电能质量的好坏(谐波)

1、电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。 随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常

2、用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，线电压与相电压之比比：1要小得多，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。一、电力系统中谐波的来源电力系统中中的谐波来自自电气设备，也也就是说来自自发电设备和和用电设备。由由于发电机的的转子产生的的磁场不可能能是完善的正正弦波，因此此发电机

3、发出出的电压波形形不可能是一一点不失真的的正弦波。目目前我国应用用的发电机有有两大类：隐隐极机和凸极极机。隐极机机多用于汽轮轮发电机，凸凸极机多用于于水轮发电机机。对于谐波分分量而言，隐隐极机优于凸凸极机，但随随着科技进步步，可控硅、IIGBT等电电子励磁装置置的投入，使使发电机的谐谐波分量有所所上升。当发发电机的端电电压高于额定定电压的100以上时，由由于电机的磁磁饱和，会使使电压的三次次谐波明显增增加。同样在在变压器的电电源侧电压超超过额定电压压10%以上上时，也会使使二次侧电压压的三次谐波波明显增加。由由于电网电压压偏移在77以下，所所以发电、变变电设备产生生的谐波分量量都比较小，比比国

4、家的考核核标准低的多多，因此发电电、变电设备备不是影响电电网电压波形形方面质量的的主要矛盾。为此，影响响电网电压波波形质量的主主要矛盾是非非线性用电设设备，也就是是说非线性用用电设备是主主要的谐波源源，非线性用用电设备主要要有以下四大大类：电弧加热设备：如电弧炉、电电焊机等。 交流整流的直流流用电设备：如电力机车车、电解、电电镀等。 交流整流再逆变变用电设备：如变频调速速、变频空调调等。 开关电源设备：如中频炉、彩彩色电视机、电电脑、电子整整流器等。 这些用电设设备都是非线线性用电设备备，但它们产产生的谐波各各不相同，具具体举例分析析如下：电弧加热设设备是由于电电弧在70伏伏以上才会起起弧，才

5、会有有弧电流，并并且灭弧电压压略低于起弧弧电压，造成成弧电流与弧弧电压的非线线性（如图所所示）。此外，弧电电流的波形还还有一定的非非对称性。正正是由于弧电电流是非正弦弦波，造成电电弧加热设备备对电网的谐谐波污染比较较大，而且多多为18次以以下的低次谐谐波污染。其其实电焊机在在上世纪四、五五十年代已广广泛应用。由由于当时电弧弧加热设备量量少，电焊机机应用的同时时率就更小了了，对整个电电网的影响比比较小，但在在当时已发现现在烧电焊时时，局部低压压电网的电压压和电流变化化很大，有较较大的谐波影影响。交流整流直直流用电设备备的谐波产生生的原因是由由于整流设备备有一个阀电电压，在小于于阀电压时，电电流为

6、零(如如图图所示)。这类用电电设备为了提提供平稳的直直流电源，在在整流设备中中加入了储能能元件（滤波波电容和滤波波电感），从从而使阀电压压提高，加激激了谐波的产产生量。为了了控制直流用用电设备的电电压和电流，在在整流设备中中应用了可控控硅，这使得得该类设备的的谐波污染更更严重，而且且谐波的次数数比较低。交流整流再再逆变用电设设备，在交流流变直流过程程中产生的谐谐波与上述的的交流整流直直流用电设备备一样，它在在直流逆变成成交流时又有有逆变波形反反射到交流电电流，这类设设备产生的谐谐波分量不仅仅有低次谐波波，也有高次次谐波(如图图所示)。虽然这类设设备单台容量量比上述两类类设备容量要要小，但它的的

7、分布面广，数数量多，是目目前推广使用用的技术手段段，因此它的的谐波污染应应引起足够关关注。开关电源设设备目前应用用很广，它的的工作原理是是先把交流整整流成直流，通通过开关管控控制变压器初初级电流的开开通和关闭，从从而在变压器器二次侧感应应出电流，供供给用电设备备。此外，开开关电源的频频率比较高一一般在40kkHz左右，不不仅在整流时时产生谐波，而而且在开关管管开闭时，反反射40kHHz左右的波波至电源。这这类用电设备备同样是单台台容量不大，但但它是应用面面最广、量最最大的非线性性用电设备，它它还有一定量量的三次谐波波，造成配变变的中心线电电流居高不下下，而且三次次谐波还会通通过配变污染染到10

8、kVV电网。二、谐波治理的的基本方法目前谐波治治理的基本方方法有以下三三种，在治理理过程中又可可以采用变电电所集中治理理和非线性用用电设备处分分散治理两种种方法。按谁谁污染谁治理理的原则，应应该在非线性性用电设备处处分散治理。但但对于电脑，彩彩电，节能灯灯等民用设备备，则只能进进行集中治理理。1、减少非非线性用电设设备与电源间间的电气距离离。也就是减减少系统阻抗抗，换句话说说就是提高供供电电压等级级。例如，在在丽水电业局局的遂昌钢厂厂就取得了不不错效果，该该钢厂原是用用35kV供供电，由两个个110kVV变电所各架架设一回355kV专线供供电，而它的的主要用电设设备是电弧炉炉，虽然进行行了五次

