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電力濾波器在電力電氣行業中的實用

在配電網中,電壓和電流的波形應是正常的正弦波,然而隨著現代化生產和電子技術的發展,工礦企業中大量采用的整流換流裝置,冶金機械行業中大量采用電弧爐、軋機、變頻器;化工行業中大量采用整流、電石爐、電焊設備;石化行業采用的機泵變頻調速裝置,其三相橋式可控整流注入大量5次諧波;交通中運輸中的電氣機車、電車、地鐵、軌道交通中大量采用的都是整流裝置,這些電氣設備均屬非線性負荷,其電壓和電流均會發生不同程度的畸變;兒蟮牟ㄐ沃泻懈叽沃C波,其中還包括家用電器在內的由整流和變頻引起的小容量的高次諧波,這些高次諧波產生的諧波電流進入配電網絡,使電網的安全運行受到嚴重影響,使電能質量受到污染。

  北京順義地區的諧波源主要有:大秦電氣化鐵路沿線的牽引站,冶金冷軋生產線的軋機和真空燒結爐爐體設備,半導體生產工藝中的爐體設備,特別是大秦鐵路的木林牽引站,注入電網的諧波和負序(基波)影響了地區電網的電壓質量和電網的安全運行。隨著順義區空港物流和臨空經濟的發展,電壓質量的優劣是供電企業優質服務工作的重要組成部分,因此根治諧波污染已是十分重要的問題。

  1高次諧波對電氣設備的直接危害

  交流電網的電壓畸變會引起常規變流器控制角的觸發脈沖間隔不等,并通過正反饋而放大系統的電壓畸變,使整流器工作不穩定;而對逆變器則可能發生連續的換相失敗而無法正常工作,甚至損壞換相設備。

  三次及其倍數次的高次諧波對星形連接的變壓器,當繞組中性點接地,其電網中分布電容較大,或安裝了中性點接地的并聯電容時,會形成3次諧波振蕩,使變壓器附加損耗大大增加。對三角形連接的變壓器會使其在繞組中形成環流,使繞組過熱,而且諧波電流使變壓器的銅損和鐵損大大增加。

  高次諧波電流在電動機中產生的集膚效應、磁勢渦流等,隨著頻率增高而使電動機鐵芯和繞組中的附加損耗增大,在電動機啟動時易發生脈動,干擾力矩使電動機產生較大的噪音。由于電動機負荷很大,高次諧波產生的附加損耗在電力負荷中的影響十分顯著。

  測量用儀器儀表均在50Hz的標準正弦波的理想狀態下設計的,當供電電壓或電流中含有高次諧波成分時,就會影響儀器儀表測量的準確性,并影響感應式電能表的正常工作。

  高次諧波在電力線路中流過的幅值較大的低頻諧波電流經過磁場耦合。在相鄰的通信線路中會產生干擾,在諧波和基波的共同作用下,誤觸發電話鈴聲,干擾通信線路系統的正常工作,影響通信線路的通話。在特定的條件下,還會威脅通信設備和人員的安全。

  高次諧波會嚴重影響電力系統的繼電保護和自動裝置,引起各類保護誤動作,威脅電力系統安全運行。

  高次諧波對于帶有啟動用的鎮流器和提高功率因數的電容器的燈光照明會造成諧振過電壓,損壞鎮流器和電容器。高次諧波還會對電視機、計算機的圖形產生畸變,畫面亮度產生波動。使機內元件過熱,計算機數據出錯。

  高次諧波可使電容器介質損耗增加、發熱、壽命縮短,吸收諧波后會導致電容器過電流,使熔絲熔斷,電容器與電網電感形成串聯諧振時,將諧波放大,燒毀電容器。交流電網的電壓畸變會引起常規變流器控制角的觸發脈沖間隔不等,并通過正反饋放大系統的電壓畸變,使整流器的工作不穩定;而對逆變器則可能發生連續的換相失敗而無法正常工作,甚至損壞換相設備。

  2高次諧波的抑制

  高次諧波的抑制,主要是減少或消除注入電網的諧波電流,控制諧波電壓和電流在允許范圍內,抑制諧波電流的主要措施為:改善供電環境、降低諧波源的諧波含量,吸收諧波電流。其中吸收諧波電流是目前使用廣泛,且最有效的抑制諧波的方法。常用方法如下。

  2.1無源濾波器(FC)

  無源濾波器屬于被動的吸收式濾波,在諧波源比較簡單的系統中,結合功率因數補償,選用高性能的濾波電容器,串聯高線性的濾波電抗器,組合成濾波補償器,在吸收系統中主要的諧波分量時,補償無功功率。

  無源濾波又分為調諧和非調諧的兩種濾波技術,調諧式無源濾波技術主要為濾波,其效率可達70%,但配置的容量很大,投入時會造成電壓波動,且易造成過補償。其計算和配置復雜,存在諧振的危險,無法滿足要求。目前已不使用。

  非調諧式無源濾波技術是抑制諧波進入電容器,避免諧振。其配置簡單,但濾波效果差。

 


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