电能质量分析仪在电网谐波治理及节电中的应用

高承德

摘要：随着电力电子产品的广泛应用，如变频器、电子镇流器、开关电源等，及电网中大负荷开关操作;会对产生对电源电压、电流、频率等电能质量带来响应; 因此对电能质量提出了更高更新的要求。一个计算中心失去电源 2S就可能破坏几十小时的数据处理结果或上百万元的经济损失。在大型机器制造厂，0.1S的电压突降就可能造成异常的生产状况和质量破坏。当今自动化设备的连续精加工生产线，它们对配电系统中的干扰异常敏感，几分之一秒的不正常供电就可能在工厂内部造成混乱，其损失是难以估量的。这些用户对不合格电力的容许度严格到1-2周波。所以要通过电能质量分析仪 监测电能质量的情况，再做相应改善。

关键词：谐波干扰、谐波危害、电能质量质治理、节电

中图分类号：TU74文献标识码： A

要对电能质量进行治理，首先要确定电能质量包括哪些因素？各个影响因素是怎么产生的？有什么危害？

1、电力谐波的来源

1.1、输配电系统方面

因为变压器里面的铁心具有磁饱和性,而且变压器的铁心饱和后是非线性的,由于工作在磁通密度高的环境,更易产生谐波,所以产生的谐波危害频率很大。

1.2、多种电器设备的装置方面

在电子整流的设备中,电子整流设备,谐波晶闸管整流装置采用的是移相控制,它从电网吸收缺角的正弦波,留给电网的也是缺角的正弦波,显然留下的这部分缺角正弦波中含有大量的谐波。

2、电力谐波的危害性

2.1、电力谐波对输电线路的影响

供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护,使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10% 以下含量高达40% 时又导致继电保护误动作,因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点,但由于采用了整流取样电路,容易受谐波影响,产生误动或拒动。这样,谐波将严重威胁供配电系统。

2.2、电力谐波对变压器的影响。

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度, 谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言, 会大大增加励磁电流的谐波分量。

2.3、电力谐波对电力电容器的影响。

当电网存在谐波,含有电力谐波的电压加在电容器两端时,由于电容器对电力谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,不仅使电容器运行电压的有效值增大,而且可能使峰值电压增大很多,使电容器在运行中发生局部放电时电弧不能熄灭,对绝缘介质更能起到加速老化的作用,从而缩短电容器的使用寿命,在谐波严重的情况下,还会引起电容器过负荷击穿甚至爆炸。

2.4、对通讯系统工作产生干扰

电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时, 在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压, 干扰通信系统的工作, 影通信线路通话的清晰度, 甚至在极端的情况下, 还会威胁通信设备人员的安全。

2.5、对公用电网的危害

2.5.1、波电流使输电线路、发电机、电动机、变压器产生附加损耗、温度升高, 导致网损增大, 并使发电机、电动机、变压器振动和噪声增加。

2.5.2、使异步电动机的转矩曲线发生严重畸变, 不能达到额定转速运行,导致用户的异步电动机大批损坏。

2.5.3、这些谐波中的较低次谐波谐振会使换向不稳。

2.5.4、若电网谐波较大, 会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用, 导致单相重合闸失败, 或不能采用较短的自动重合闸时间。

2.5.5谐波电流会对通信、继电保护装置、自动控制装置产生干扰, 引起继电保护装置的误动等。

2.5.6、造成电容器的损坏。电力系统中的谐波对并联补偿电容器有较大影响:增加介质损耗, 使电容器温度升高, 导致电容器热击穿;引起或加剧介质内部的局部放电, 促使电容器损坏。据统计因谐波而损坏的电器设备中, 电容器占40%。

3、下面以某个定力用户的具体应用案例进行剖析

某公司供配电系统共2只变压器，总容量为 4000KVA。用电设备为直流电机驱动，变频器大量运用，用电过程中产生了大量的谐波，同时电流严重滞后于电压，功率因数极低，对系统造成了不良后果，主要是：1．系统存在较严重的谐波电流、电压，注入公共连接点后，污染了公用电网。同时给企业自身造成变压器温升过高，附加损耗增加、线损增加，影响公司内部办公系统计算机运行不正常，造成电能资源浪费等问题，给企业带来了一定的经济损失； 2．无功冲击较为严重，已造成35 KV母线电压波动、压降较大； 3．大量的谐波和无功冲击给供用电系统带来了安全隐患。

电能质量分析仪可自动分析并提取来自电能质量的稳态测量数据和暂态测量数据（如谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压等指标）、瞬时波形和RMS变化情况及持续时间、峰值大小等相关信息，以及来自其它自动化系统与该事件相关的数据，形成关于电能质量事件的完整断面，供电能质量分析计算、模型和参数校核等应用功能使用。对畸变的电压和波形进行分类、识别电能质量的事件、对引起电能质量问题的各种干扰进行分类、在模糊约束下建立评价电能质量的各项指标。通过电能质量分类，正确认识电能质量现象时域、频域及瞬态、暂态、稳态等方面的特性，并有针对性地提出治理方案。具体功能包括：

◆分析评估谐波源对各级系统的影响和滤波补偿等装置对系统稳定性的影响，为优化供配电系统的运行提供指导；

◆分析系统中的谐波和负序潮流、阻抗分布、系统状态，评估诊断系统中的干扰源和系统安全隐患；

◆分析异常事件发生时的整个供配电系统的电能质量指标状况，查找故障源和事故原因；

◆实现谐波、负序传递计算和短路容量计算，可根据系统容量的变化对电能质量各限值进行调整，然后在谐波电流、谐波电压、不对称性、频率和波动性等五个方面对监测点进行全面评估。

根据该公司的显示需求采用了我公司的电能质量分析仪对用电质量进行监测、治理，为了让用户能够直观的看到应用的效果和作用，在应用前对对35KV∕400V整流变进行现场谐波测量，测量结果如下：

3.1、35KV整流变400V进线处谐波数据：

H5H7H11H13THD备注

谐波电压（%）4.30.41.40.24.8%

谐波电流（A）4.143.240.963.2428.4%

3.2、35KV整流变低压测量数据：

H5H7H11H13THD

Y绕组谐波电压（%）4.12.34.61.78.7%

谐波电流（A）40747831635.5%

D绕组谐波电压（%）4.71.751.69.6%

谐波电流（A）33317832033.3%

3.3、功率和功率因数：

有功功率无功功率视在功率功率因数

1608 KW3190 KVAr3573 KVA0.45 PF

4、项目效果

针对测量数据我公司为客户量身定做了电能质量监测、治理解决方案，在项目实施完成投入运行后，经测量得到的记过如下：

4.1、注入公共连接点的谐波电压、谐波电流已达到了GB/T 14549-93标准要求。

电压总谐波畸变率分别为3.6%和2.5%，已在国标范围内，各次电压谐波均在国标限值范围内。

约值△S=1.732×U0×I0－1.732×U1×I1=804KVA

视在功率节省率：=24.5%