矿区电网谐波研究与治理.docVIP

矿区电网谐波研究与治理 电网电能质量要求 电能质量包括四个方面的相关术语和概念：电压质量，即用实际电压与额定电压间的偏差(偏差含电压幅值，波形和相位的偏差)，反映供电企业向用户供给的电力是否合格；电流质量，即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行，这个定义有助于 电网电能质量的改善，并降低网损；供电质量，包含技术含义和非技术含义两个方面：技术含义有电压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量包括供电企 业对用户投诉的反应速度和电力价格等；用电质量，包括电流质量和非技术含义，如用户是否按时、如数缴纳电费等，它反映供用双方相互作用与影响用电方的责任和义务。 一般地，电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷产生的谐波对电能质量的污染与破坏，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，保障电能质量既是电力企业的责任，供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准；同时也是用户(拥有干扰性负荷)应尽的义务，即用户用电不得危害供电；安全用电；对各种电能质量问题应采取有效的措施加以抑制。电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量中的谐波问题已经成为电工领域的前沿性课题，电能质量中的谐波是制约我们矿区电网发展的不利因素，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。 　谐波即对周期性的变流量进行傅里叶级数分解，得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量，它是由电网中非线性负荷而产生的。《电能质量公用电网谐波》(GB／T14529-1993)中规定了各电压等级的总谐波畸变率，各单次奇次电压含有率和各单次偶次电压含有率的限制值。谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前，已接入电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应制定改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性用电设备的所属单位负责。 2.1 电网中任何一点的电压正弦波形畸变率均不得超过表2.1规定的极限值。 表2.1 电网电压正弦波形畸变率极限值(相电压) 用户供电电压 (kV) 总电压正弦波 形畸变率极限值 (%) 各奇、偶次谐波电压正弦波形畸变率极限值(%) 奇 次 偶 次 0.38 5.0 4 2.00 6或10 4.0 3 1.75 35或63 3.0 2 1.00 110 1.5 1 0.50 。 一旦超过允许值时，应由电力部门经过核算，确定该用电设备接入电网的技术措施和供电方案。 二、谐波产生的原因 严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。 1、发电机产生少量谐波 发电机是由三相绕组组成的，理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。 2、输电和配电系统中存在大量的电力变压器能产生一定量的谐波 矿区电网中的变压器近30台，变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。 3、晶闸管整流技术造成较严重的谐波 晶闸管整流技术在矿区电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产生的谐波占整个谐波的近40%，是较严重的谐波源。 4、变频器对电网造成严重的谐波污染 变频原理常用于矿井的风机以及井下的水泵等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。前者将380V 50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。 5、充气电光源和家用电器更是常见的谐波源 如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