關(guān)于電能質(zhì)量治理你不懂的那些事

隨著現(xiàn)代工業(yè)以及電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，用電設(shè)備越來越復(fù)雜多樣，由此引發(fā)了諸多用電質(zhì)量的問題。一方面，除了功率因數(shù)低的問題之外，各種變流器等電力電子裝置的日益廣泛應(yīng)用又為電網(wǎng)引入大量諧波；另一方面，大量的精密儀器非常容易受電力諧波的影響，對電能質(zhì)量的要求越來越高。在用戶側(cè)對電能質(zhì)量進行積極有效的治理已經(jīng)勢在必行。

電能質(zhì)量的問題

電網(wǎng)電壓的波動、跌落、驟升、不平衡、諧波等除了影響電能質(zhì)量敏感負(fù)荷正常工作外，還會有以下幾項危害：

電能質(zhì)量現(xiàn)象部分波形圖

1、使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加損耗，降低發(fā)電、輸電以及用電設(shè)備的效率和使用壽命;

2、導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，并可能使電器測量儀表劑量不準(zhǔn);

3、產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部過熱;

4、諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，甚至損壞;

5、諧波還會導(dǎo)致公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，大大增加了諧波的危害性，有時會引起嚴(yán)重的事故;高次諧波還會對臨近的通 信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲、降低通信質(zhì)量;

6、在電壓嚴(yán)重不平衡時，會使對于電壓過零點有嚴(yán)格要求的某些直流電機發(fā)生 故障。

影響電能質(zhì)量的因素

1.電壓偏差的產(chǎn)生

(1)系統(tǒng)電源阻抗和峰、谷負(fù)荷的存在是產(chǎn)生電壓偏差的主要原因。同時系統(tǒng)無功電源沒有達(dá)到分層控制和動態(tài)就地平衡的原則就地平衡,導(dǎo)致系統(tǒng)無功容量嚴(yán)重不足, 或電容器、調(diào)相機不能按照功率因數(shù)自動投切也增加了附加電壓偏差。

(2)電網(wǎng)中有載調(diào)壓設(shè)備不足或有載調(diào)壓設(shè)備配置不合理, 導(dǎo)致為用戶供電的某一系列電壓變換系列中沒有電壓調(diào)整手段,在系統(tǒng)電能質(zhì)量低劣時電壓質(zhì)量低 劣。

(3)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理, 供電負(fù)荷與電網(wǎng)的阻抗參數(shù)不匹配: 如電源結(jié)構(gòu)不合理, 沒有靠近負(fù)荷中心,導(dǎo)線截面偏小 , 線路中負(fù)荷電流密度過大, 供電半徑偏大超出了允許范圍等。

(4)用戶功率因數(shù)太低或用戶變電設(shè)備負(fù)荷率太低。

2.電網(wǎng)諧波污染的產(chǎn)生

產(chǎn)生諧波的主要原因是各類非線形負(fù)荷的大量增加使電壓波形發(fā)生畸變,產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流諧波污染是電網(wǎng)受到污染的重要原因,產(chǎn)生諧波的主要用電設(shè)備是大功率的可控硅整流裝置如電氣化鐵路、電力牽引機車電化學(xué)的電解裝置和直流輸電的換流裝置等;主要有產(chǎn)生沖擊負(fù)荷的裝置如煉鋼用電弧 爐和鋼鐵軋機;節(jié)能型電器如節(jié)能燈和變頻器;各種醫(yī)療裝置和不間斷電源和電子整流裝置;自飽和電抗器和可控飽和電抗器; 電力變壓器的勵磁回路等。

3.電壓波動和電壓閃變的產(chǎn)生

導(dǎo)致電壓波動和閃變的原因很多, 主要有 :

(1)大的沖擊負(fù)荷如系統(tǒng)短路、電氣化鐵路中重載列車通過、交流電焊機、煉鋼 爐和軋鋼機等設(shè)備的頻繁使用;

(2)系統(tǒng)短路故障如三相短路故障、兩相短路故障或單相接地故障引起的電網(wǎng)電壓波動與閃變 ;