9、、七七次谐波治理理，但在1110kV的335kV母线线上测得谐波波分量仍接近近或稍超国家家标准。但在在丽水局在遂遂昌新建了一一个220kkV变电所而而且离该钢厂厂仅4km左右，用用5回35kkV专线供电电，使35kkV母线的谐谐波分量控制制在国家标准准以内，此外外该厂还使用用了较大容量量的同步发电电机，使这些些非线性负荷荷的电气距离离大大下降，使使该厂生产的的谐波对电网网的危害性下下降，这种方方法投资是最最大的，往往往需要和电网网发展规划相相协调。2、谐波的的隔离。非线线性用电设备备产生的谐波波，它不仅直直接影响到本本级电网，而而且经过变压压器后，还会会影响到上几几级电网。如如何把这些非非线性

10、用电设设备产生的谐谐波不影响或或少影响其他他几级电网，这这也是谐波治治理的一个基基本方法。这这一方法在电电网中广泛采采用，发电机机发出的电能能经过Y/、Y0/、Y0/YY等接线组别别的变压器，把把发电机产生生的三次、九九次等零序分分量的谐波与与上级电网隔隔离开来，因因此在1100kV以上高高压电网上，三三、九次谐波波分量很小，几几乎是零。而而10kV由由于大多数配配变为Y/YY0接线，335kV也有有少量Y/YY0接线的直直配变，因此此在10kVV和35kVV系统中三、九九次谐波分量量会比高压电电网大。为了了减少低压对对10kV电电网的影响，我我局现在100kV配电系系统中推广使使用了D，yy

11、n11接线线组别的配电电变压器，有有效的减少了了三、九次谐谐波的影响。3、安装滤滤波器。目前前对变电所侧侧和用户侧谐谐波治理的方方法，多采用用安装滤波器器来减少谐波波分量。滤波波器分为有源源滤波器和无无源滤波器两两大类。有源滤波器器的基本工作作原理是把电电源侧的电流流波型与正弦弦波相比较，差差额部分由有有源滤波器进进行补偿，这这是谐波治理理的发展方向向。目前由于于功率电子元元件容量做不不大、电压做做不高，而且且成本很高，因因此在现阶段段不可能大量量推广应用。随随着科学技术术的发展，功功率电子元件件的成本下降降，这一技术术一定会在谐谐波治理上占占主导地位的的。无源滤波器器是通过L、CC串联或并联

12、联，使其在某某次谐波产生生谐振，当发发生串联谐振振时，使滤波波器两端该次次谐波的电压压很小，几乎乎接近零，这这类滤波器往往往接在变压压器的二次侧侧出口处，从从而使变压器器的一次侧该该次谐波的分分量也很小，达达到对该次谐谐波治理的目目的。串联无无源滤波器多多用于对五、七七、十一次谐谐波治理中，而而且往往同时时采用两组以以上滤波器，谐谐振在五、七七次，同时起起补偿电容器器组的作用。目目前，在电力力行业中，它它多用于355kV和1110kV变电电所的10kkV母线上，两两组滤波器中中的电容器容容量大于变电电所无功补偿偿容量，串联联电感后，谐谐振在五、七七次谐波频率率中，使无源源滤波器一物物二用，具体

13、体计算公式如如下：当无源滤波波器中，L、CC串联谐振在在n次谐波频频率时，。电容器和电电感在工频时时的参数：Xcn2XLL得，当n5时，Xcc52XLL25XLLUc1.044U，Qc1.04QQLC当n7时，XXc72XXL49XXL，Uc1.02UU，Qc11.02QLLC一般在电容容器无串联电电感时，电网网额定电压为为10kV，变变压所母线电电压在10.5kV以上上，电容器额额定电压多选选用11kVV/。因此，用用整治五次谐谐波的滤波器器电容额定电电压就常选取取11.5kkV/或122kV/，用用来整治七次次谐波的滤波波器电容额定定电压就常选选取11kVV/。但是由于计计算精度和电电容器

14、、电感感器的制造精精度等原因，若若按计算结果果数据来配备备，在标准化化审查时就通通不过，为了了保证串联滤滤波器能在五五、七次谐波波频率时谐振振，我们要求求电感有一定定的调节范围围，从而确保保滤波器能正正常工作。具具体调试方法法如下图，调调节电感,在在谐波分析仪仪中该次谐波波值最小时，则则认为滤波器器已调试成功功。三、谐波治理方方法的总结和和发展在电力系统统中，供电电电压波型是中中心对称的，因因此基本上不不含有偶次谐谐波，主要存存在在奇次谐谐波，而三、九九次谐波可以以通过Y0/、Y0/Y、Y/接线组别进进行隔离。而而11、133次以上谐波波由于其频率率比较高，而而且输电线路路有一定电感感量，对地

