较大的谐波影响。&　　沟通整流直流用电设备的谐波发作的原因是因为整流设备有一个阀电压，在小于阀电压时，电流为零。这类用电设备为了供应平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压进步，加激了谐波的发作量。为了操控直流用电设备的电压和电流，在整流设备中运用了可控硅，这使得该类设备的谐波污染更严峻，并且谐波的次数比较低。&　　沟通整流再逆变用电设备，在沟通变直流过程中发作的谐波与上述的沟通整流直流用电设备相同，它在直流逆变成沟通时又有逆变波形反射到沟通电流，这类设备发作的谐波重量不只有低次谐波，也有高次谐波。&　　虽然这类设备单台容量比上述两类设备容量要小，但它的分布面广，数量多，是当前推行运用的技术手段，因而它的谐波污染应导致满足重视。&　　开关电源设备当前运用很广，它的作业原理是先把沟通整流成直流，经过开关管操控变压器初级电流的注册和封闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供运用电设备。此外，开关电源的频率比较高通常在40kHz摆布，不只在整流时发作谐波，并且在开关管开闭时，反射40kHz摆布的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大，但它是运用面最广、量最大的非线性用电设备，它还有必定量的三次谐波，形成配变的中心线电流居高不下，并且三次谐波还会经过配变污染到10kV电网。&谐波现状剖析　　经过对商场的常用用电器的谐波情况的测验，咱们了解到当前中国内工业公司的谐波污染非常严峻，尤其是早些年为了节能，引进的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐波电流的含量别离占基波的20%、11%、6%，这关于小功率的用户而言，还不如何，但关于大功率的用户来说，损害就很大了，关于中频炉用户，它用惯例的无功抵偿就无法进行，有的用户用惯例的电容器无功抵偿，无法投入电容器，有的即使投入了，也对5次谐波电流扩大了1.8~3.8倍以上，使得电动机、变压器等用电器的铜损、铁损大大地添加，缩短了设备的运用寿命，多交了电费。&当前国内对谐波污染的管理　　谐波的管理首要选用无源滤波设备和有源滤波器。&　　1、无源滤波设备首要选用LC回路，并联于体系中，LC回路的设定，只能针关于某一次谐波，即针关于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，到达消除（滤除）某一频率的谐波的意图。LC回路在滤除谐波的一起，在基波对体系进行无功抵偿。这种滤波设备简略，本钱低，但不能滤除洁净。其首要元件为投切开关、电容器、电抗器以及维护和操控回路。&　　2、有源电力滤波器。这种滤波器是用电力电子元件发作一个巨细持平，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种设备的首要元件是大功率电力电子器件，本钱高，在其额外功率规模内，原则上能悉数滤除洁净。&谐波管理的办法　　当前常用的谐波管理的办法无外乎有二种，无源滤波和有源滤波。下面就谈谈这二种办法的优缺点以及商场远景及其经济效益的剖析。&1、无源谐波滤除设备　　无源滤波的首要构造是用电抗器与电容器串联起来，组成LC 串联回路，并联于体系中，LC回路的谐振频率设定在需求滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，到达滤除这3次谐波的意图。其本钱低，但滤波作用不太好，假如谐振频率设定得欠好，会与体系发作谐振。如今，商场上流转较多的采纳的滤波办法即是这一种，首要是因为低本钱，用户容易接受。虽滤波的作用较差，只需满足国家对谐波的约束规范和电力部门对无功的需求就行了。因为其低本钱，商场的需求也就大，通常而言，低压0.4KV体系大多数选用无源滤波方法，高压10KV简直都是选用这种方法对谐波进行管理。因为中国的中小公司大多数是私有的，业主对谐波的损害知道不足，通常不愿意拿出很多的经费来管理谐波，而有的公司因为谐波的含量太大，惯例的无功抵偿不能凑效，供电部门对无功的需求又是非常严厉的，达不到就要罚款。因而，业主不得不需求滤波。因而，其商场的远景可观，经济效益也就可观了。&　　国内低压侧高水平的谐波滤除设备是选用光纤触发体系，大起伏下降因谐波搅扰致使电缆触发所发作的误动。&2、有源谐波滤除设备　　有源谐波滤除设备是在无源滤波的基础上开展起来的，它的滤波作用好，在其额外的无功功率规模内，滤波作用是百分之百的。它首要是由电力电子元件组成电路，使之发作一个和体系的谐波同频率、同起伏，但相位相反的谐波电流与体系中的谐波电流抵消。但因为受到电力电子元件耐压，额外电流的开展约束，本钱极高，其制造也较之无源滤波设备杂乱得多，本钱也就高得多了。其首要的运用规模是计算机操控体系的供电体系，尤其是写字楼的供电体系，工厂的计算机操控供电体系。对单台的设备而言，其赢利是可观的，但用户通常不愿意用有源滤波，关于谐波的含量，不必滤得太洁净，只需不损害别的用电器也就能够了。&工程事例　　温州某10KV电解锌工厂在未滤波之前，其功率因数为0.8，而采纳一般的无功抵偿，又无法投入，1030KVA（630KVA+400KVA）的变压器，直接由10KV变到126V，低压侧的电流到达14000A，5次谐波电流含量在高压侧到达21%。在滤除5次谐波后，5次谐波仅剩5%时，功率因数能够到达0.98。用户由滤波前的每月罚款元，到每月奖赏1000元摆布。这样算下来，半年摆布就能够收回本钱，不只为公司完成了节能降耗，也为国家创建绿色电网出了一份力！&　　矿用提高机：&　　提高机作为大功率、频频发动、周期性冲击负荷以及选用硅整流设备对电网形成的无功冲击和高次谐波污染等损害不只危及电网安全，一起也形成提高机过电流、欠电压等紧停毛病的发作，影响了矿井生产。因而对提高机供电体系进行无功动态抵偿和高次谐波管理，关于进步矿井提高机和电网的安全运转可靠性、进步公司的经济效益含义无穷&　　提高机单机装机功率大，在矿井总供电负荷中占的比重较大。随同煤矿生产规模的扩大、井筒的加深，需求配套的提高机设备容量也越来越大，单机容量已到达kW，有的甚至到达5400kW，单斗提高装载量达34t。这么大的负载发动将对电网形成很大的冲击电流，无功电流成分较大，功率因数较低。所以大功率提高机对供电电网的容量和安稳性需求更高。&　　其间大功率提高机首要的问题是：&　　导致电网电压下降及电压动摇；&　　高次谐波含量丰厚，其间普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5、7、11等奇次谐波共存的情况，使电压畸变更趋杂乱化；&　　功率因数低&　　彻底解决上述问题的办法是用户有必要设备具有疾速呼应速度的BF-2B动态滤涉及无功抵偿设备，该设备运用大功率可控硅开关模组。体系呼应时刻小于2Oms，完全能够满足严厉的技术需求。保定巴方具有丰厚的煤矿现场成功运转经历，如山西玉华煤矿等项目，滤涉及无功抵偿设备头晕至今运转作用杰出，单月节约电费在10万元以上。本文来自WHS|西屋电气
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