建筑配電系統(tǒng)諧波的影響及防治措施

1、<p>　　建筑配電系統(tǒng)諧波的影響及防治措施</p><p>　　摘要：諧波的產(chǎn)生不但增加了配電網(wǎng)的供電損耗，而且還直接威脅配電網(wǎng)的安全運行。因此，針對配電系統(tǒng)諧波的防治方面正受到越來越多的關(guān)注。本文對建筑物配電系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生影響、危害以及預(yù)防、治理方法進(jìn)行了分析。旨在為減少諧波污染，提高配電系統(tǒng)用電質(zhì)量提供幫助。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：配電諧波；影響；危害；預(yù)防方法；治

2、理措施 </p><p>　　Abstract: the harmonic generation not only raised the supply of power distribution network loss, but also directly threatened the safety operation of the distribution network. Therefore, in pow

3、er distribution system harmonic of prevention and is receiving more and more attention. In this paper, the building of the distribution system harmonic effect, the harm and the prevention, management methods are analyzed

4、. To reduce to harmonic pollution and improve the quality of power distribution system </p><p>　　Keywords: distribution harmonic; Influence; Harm; Prevention; Management measures </p><p>　　中圖分類號

5、：TM642文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑物內(nèi)電力電子裝置得到日益廣泛的應(yīng)用，同時也對建筑物內(nèi)配電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，產(chǎn)生諧波污染。諧波污染對配電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行構(gòu)成潛在的威脅，諧波干擾導(dǎo)致電氣設(shè)備異常和事故有逐年增長的趨勢，電力諧波已成為一大公害，嚴(yán)重威脅著配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的正常運行。因而了解諧波產(chǎn)生的原因及危害，研究諧波的預(yù)防及治理措施，對改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)

6、安全運行有著重要的意義。 </p><p>　　1 配電系統(tǒng)中的主要諧波源分析 </p><p>　　1.1 非線性電光源 </p><p>　　熒光燈因具有光效高、顯色性好、配用電子鎮(zhèn)流器后也可調(diào)光（調(diào)頻調(diào)幅）等優(yōu)點被大量使用于建筑內(nèi)外的各種場所，但均含有奇次諧波。 </p><p><b>　　1.2 電視機 </b>

7、;</p><p>　　彩色電視機的諧波電流比黑白電視機的大，3次可達(dá)88%、5次68%、7次45%、9次24%。由同一相電源供電的多臺電視機產(chǎn)生的諧波相位相同，同時使用系數(shù)高，加劇了配電網(wǎng)的諧波危害。 </p><p><b>　　1.3 空調(diào)機 </b></p><p>　　空調(diào)機諧波含量大小隨工作方式改變，只開風(fēng)扇時，約為6%～9%，制冷

8、時20%～27%，制熱時22%～34%，諧波分布為2～17次；變頻空調(diào)應(yīng)用已日益廣泛，其諧波含量則更大、分布更廣。從數(shù)據(jù)上來看，空調(diào)諧波含量要低于電視，但其功率大多在1～3kW，其諧波電流總量遠(yuǎn)高于電視。 </p><p>　　1.4 電冰箱、洗衣機 </p><p>　　洗衣機的功率與電冰箱接近，諧波含量稍大。但同時系數(shù)低，參與夜晚家電諧波高峰的同時系數(shù)也小。例如，洗衣機產(chǎn)生的諧波含有率

9、3次21%～40%，5次4.5%～9%，7次3%～6%，9次1%～4%，13次以上很小。 </p><p><b>　　1.5 計算機 </b></p><p>　　由于計算機的諧波含有率高，諧波電流相位和電視機的諧波電流重合，而且商場和家用計算機的普及，以及多班制工作的計算機房的計算機都要參與夜晚出現(xiàn)的家電諧波高峰，所以計算機的諧波影響也不容忽視。 </p&g

10、t;<p><b>　　1.6 充電器 </b></p><p>　　電池充電器是對各種可充電電池充電的裝置，其容量隨充電時電池的容量和個數(shù)而定。在我國小容量的充電器應(yīng)用較為廣泛，國外應(yīng)用更為普遍，容量較大的對蓄電池充電的充電器使用量也在增加。隨著今后電力汽車的使用，它可能成為產(chǎn)生諧波的一種主要的家用電器。 </p><p>　　1.7 變頻器和軟啟動器

11、 </p><p>　　變頻器和軟啟動器已越來越多地被運用到建筑供水、供暖、電梯、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)中，變頻一般分為兩類：交-直-交變頻器和交-交變頻器。前者將工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流，變成直流電壓信號，濾波后由大功率晶體開關(guān)元件逆變成可變頻率的交流信號。 </p><p>　　4.8 UPS、EPS電源 </p><p>　　UPS不間斷電源、EPS消防應(yīng)急電源只

