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劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:隨著電子設備大量的使用,非線性負荷越來越多,企業(yè)電力網(wǎng)的諧波污染問題也越來越不容忽視,由于諧波的不良作用惡化電能質(zhì)量,增加附加損耗,降低電網(wǎng)可靠性,影響企業(yè)供用電設備的正常工作,甚至損害設備,造成電氣故障。討論了諧波的產(chǎn)生,接著分析了諧波的危害,然后研究了諧波抑制和檢測。
關鍵詞:諧波;檢測;危害;治理
1引言
隨著制藥企業(yè)的發(fā)展各種電力電子裝置在企業(yè)大量應用,其中整流裝置所占的比例大,逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路,常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴重的諧波源,電氣設備的單臺容量雖然很小,但數(shù)量卻極為龐大,其內(nèi)部大都含有開關電源,各類開關電源、變頻器的用量越來越多,加上熒光燈產(chǎn)生的諧波,使電源的諧波污染日益突出,諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴重畸變,影響到對電力用戶的供電質(zhì)量。電力系統(tǒng)中的諧波問題也日趨嚴重。電網(wǎng)諧波使得電壓、電流的波形發(fā)生了畸變,使公司電力系統(tǒng)、用電設備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障,產(chǎn)生了嚴重的危害和影響。對其進行有效的抑制已成為企業(yè)電力系統(tǒng)安全運行工作的重要內(nèi)容之一。
2諧波產(chǎn)生的原因
理想的干凈供電系統(tǒng)向用戶提供的是一個恒定工頻的正弦波形電壓,在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里,流過的電流與施加的電壓成正比,流過的電流是正弦波。在實際的供電系統(tǒng)中,由于具有非線性阻抗特性的用電設備(即非線性負荷)的存在,當流過的電流與施加的電壓不呈線性關系時,就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上基頻整數(shù)倍的一系列分量,該分量統(tǒng)稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)。例如:基頻為50Hz,二次諧波為100Hz,三次諧波則為150Hz。應該注意,電力系統(tǒng)所指的諧波是穩(wěn)態(tài)的工頻整數(shù)倍數(shù)的波形,電網(wǎng)暫態(tài)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過壓、欠壓均不屬諧波范疇。
3諧波對企業(yè)電力系統(tǒng)設備的影響
電網(wǎng)諧波對系統(tǒng)和設備的影響主要表現(xiàn)在幾方面。
(1)對變壓器和電動機,諧波電壓使鐵芯渦流損耗增加,諧波電流使銅損增加,溫度上升,絕緣加速老化,降低了效率和利用率,縮短使用壽命。
(2)在諧波電壓作用下,電容器會產(chǎn)生額外的功率損耗,加快絕緣介質(zhì)的老化。更為嚴重的是,大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,造成對某次諧波電流的放大和諧波電壓的增高。這種危險的諧波過電壓和過電流,不僅會使電容器超載而損壞,也會使與電容器聯(lián)接的配電回路中所有線路、設備因電壓閃變超壓過負荷而損壞。據(jù)統(tǒng)計,70%以上的諧波故障發(fā)生在電容器裝置上。
(3)對電力電纜和配電線路,諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應,導線電阻增大,線損加大,發(fā)熱增加,絕緣過早老化,容易發(fā)生接地短路故障,形成潛在的火災隱患。同時,3次諧波使三相平衡負荷的N線電流顯著增加。
(4)配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時,電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大,電弧電壓的恢復要迅速得多,使電弧容易重燃。事實表明,空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力范圍內(nèi)波形畸變率超過50%的故障電流,還會導致斷路器損壞。
(5)諧波對電力系統(tǒng)的繼電保護、計量儀表信號產(chǎn)生干擾和損害。
4 某司供電系統(tǒng)分析
某司用電系統(tǒng)中分6kVⅠ段、6kVⅡ段,在每段母線下主要負載為異步電機和動力變壓器,也有同步電機,據(jù)了解同步電機與異步電機不同時使用,同步電機主要是備用(異步電機不用時),電機的參數(shù)、數(shù)量及所帶負載見系統(tǒng)圖所示:
5某司諧波實際測試
測試工具為FULKE43B型電能質(zhì)量分析儀。
測試對象為6KVI母線側(cè)?,F(xiàn)場實測技術數(shù)據(jù)如下:
測試對象為6KVII母線側(cè)?,F(xiàn)場實測技術數(shù)據(jù)如下:
表1、表2中的數(shù)據(jù)表明,諧波電流超過國家標準3倍以上。
6某司的治理方案
補償用并聯(lián)電容器對諧波電壓*為敏感,諧波電壓加速電容器老化,縮短使用壽命。諧波電流將使電容器過負荷、出現(xiàn)不允許的溫升,特別嚴重的是當電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振時電流急速增加,開關跳閘、熔斷器熔斷、電容器無法運行。為避免并聯(lián)諧振的發(fā)生,電容器串聯(lián)電抗器。它的電抗率按背景諧波次數(shù)選取。電網(wǎng)的背景諧波為5次及以上時,宜選取4.5%~6%;電網(wǎng)的背景諧波為3次及以上時,宜選取12%
6.1 電抗率K值的確定
