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(dòng)裝置的影響

1.對繼電保護及自動(dòng)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(huì )受到影響。

(2)頻繁出現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)在系統因短路容量太小而可能出現較大諧波電壓影響的場(chǎng)所會(huì )受到影響。

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

2.繼電保護及自動(dòng)裝置利用的啟動(dòng)量小

利用負序電流或電壓、零序電流或電壓、差動(dòng)電流或電壓?jiǎn)?dòng)會(huì )受到諧波的影響。其中利用負序量啟動(dòng)的對諧波的敏感性最大。

3.繼電器或啟動(dòng)元件本身對諧波敏感

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

(2)利用信號過(guò)零取樣的控制系統及利用數據過(guò)零點(diǎn)的數字式繼電器或微機保護，都會(huì )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(shí)，可能會(huì )引起過(guò)電壓保護、過(guò)電流保護的誤動(dòng)作。當三相嚴重不對稱(chēng)時(shí)，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(guò)器為啟動(dòng)元件的保護裝置產(chǎn)生干擾，而引起誤動(dòng)。如某地電氣化鐵路通車(chē)后，曾發(fā)生過(guò)由于牽引變電所注入系統大量的諧波和負序電流，引起供電系統電能質(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(dòng)，主變壓器的過(guò)電流保護裝置誤動(dòng)，線(xiàn)路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動(dòng)，高頻保護收發(fā)訊機誤動(dòng)，母線(xiàn)差動(dòng)保護誤動(dòng)和故障錄波器誤動(dòng)的事故。

近年來(lái)，微機保護裝置的大規模使用，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(dòng)或拒動(dòng)。如上海寶鋼就發(fā)生過(guò)因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響，造成諧波電流對數字型差動(dòng)保護產(chǎn)生干擾，使差動(dòng)保護動(dòng)作跳閘的事故。

(八)對電力系統其他運行設備的影響

1.對同步發(fā)電機的影響。用戶(hù)的負序電流和諧波電流注入系統內的同步發(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(shí)，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)電機轉子發(fā)生扭振，降低其工作壽命。

2.對斷路器的影響。諧波會(huì )使某些斷路器的磁吹線(xiàn)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(guò)一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時(shí)可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現象，導致斷路器觸頭燒損。

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

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在語(yǔ)音通信過(guò)程中產(chǎn)生噪聲，數據傳輸失真，降低EMS、DAS實(shí)時(shí)數據的真實(shí)可靠性，造成集中抄表系統中數據出錯等故障。

(九)對電力用戶(hù)的影響

用電設備對系統電源的污染會(huì )影響用電設備自身的可靠性。使用電能質(zhì)量污染的電源，用電設備又可能成為新的污染源，而危害電力系統和其他用戶(hù)設備?？赡墚a(chǎn)生的影響包括：對用戶(hù)電動(dòng)機產(chǎn)生影響;對用戶(hù)補償電容器產(chǎn)生影響;對用戶(hù)自動(dòng)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(lèi)干擾和影響有些表現在差模干擾和共模干擾，差模干擾是工頻及長(cháng)線(xiàn)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(hù)電動(dòng)機的運行影響

諧波電流通過(guò)交流電動(dòng)機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動(dòng)機過(guò)熱，機械振動(dòng)和噪聲增大。當三相電壓不對稱(chēng)時(shí)，定子繞組上產(chǎn)生負序電流，并勵磁產(chǎn)生負序旋轉磁場(chǎng)，該制動(dòng)磁場(chǎng)降低了電機的最大轉矩和過(guò)載能力，增加銅損，并且負序過(guò)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(dòng)的主要低頻分量與電機機械振動(dòng)的固有頻率一致時(shí)，誘發(fā)諧振，會(huì )使電動(dòng)機造成損壞。

(十一)對用戶(hù)補償電容器的影響

電網(wǎng)無(wú)功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶(hù)電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設計大多只考慮無(wú)功補償量，不考慮裝設點(diǎn)電能質(zhì)量的實(shí)際污染情況，因此，運行點(diǎn)電能質(zhì)量指標低時(shí)，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(guò)電壓與過(guò)電流，導致電容器爆炸等。另外，用戶(hù)電容器的管理目前仍按平均功率因數進(jìn)行考核，電容器很少按電網(wǎng)實(shí)際運行情況投切，甚至只投不切，無(wú)形中使電網(wǎng)電壓失去了應有的調節裕度，使電壓偏差等電能質(zhì)量指標難以控制。

(十二)對用戶(hù)自動(dòng)控制裝置的影響

隨著(zhù)數字控制技術(shù)的大規模使用，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(lèi)設備的危害主要有三個(gè)方面，即在設備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導致錯誤的輸出結果。另外還會(huì )對設備的硬件，如精密電機、開(kāi)關(guān)電源等造成不可逆轉的損壞。干擾負載的保護回路，造成誤動(dòng)作等。

三、諧波的抑制方法

諧波問(wèn)題是關(guān)系到供電系統的供電質(zhì)量的一個(gè)重要問(wèn)題，在供電系統中對諧波的抑制即為如何減少或消除注入系統的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內，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。這就需要在設計、制造和使用諧波源設備時(shí)，要注意諧波對供電系統及其供用電設備的影響，采取切實(shí)可行的治理措施。用電業(yè)務(wù)管理部門(mén)要嚴格把關(guān)，對于沒(méi)有采取治理措施的諧波源用戶(hù)，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(jìn)行有效抑制的方法，也是目前電力系統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(wú)源濾波器

無(wú)源濾波器安裝在電力電子設備的交流側，由L、C、R元件構成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，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、結構簡(jiǎn)單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前采用的抑制諧波及無(wú)功補償的主要手段。

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(shí)時(shí)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和調節電壓的作用。當諧波存在時(shí)，在一定的參數下電容器組會(huì )對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設備的安全?？刹扇〈?lián)電抗器，或將電容器組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(wú)功補償裝置

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