12、有在主電源故障后投入使用，平時處于浮充狀態(tài)，它們的諧波特性與充電器相似。高端大容量UPS（EPS）產(chǎn)品自身大都采取了12脈沖整流器、諧波輸入濾波器、零相移鋸齒形輸入隔離變壓器等防治措施，使5次諧波含量降低到9%，11次4.5%以內(nèi)。 </p><p>　　2 諧波對電能損耗和配電系統(tǒng)設(shè)計的危害 </p><p>　　2.1 諧波對電能損耗的影響 </p><p>　

13、　在理想正弦波的情況下，無功功率Q僅僅反映了電能在電源與負(fù)載之間交換或傳遞的幅度，極少消耗功率。但是，在諧波環(huán)境中的無功功率Q中，部分反映了電能在電源與負(fù)載之間交換的幅度，還有一部分則主要作了無用功。這是因為除了白熾燈、電熱絲等少數(shù)裝置外，多數(shù)用電設(shè)備都被設(shè)計成工作于50Hz的正弦波電網(wǎng)中，故它們不能有效地利用諧波和間諧波電流。于是這部分能量就只能通過發(fā)熱、電磁輻射、振動和噪音等途徑耗散掉，成為無用功，并同時造成各種環(huán)境污染。因此，諧波

14、導(dǎo)致了配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的額外電能損耗。 </p><p>　　2.2諧波對功率因數(shù)計算方法的影響 </p><p>　　功率因數(shù)是指有功功率和視在功率的比值，電氣系統(tǒng)存在諧波時的實際功率因數(shù)為： </p><p><b>　　PF＝P／S </b></p><p>　　式中：P―有功功率； </p>&l

15、t;p><b>　　S―視在功率。 </b></p><p>　　在理想正弦波的情況下，功率因數(shù)則為： </p><p>　　cosφ＝P1／S1 </p><p>　　式中：P1―基波的有功功率； </p><p>　　S1―基波的視在功率。 </p><p>　　但是，在諧波環(huán)境中，由于

16、諧波的存在，使得PF＜cosφ，即： </p><p><b>　　PF＝P／S </b></p><p>　?。絇／S1?S1／S </p><p>　?。絇Fdisp?PFdist </p><p>　　式中：PFdisp―位移功率因數(shù)； </p><p>　　PFdist―畸變功率因數(shù)。 &

17、lt;/p><p>　　2.3諧波對功率因數(shù)補償方法的影響 </p><p>　　傳統(tǒng)的靜態(tài)電容補償方法只能解決由于電流相位滯后導(dǎo)致的無功功率問題，而對由于諧波、間諧波等頻率不合所致的無功功率卻無能為力。因此，在諧波環(huán)境中，計算靜態(tài)補償電容的容量時，應(yīng)當(dāng)扣除非相位所致（即畸變所致）的無功功率，而且這部分無功功率必須用配置電抗器、濾波器等治理諧波的方法來解決。簡言之，在諧波環(huán)境中，無功補償必須相

18、位校正和諧波抑制雙管齊下。 </p><p>　　2.4諧波對無功補償電容器耐壓參數(shù)的影響 </p><p>　　諧波會在熱效應(yīng)、耐壓等方面給補償電容器帶來負(fù)面影響，故應(yīng)根據(jù)諧波狀況來調(diào)整電容器的耐壓參數(shù)，工程設(shè)計中通常用下述方法來確定其參數(shù)。 </p><p>　　2.5 諧波導(dǎo)致配電系統(tǒng)的諧振風(fēng)險增大 </p><p>　　配電系統(tǒng)中，

19、無功補償電容器和變壓器電抗在一定條件下可以形成串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路。前者將從電網(wǎng)吸入諧振頻率及其相近頻率的諧波電流， 從而導(dǎo)致電容器過載， 同時在電容器和電感上產(chǎn)生極高的電壓， 導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備絕緣擊穿； 后者將向電網(wǎng)注入經(jīng)諧振電路放大數(shù)倍的電流， 從而導(dǎo)致電容器、變壓器及導(dǎo)線過載， 同樣也會產(chǎn)生極高的諧波電壓， 導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備絕緣擊穿。為避免發(fā)生系統(tǒng)諧振， 必要時應(yīng)作諧振計算。系統(tǒng)的諧振頻率可按下式計算： </p><p&

20、gt;<b>　　= </b></p><p>　　式中： QC―電容器的額定容量，Mvar； </p><p>　　SCC―母線處系統(tǒng)短路容量，MV?A。 </p><p>　　電容器容量的增加，導(dǎo)致諧振頻率向低值偏移；反之，系統(tǒng)短路容量的增加，則導(dǎo)致諧振頻率向高值偏移。 </p><p>　　補償電容的分組也應(yīng)避開系

21、統(tǒng)諧振點，必要時可以接入適當(dāng)?shù)碾娍蛊鱽砀淖兿到y(tǒng)參數(shù)，以防發(fā)生諧振。 </p><p><b>　　3諧波的預(yù)防方法 </b></p><p>　　3.1清源與截流并重 </p><p>　　首先，要減少配電和用電設(shè)備的諧波產(chǎn)出。選擇變壓器時，除了考察其空載損耗、負(fù)載損耗等節(jié)能指標(biāo)外，還要關(guān)注其磁飽和特性；對于變頻器、整流器、調(diào)光裝置等用電設(shè)備，