(1)系統(tǒng)中諧波很少,只是限制合閘涌流時則選
K=0.5~1%即可滿足要求。它對5次諧波電流放大嚴重,對3次諧波放大輕微。
(2)系統(tǒng)中諧波不可忽視時,應查明供電系統(tǒng)的背景諧波含量,合理確定K值。電抗率的配置應使電容器接入處諧波阻抗呈感性。電網(wǎng)背景諧波為5次及以上時,應配置K=4.5~6%。通常5次諧波*大,7次諧波次之,3次較小。國內(nèi)外通常采用K=4.5~6%。配置K=6%的電抗器抑制5次諧波效果好,但明顯的放大3次諧波及諧振點為204Hz,與5次諧波的頻率250Hz,裕量大。配置4.5%的電抗器對3次諧波輕微放大,因此,在抑制5次及以上諧波,同時又要兼顧減小對3次諧波的放大是適宜的。它的諧振點235Hz與5次諧波間距較小。電網(wǎng)背景諧波為3次及以上時應串聯(lián)K=12%的電抗器。在電抗器電容器串聯(lián)回路中,電抗器的感抗XLN與諧波次數(shù)成正比;電容器容抗XCN與諧波次數(shù)成反比。為了抑制5次及以上諧波。則要使5次及以上諧波器串聯(lián)回路的諧振次數(shù)小于5次。這樣,對于5次及以上諧波,電抗器電容器串聯(lián)回路呈感性,消除了并聯(lián)諧振的產(chǎn)生條件;對于基波,電抗器電容器串聯(lián)回路呈容性,保持無功補償作用。
6.2 電抗器的安裝位置
串聯(lián)電抗器無論裝在電源側(cè)或中性點側(cè),從限制合閘涌流和抑制諧波來說都是一樣的。電抗器裝在電源側(cè)時運行條件苛刻,因它承受短路電流的沖擊,對地電壓也高(相對于中性點),因而對動、熱穩(wěn)定要就高,鐵心電抗器有鐵心飽和之慮。電抗器裝在中性點側(cè)時,對電抗器要求相對低,一般不受短路電流的沖擊,動、熱穩(wěn)定沒有特殊要求,承受的對地電壓低??梢娝劝惭b在電源側(cè)缺少了電抗器的抗短路電流沖擊的能力。
7 效益分析
(1) 改善電能質(zhì)量。某司電網(wǎng)凈化裝置能改善電能的質(zhì)量,能濾除電網(wǎng)諧波,補償無功,防止電網(wǎng)串并聯(lián)諧振,防止電壓波動和閃變,提高設備運行的可靠性,減少事故率,減少電氣設備維修費用和維修時間。
(2)降低電能損耗。由于補償了諧波電流和無功電流,使變壓器和輸電線路的電流減少,變壓器和輸電線路的損耗減少,節(jié)約了能耗。
(3) 提高了供電能力。進行諧波補償后,功率因數(shù)由0.8提高到0.94,諧波電流大大下降,幾乎為零,提高了變壓器供電能力。等多種氧化物質(zhì)。廢水在反應器內(nèi)發(fā)生直接電化學過程和間接電化學過程,實現(xiàn)有機污染物的氧化分解。電催化反應器的底部曝入少量臭氧,可有效提高反應效率。
臭氧催化氧化反應塔內(nèi)裝填γ-Al2O3粒子,粒子作為載體,其表面附載有Mn、Cu、V等多種過渡金屬氧化物催化劑,臭氧從反應器底部和廢水一同進入反應塔,構(gòu)成多相催化氧化反應系統(tǒng)。系統(tǒng)中催化劑是不流失的,臭氧在催化劑作用下可轉(zhuǎn)化為•OH,通過•OH的氧化和O3的直接氧化高效分解有機物。
該工藝組合氧化能力強,協(xié)同作用效果好,為制藥廢水的預處理提供了有效手段。臭氧是通過高壓放電產(chǎn)生的,因此,二段工藝設備僅消耗電能,處理過程無需外加化學藥劑,無二次污染。設備可控性好,操作簡單,特別適用于間隙排放、高鹽度、低pH、難降解、高濃度制藥廢水的預處理,是一項環(huán)境友好技術。
8安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型
(1)DSP+FPGA控制方式,響應時間短,全數(shù)字控制算法,運行穩(wěn)定;
(2)一機多能,既可補諧波,又可兼補無功,可對2~51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償;
(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能;
(4)模塊化設計,體積小,安裝便利,方便擴容;
(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設置和控制,使用方便,易于操作和維護;
(6)輸出端加裝濾波裝置,降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響;
(7)多機并聯(lián),達到較高的電流輸出等級;
(8)擁有自主技術。
8.2型號說明
8.3尺寸說明
8.4產(chǎn)品實物展示
ANAPF有源濾波器
9.1產(chǎn)品概述
AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元,晶閘管復合開關電路,線路保護單元,兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小,功耗更低,維護方便,使用壽命長,可靠性高的特點,適應現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>
AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器,可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復合開關電路,自動尋找*佳投入(切除)點,實現(xiàn)過零投切,具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
9.2型號說明
AZC系列智能電容器選型:
AZCL系列智能電容器選型:
9.3產(chǎn)品實物展示
AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊
安科瑞無功補償裝置智能電容方案
參考文獻:
[1]翁朝晨.諧波在制藥企業(yè)電網(wǎng)中檢測與治理[J].醫(yī)藥工程設計,2011,32(02):58-60.
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版
作者簡介
劉細鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。