15、又又有一定电容容量，相间及及线间也有一一定电容量。因因此，高次谐谐波在线路传传输过程中衰衰减比较快，同同时高次谐波波在电网中所所占的比重也也不大，故在在电力行业中中不作为主要要整治对象。在10kVV配电系统中中，配变多采采用Y/Y00接线，Y00（400VV）侧由于有有非线性用电电设备，会产产生三、五、七七次谐波波，五、七次次谐波可以用用串联LC滤滤波器进行治治理，而对三三次谐波往往往采用并联谐谐振使三次谐谐波在主变一一次侧和二次次侧之间进线线隔离，其原原理如下：当L、C并并联谐振在三三次谐波频率率时，三次谐谐波电流流不不过主变二次次侧线圈，从从而使主变一一次侧感应不不出三次谐波波的电压分量量

16、，同时使中中性线三次谐谐波电流大大大下降。a、综上所所述，对于电电力行业的谐谐波治理方法法有以下四种种基本方法：1、采用YY0/、YY0/Y、YY/接线组组别的变压器器，隔离三、九九次谐波。2、采用LL、C串联无无源滤波器，对对五、七次谐谐波进行治理理。例如，丽水水局的1100kV景宁变变电所由于110kV负荷荷中，中频炉炉占有较大比比重，从实测测数据看，主主导谐波为55、7，111，13，119，32，333，34，336，38次次。补偿电容容器的投入后后，对低次谐谐波有放大作作用，10kkV母线电压压畸变率由66上升为88.5，对对高次谐波有有一定滤波作作用，而且电电容投入运行行后，会使电

17、电容器端电压压升高，导致致电容器损坏坏。目前，在在一、二段母母线上各加一一组五次和七七次滤波器（容容量为2000kVAR18只 五五次；2000kVAR12次 七七次）后，不不但使五、七七次谐波有明明显压制，而而且提高了功功率因素，使使供电量增加加、线损下降降。具体测试试数据如下：总谐波3次谐波5次谐波7次谐波11次谐波治理前6.050.73.752.361.52电容器投入8.020.955.864.781.63治理后3.780.71.20.41.53、采用LL、C并联无无源滤波器，对对三次谐波电电流进行阻塞塞。例如，本市市中心医院的的外科大楼及及门诊楼引入入新的进口设设备，由于低低压系统有三

18、三次谐波分量量，造成新引引入的医疗诊诊断设备不能能正常运作，医医院采用了LL、C并联无无源滤波器，串串接在变压器器中性点上，从从而使三次谐谐波得到压制制，使医疗诊诊断设备能够够正常工作。4、加强电电网建设，扩扩大电网容量量，增加旋转转备用容量。b、对于非非线性用电设设备的谐波治治理方法有以以下五种方法法：1、对电弧弧加热用电设设备，采用多多相（六相、十十二相等）电电弧炉变压器器，从而使低低次谐波分量量下降，高次次谐波分量上上升。目前最最常用的是YY/Y0、/Y0两变变压器分别接接两台相同容容量的电弧炉炉，并使两炉炉同步作业，通通过LC串联联无源滤波装装置进行局部部治理，达到到用电设备产产生的谐

19、波不不超标。2、对于交交流整流直流流用电设备采采用多相整流流。多相整流流产生的谐波波多为整流相相数1次，对对12相整流流设备，谐波波分量最大是是11次和113次，而对对24相整流流设备，则是是23次和225次。谐波波频率越高，LL、C串联滤滤波器的投资资越小，谐波波在输电线路路中传输衰减减越快。3、开关电电源设备谐波波治理。工业业用的典型设设备是中频炉炉，目前广泛泛采用Y/YY0、/YY0两台变压压器初级并联联，带两台相相同容量中频频炉同步运行行，以提高整整流时产生谐谐波的次数，在在中频变换中中进行L、CC串联吸收,以减少中频频谐波反射到到电源侧，其其接线如下图图所示，例如，浙江江省青田县特特

20、种钢厂，引引进了美国生生产的中频炉炉，采用Y/Y0、/Y0两台变变压器分别接接中频炉，使使其产生的谐谐波对电网的的影响明显降降低。4、变频器器的谐波治理理。在发达国国家中是变频频器和变频器器谐波治理设设备是配套供供应的，由于于变频器的设设备价格和配配套的变频器器谐波治理设设备的价格相相差不多，我我国的好多用用户，往往只只安装变频器器，不安装配配套的谐波治治理设备。随随着变频技术术的推广，会会使电网中的的谐波影响加加剧，因此希希望用电管理理部门做好用用户工作，做做到变频器与与配套的谐波波装置二者同同时设计，一一起投运。5、用户侧侧多投一些同同步电动机，它它一方面可以以进行无功补补偿，减少电电压波动及电电压闪变，另另一方面它又又能吸收一部部分谐波电流流，对谐波治治理也有很大大好处。例如如，遂昌钢厂厂，在同步电电动机全开时时，110kkV古市变和和金溪变355kV母线的的电压，谐波波分量基本能能在允许范围围内，如果同同步机停运，则则这两点的电电压