地区电网谐波的危害及治理对策

2022-10-27

1 电网中谐波问题的提出

随着地区电力系统中各种类型的非线性负荷 (大功率整流设备、换流设备、电弧炉、电气化铁道以及家用电器等) 比例的增大, 大量的谐波及负序电流注入电网, 造成电网中电压、电流波形畸变现象日益严重, 恶化了电网的电能质量, 当系统中谐波含量达到一定程度时, 将对电力设备及电力用户的用电设备带来严重危害, 影响电力系统的安全稳定运行。同时由于谐波在电网和用户电气设备上要造成附加损耗, 从而增大了网损。而优良的电能质量, 能保证电网和广大用户的电气设备以及各种用电器具的安全经济运行、保障国民经济各行各业的正常生产、提高产品的质量等。电网供电中, 电能质量是电力工业产品的重要指标, 涉及发、供、用各方面投资者、经营者、使用者的权益。而评价电能质量的指标有电压、频率、电压波动与闪变、电力系统的三相不平衡、谐波五项内容, 其中谐波是电力系统波形畸变的定量描述。因此, 对于接入公用电网的谐波源用户必须采取措施, 把谐波值限制在在国家规定的标准内。

2 电力系统谐波产生的原因及影响

2.1 电网谐波产生的原因

高次谐波产生的根本原因是由于电网中某些设备和负荷的非线性特性, 即所加的电压与产生的电流不成线性 (正比) 关系而造成的波形畸变。当电力网向非线性设备及负荷供电时, 这些设备或负荷在传递 (如变压器) 、变换 (如交直流换流器) 、吸收 (如电弧炉) 系统发电机所供给的基波能量的同时, 又把部分基波能量转换为谐波能量, 向电网倒送大量的高次谐波, 使电网的正弦波形畸变, 电能质量降低。当前, 电力系统的谐波源主要有三大类:铁磁饱和型、电子开关型、电弧型。

对于电力网三相供电来说, 有三相平衡和三相不平衡的非线性特性。后者, 如电气铁道、电孤炉以及由低压供电的单相家用电器等, 而电气铁道是当前中压供电系统中典型的三相不平衡谐波源。

2.2 谐波对电力系统的影响

2.2.1 谐波对线路、变压器、旋转电机的影响

谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。如果电网中含有高次谐波电流, 那么, 高次谐波电流会使线路功耗增加。对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加, 增加电力网的功率损耗 (如线损) , 使无功补偿设备不能正常运行等, 给系统和用户带来危害。此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声, 长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。

2.2.2 谐波对电缆的影响

与架空线路相比, 电缆线路对地电容要大10~20倍, 而感抗仅为其1/3-1/2, 所以很容易形成谐波谐振。谐波引起电缆绝缘损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大, 这是由于电缆的分布电容对谐波电流有放大的作用。

2.2.3 谐波对电能计量的影响

由于目前常用的电能表大部分采用感应式机构, 并且是按工频运行工况来设计的, 谐波势必会引起它们的工作误差, 降低其工作可靠性。

2.2.4 谐波对继电保护和自动装置的影响

谐波可引起电网的电感、电容发生谐振, 使谐波放大。当谐波引起系统谐振时, 谐波电压升高, 谐波电流增大, 引起继电保护及自动装置误动, 损坏系统设备 (如电力电容器、电缆、电动机等) , 引发系统事故, 威胁电力系统的安全运行。

3 谐波的抑制措施

抑制电网的谐波, 一般在谐波源处采取措施最为有效。具体措施如下。

(1) 采取加装串联电抗器。

在电容器回路串联适当阻抗值的电抗器, 使电容器支路造成感性支路消除谐振点, 减少电容器对谐波的放大系数, 抑制母线电压畸变和谐波电流的放大值, 同时也减少电容器的投入时的漏流和操作过电压, 起到保护电容器正常投运, 以发挥其无功补偿作用的目的。另外, 在条件允许时也可以重新安排供电系统。

(2) 增加整流相数减少高次谐波产生。

对整流负荷用户, 采用此方法。

理论计算与实测证明, 整流相数增加, 出现的谐波次数增高, 谐波幅值降低。因此增加整流相数的方法, 可以达到减少谐波含量的目的。

(3) 避开电容器谐振点。

该措施目的是避开安装点系统的短路阻抗与电容器容抗相等或接近而产生并联谐振, 使谐波电流放大急剧增加, 危及电网和用户安全, 损坏电力设备。方法是在选择接入电网的电容器容量时, 应对阻抗进行验证, 避免发生谐振, 防止谐波过电流或过电压而造成损坏。

(4) 合理配置电网中的谐波源用户。

谐波源用户应在电网中合理配置。如将大的谐波源用户接在电压等级较高, 系统容量较大的供电点。

(5) 成立谐波管理部门。

各地区供电部门应成立谐波管理部门, 负责监测本地区电网公共连接点电压正弦波崎变率和用户注入电网的谐波电流是否超过国家标准GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》的规定。对于用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行所注入电网的谐波电流和引起公共连接点电压正弦波畸变率超过标准时, 要求用户必须采取措施予以消除。否则, 中止对其供电。

4 结语

电能质量是电力企业的生命, 谐波问题应引起各地区电力部门的高度重视。由谐波引起的电能损耗、电力设备故障将造成电网大的经济损失, 严重影响了电力系统的安全稳定运行。因此, 各地区电力部门应合理规划电网, 谐波治理工作, 应从治理谐波源开始, 进行有目标、有根据的从系统出发, 统一规划, 来加强谐波管理工作, 只有这样才能收到良好的效果。

摘要：电网中谐波问题日益严重, 由谐波导致的网损不断增大、电力设备故障的不断增多, 而造成的经济损失, 引起了各地区供电部门的重视。文中介绍了谐波对电网的危害及抑制谐波的方法。

关键词：谐波,危害,抑制措施