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電力系統中諧波治理的幾種方法

1、減少非線性用電設備與電源間的電氣距離。也就是減少系統阻抗,換句話說就是提高供電電壓等級。例如,在麗水電業局的遂昌鋼廠就取得了不錯效果,該鋼廠原是用35kV供電,由兩個110kV變電所各架設一回35kV專線供電,而它的主要用電設備是電弧爐,雖然進行了五次、七次諧波治理,但在110kV35kV母線上測得諧波分量仍接近或稍超國家標準。但在麗水局在遂昌新建了一個220kV變電所而且離該鋼廠僅4km左右,用535kV專線供電,使 35kV母線的諧波分量控制在國家標準以內,此外該廠還使用了較大容量的同步發電機,使這些非線性負荷的電氣距離大大下降,使該廠生產的諧波對電網的危害性下降,這種方法投資是最大的,往往需要和電網發展規劃相協調。

2、諧波的隔離。非線性用電設備產生的諧波,它不僅直接影響到本級電網,而且經過變壓器后,還會影響到上幾級電網。如何把這些非線性用電設備產生的諧波不影響或少影響其他幾級電網,這也是諧波治理的一個基本方法。這一方法在電網中廣泛采用,發電機發出的電能經過Y/△、Y0/△、Y0/Y等接線組別的變壓器,把發電機產生的三次、九次等零序分量的諧波與上級電網隔離開來,因此在 110kV以上高壓電網上,三、九次諧波分量很小,幾乎是零。而10kV由于大多數配變為Y/Y0接線,35kV也有少量Y/Y0接線的直配變,因此在 10kV35kV系統中三、九次諧波分量會比高壓電網大。為了減少低壓對10kV電網的影響,我局現在10kV配電系統中推廣使用了D,yn11接線組別的配電變壓器,有效的減少了三、九次諧波的影響。

3、安裝濾波器。目前對變電所側和用戶側諧波治理的方法,多采用安裝濾波器來減少諧波分量。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。

有源濾波器的基本工作原理是把電源側的電流波型與正弦波相比較,差額部分由有源濾波器進行補償,這是諧波治理的發展方向。目前由于功率電子元件容量做不大、電壓做不高,而且成本很高,因此在現階段不可能大量推廣應用。隨著科學技術的發展,功率電子元件的成本下降,這一技術一定會在諧波治理上占主導地位的。

無源濾波器是通過L、C串聯或并聯,使其在某次諧波產生諧振,當發生串聯諧振時,使濾波器兩端該次諧波的電壓很小,幾乎接近零,這類濾波器往往接在變壓器的二次側出口處,從而使變壓器的一次側該次諧波的分量也很小,達到對該次諧波治理的目的。串聯無源濾波器多用于對五、七、十一次諧波治理中,而且往往同時采用兩組以上濾波器,諧振在五、七次,同時起補償電容器組的作用。

目前,在電力行業中,它多用于35kV110kV變電所的10kV母線上,兩組濾波器中的電容器容量大于變電所無功補償容量,串聯電感后,諧振在五、七次諧波頻率中,使無源濾波器一物二用,具體計算公式如下:

當無源濾波器中,L、C串聯諧振在n次諧波頻率時:

電容器和電感在工頻時的參數:

Xc=n2XL得,當n=5時,Xc=52XL=25XL

Uc=1.04U,Qc=1.04QLC

n=7時,Xc=72XL=49XL,Uc=1.02U,Qc=1.02QLC

一般在電容器無串聯電感時,電網額定電壓為10kV,變壓所母線電壓在10.5kV以上,電容器額定電壓多選用11kV/ 。因此,用整治五次諧波的濾波器電容額定電壓就常選取11.5kV/ 12kV/ ,用來整治七次諧波的濾波器電容額定電壓就常選取11kV/ 。

但是由于計算精度和電容器、電感器的制造精度等原因,若按計算結果數據來配備,在標準化審查時就通不過,為了保證串聯濾波器能在五、七次諧波頻率時諧振,我們要求電感有一定的調節范圍,從而確保濾波器能正常工作。


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