(3)大容量電氣設(shè)備如電力電容器、電抗器、電力變壓器和電動機的投切等;

(4)備用電源、自動重合閘等裝置的自動投切;

(5)雷擊導(dǎo)致避雷器放電引起的電網(wǎng)電壓波動與閃變。

電能質(zhì)量的主要治理方案

電網(wǎng)用戶需要處理的電能質(zhì)量問題，主要是功率因數(shù)問題、諧波問題、三相負(fù)載不平恒問題以及電壓瞬變問題。

                                                                                                    

針對這些問題的常見的治理手段主要有：電容補償、調(diào)諧補償、單相分別補償、動態(tài)投切補償、無源濾波、有源濾波等等。每種手段主要針對某個方面的問題治理，但同時會影響到其他方面，或者會產(chǎn)生不利影響，或者會有順帶的幫助作用。

常見的如:在如今的電能質(zhì)量環(huán)境下，單純的電容器補償(無調(diào)諧電抗器)應(yīng)用于低壓電力系統(tǒng)當(dāng)中時，往往會受到電力系統(tǒng)或者系統(tǒng)諧波的影響，而造成諧波的放大導(dǎo)致電容器壽命縮短，甚至其他嚴(yán)重事故。

更需注意，當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)中的諧波含量較高時，必須要考慮到無串聯(lián)調(diào)諧電抗器的低壓電容器組同變壓器將會形成一個串聯(lián)諧振回路。當(dāng)系統(tǒng)中的諧波頻率靠近這個串聯(lián)諧振頻率時，將會產(chǎn)出諧振。在配電網(wǎng)中，并不是只有當(dāng)頻率等于諧振頻率時才產(chǎn)生諧波放大，而是只要頻率接近諧波頻率時就會造成諧波放大，現(xiàn)代配電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的非線性負(fù)載會產(chǎn)生寬頻率范圍的諧波。因此，不合理的無功補償會普遍引起諧波放大問題，所以必須要考慮采用消諧濾波補償方案。

另外，在使用有源濾波器進行諧波治理的時候，要注意補償方式，如果采用的是純電容補償，有源濾波器在治理諧波的時候，本身發(fā)出的也是諧波電流(與系統(tǒng)中的諧波電流頻率相等，方向相反)，此補償諧波電流也會導(dǎo)致電容器壽命的縮短，甚至造成故障。所以在安裝有有源濾波裝置(APF)的場合，補償部分必須串聯(lián)電抗器有效保護電容器。

總而言之，電能質(zhì)量綜合治理的目的就是防止不同治理手段之間產(chǎn)生沖突，避免重復(fù)作用造成浪費，避免用高投資手段解決低投資手段可以解決的問題，以盡量少的投資，達(dá)到盡可能好的治理效果。

電能質(zhì)量治理帶來的好處

提高用戶端的功率因數(shù)，降低無功電能消耗，減少電費支出，甚至取得電費獎勵。

有效增加變壓器，開關(guān)設(shè)備，電纜等的利用率，降低用電設(shè)備的投入。

消除用電系統(tǒng)的諧波污染，提供綠色安全的用電環(huán)境，延緩電纜絕緣老化，降低諧波導(dǎo)致的設(shè)備熱損失，從增加設(shè)備使用壽命。

避免補償電容跳閘事故，為無功補償與系統(tǒng)設(shè)備安全運行提供了保障，避免發(fā)生串聯(lián)或者并聯(lián)諧振，造成元器件損壞。

消除因為諧波導(dǎo)致的一些保護設(shè)備誤動作，以及測量儀表的計量不準(zhǔn)確，也可消除因為諧波導(dǎo)致的通訊干擾，信號失真等現(xiàn)象。

緩解系統(tǒng)中的三相不平衡問題，有效降低變壓器和線路的耗損。

減少中性線的電流，降低了配電變壓器的運行溫度，減少熱損耗。

減緩電纜的絕緣老化，避免因為造成的事故。