22、應(yīng)規(guī)定其諧波發(fā)射限值。 </p><p>　　另一方面，要在配電網(wǎng)絡(luò)中采取簡便有效的諧波阻斷措施，例如，選用D，yn11型配電變壓器，可以有效阻斷3次及其倍數(shù)次諧波電流在高壓側(cè)與低壓側(cè)之間的傳輸，從而減小這部分諧波電流對電力系統(tǒng)的污染。 </p><p>　　3.2諧波源相對集中布置便于日后治理 </p><p>　　諧波源設(shè)備集中布置，對于諧波治理是比較有利的。醫(yī)

23、院醫(yī)技樓的X光機、核磁共振設(shè)備以及其他造影設(shè)備最好集中在一臺或一組配電變壓器上，且宜集中布置在一條或兩條配電干線上。這樣既有利于實現(xiàn)相關(guān)線路的低阻抗設(shè)計，也有利于采取有源濾波等諧波治理措施。 </p><p><b>　　4 諧波治理措施 </b></p><p>　　4.1利用串聯(lián)電抗器抑制諧波 </p><p>　　背景諧波含量較高或可能發(fā)

24、生并聯(lián)電容器組的電容與系統(tǒng)電感間并聯(lián)諧振時，并聯(lián)電容器組應(yīng)串接消諧電抗器，并注意電抗器參數(shù)選擇，防止發(fā)生系統(tǒng)諧振。 </p><p>　　串聯(lián)型調(diào)諧電抗器配比計算方法，在調(diào)諧頻率fh處： </p><p><b>　　XL＝XC／h2 </b></p><p>　　式中：XL―電抗器基波感抗值； </p><p>　　X

25、C―電容器基波容抗值。 </p><p>　　在確定電抗器容量時，應(yīng)使實際調(diào)諧頻率小于理論調(diào)諧頻率（即希望抑制的諧波頻率），以避免發(fā)生系統(tǒng)的局部諧振。還應(yīng)考慮一定裕度，因為當(dāng)電容器使用時間較長后，其介質(zhì)材料退化，從而導(dǎo)致電容值下降，引起諧振頻率的升高。串聯(lián)型調(diào)諧電抗器配比選擇見表1。 </p><p>　　表1串聯(lián)型調(diào)諧電抗器配比選擇表 </p><p>　　應(yīng)當(dāng)注

26、意的是，工程設(shè)計中電抗器的配比一般不小于1％，這是因為抑制電容器涌流也需要配置約1％的電抗器。 </p><p><b>　　4.2設(shè)置濾波器 </b></p><p>　　(1)無源濾波器的設(shè)置原則 </p><p>　　當(dāng)配電系統(tǒng)中具有相對集中且持續(xù)工作的大容量（如200kV&#8226;A或以上）非線性負(fù)載時，宜選用無源濾波器。

27、</p><p>　　(2)有源濾波器的設(shè)置原則 </p><p>　　當(dāng)配電系統(tǒng)中具有大容量（如200kV&#8226;A或以上）非線性負(fù)載，且變化較大（如斷續(xù)工作的設(shè)備等），用無源濾波器不能有效工作時，宜選用有源濾波器。 </p><p>　　(3)復(fù)合型濾波器的設(shè)置原則 </p><p>　　復(fù)合型濾波器由無源濾波器和有源濾波器

28、組合而成，由無源濾波器吸收一個或數(shù)個功率較大且穩(wěn)定的特定頻率的諧波，再由有源濾波器消除其余諧波。 </p><p>　　當(dāng)配電系統(tǒng)中既具有相對集中且長期穩(wěn)定運行的大容量（如200kV?A或以上）非線性負(fù)載，又具有較大容量的經(jīng)常變化的非線性負(fù)載時，宜選用復(fù)合型濾波器。 </p><p>　　4.3 設(shè)置靜止無功發(fā)生器（SVG） </p><p>　　無功功率變化較大且

29、諧波嚴(yán)重的系統(tǒng)中宜采用靜止無功發(fā)生器，在進(jìn)行功率因數(shù)補償?shù)耐瑫r，也能在一定程度上實現(xiàn)對諧波的抑制。 </p><p>　　必須注意的是，如果在變電所低壓配電室中設(shè)置SVG裝置，對高壓側(cè)（公共電網(wǎng)）而言，諧波治理的效果較好，但對用戶側(cè)（低壓電網(wǎng)）的電能質(zhì)量卻毫無改善。 </p><p><b>　　5 結(jié)束語 </b></p><p>　　總而言

30、之，諧波的防治是一個綜合防治的過程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。因此，這就要求我們把配電系統(tǒng)諧波的污染防治工作重視起來。一方面應(yīng)從源頭抓起，加強設(shè)備的管理防止諧波的產(chǎn)生，另一方面是提高認(rèn)識，積極進(jìn)行諧波防治研究。相信在不久的將來，諧波污染侵害配電系統(tǒng)的情況會得到較好的解決。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 姚赤飆，民用建筑配