諧波對智能電網(wǎng)的危害及抑制方法

(六)對繼電保護及自動裝置的影響

1.對繼電保護及自動裝置運行環(huán)境的影響

(1)在諧波嚴重超標的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網(wǎng)中會受到影響。

(2)頻繁出現(xiàn)變壓器嚴重涌流且涌流衰減緩慢的變電站受到涌流產(chǎn)生諧波的干擾。

(3)在系統(tǒng)因短路容量太小而可能出現(xiàn)較大諧波電壓影響的場所會受到影響。

(4)在易發(fā)生諧波諧振的配電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電站網(wǎng)架近會受到影響。

(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴重的網(wǎng)絡(luò)附近會受到影響。

2.繼電保護及自動裝置利用的啟動量小

利用負序電流或電壓、零序電流或電壓、差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負序量啟動的對諧波的敏感性最大。

3.繼電器或啟動元件本身對諧波敏感

(1)晶體管或集成電路保護裝置的動作量非常小和動作時間非常少，因此它的啟動判據(jù)容易受到諧波影響而出現(xiàn)較大的誤差。

(2)利用信號過零取樣的控制系統(tǒng)及利用數(shù)據(jù)過零點的數(shù)字式繼電器或微機保護，都會受到諧波的影響和干擾。

(七)對繼電保護整定的影響

繼電保護正常運行中，當電源諧波分量較高時，可能會引起過電壓保護、過電流保護的誤動作。當三相嚴重不對稱時，在正序性諧波或負序性諧波含量較高的情況下，可能對以負序濾過器為啟動元件的保護裝置產(chǎn)生干擾，而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車后，曾發(fā)生過由于牽引變電所注入系統(tǒng)大量的諧波和負序電流，引起供電系統(tǒng)電能質(zhì)量指標嚴重惡化，多次造成發(fā)電機的負序電流保護誤動，主變壓器的過電流保護裝置誤動，線路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動，高頻保護收發(fā)訊機誤動，母線差動保護誤動和故障錄波器誤動的事故。

近年來，微機保護裝置的大規(guī)模使用，使信號中的諧波干擾既可能引起測量誤差，又可能對裝置關(guān)鍵處理模塊的正常工作產(chǎn)生干擾，從而引起保護裝置的誤動或拒動。如上海寶鋼就發(fā)生過因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響，造成諧波電流對數(shù)字型差動保護產(chǎn)生干擾，使差動保護動作跳閘的事故。

(八)對電力系統(tǒng)其他運行設(shè)備的影響

1.對同步發(fā)電機的影響。用戶的負序電流和諧波電流注入系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)電機，將產(chǎn)生附加損耗，引起發(fā)電機局部發(fā)熱，降低絕緣強度。同時，由于輸出的電壓波形中產(chǎn)生附加諧波分量，使負載的同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生扭振，降低其工作壽命。

2.對斷路器的影響。諧波會使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作，斷路器的遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變率超過一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現(xiàn)象，導致斷路器觸頭燒損。

3.對消弧線圈的影響。當電網(wǎng)諧波成分較大時，發(fā)生單相接地故障，消弧線圈對諧波電流將可能不起作用，在接地點得不到的補償，從而引發(fā)系統(tǒng)的故障擴大。

4.對載波通信的影響。高諧波含量對電力載波通信的干擾主要表現(xiàn)在語音通信過程中產(chǎn)生噪聲，數(shù)據(jù)傳輸失真，降低EMS、DAS實時數(shù)據(jù)的真實可靠性，造成集中抄表系統(tǒng)中數(shù)據(jù)出錯等故障。

(九)對電力用戶的影響

用電設(shè)備對系統(tǒng)電源的污染會影響用電設(shè)備自身的可靠性。使用電能質(zhì)量污染的電源，用電設(shè)備又可能成為新的污染源，而危害電力系統(tǒng)和其他用戶設(shè)備?？赡墚a(chǎn)生的影響包括：對用戶電動機產(chǎn)生影響;對用戶補償電容器產(chǎn)生影響;對用戶自動控制裝置產(chǎn)生影響;對居民生活用電產(chǎn)生影響;對用電安全造成威脅。另外，還包括對電信通信造成影響，對廣播、電視及精密制造工業(yè)造成干擾和影響，這類干擾和影響有些表現(xiàn)在差模干擾和共模干擾，差模干擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互干擾，共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的干擾，是造成微機控制單元工作不正常的主要原因。

(十)對用戶電動機的運行影響

諧波電流通過交流電動機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機過熱，機械振動和噪聲增大。當三相電壓不對稱時，定子繞組上產(chǎn)生負序電流，并勵磁產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，該制動磁場降低了電機的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力，增加銅損，并且負序過電流可以將電機定子繞組燒毀。負序性的諧波分量(5次、11次等)對電機的影響與負序電壓的效果一樣。當產(chǎn)生電壓波動的主要低頻分量與電機機械振動的固有頻率一致時，誘發(fā)諧振，會使電動機造成損壞。

(十一)對用戶補償電容器的影響

電網(wǎng)無功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設(shè)計大多只考慮無功補償量，不考慮裝設(shè)點電能質(zhì)量的實際污染情況，因此，運行點電能質(zhì)量指標低時，常造成一些事故，如補償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護熔絲熔斷，甚至發(fā)生串并聯(lián)諧振，引發(fā)電容器的諧波過電壓與過電流，導致電容器爆炸等。另外，用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數(shù)進行考核，電容器很少按電網(wǎng)實際運行情況投切，甚至只投不切，無形中使電網(wǎng)電壓失去了應(yīng)有的調(diào)節(jié)裕度，使電壓偏差等電能質(zhì)量指標難以控制。

(十二)對用戶自動控制裝置的影響

隨著數(shù)字控制技術(shù)的大規(guī)模使用，很多精密負載對受電電能質(zhì)量指標提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類設(shè)備的危害主要有三個方面，即在設(shè)備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導致錯誤的輸出結(jié)果。另外還會對設(shè)備的硬件，如精密電機、開關(guān)電源等造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。干擾負載的保護回路，造成誤動作等。

三、諧波的抑制方法

諧波問題是關(guān)系到供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量的一個重要問題，在供電系統(tǒng)中對諧波的抑制即為如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi)，抑制諧波電流主要有以下三方面的措施。

(一)降低諧波源的諧波含量

在諧波源上采取治理措施，從源頭上最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這就需要在設(shè)計、制造和使用諧波源設(shè)備時，要注意諧波對供電系統(tǒng)及其供用電設(shè)備的影響，采取切實可行的治理措施。用電業(yè)務(wù)管理部門要嚴格把關(guān)，對于沒有采取治理措施的諧波源用戶，要禁止其入網(wǎng)運行。

(二)在諧波源處吸收諧波電流

這種方法是對已有諧波進行有效抑制的方法，也是目前電力系統(tǒng)使用最為廣泛地抑制諧波的方法。其主要方法有以下幾種：

1.無源濾波器

無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。這種方法由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點，是目前采用的抑制諧波及無功補償?shù)闹饕侄巍?p>2.有源濾波器

有源濾波器即利用可控的功率半導體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。

3.防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大

在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當諧波存在時，在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。可采取串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。

4.加裝靜止無功補償裝置

快速變化的諧波源，如電弧爐、電力機車和卷揚機等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數(shù)。