消諧裝置產生危害

消諧裝置諧波的產生

諧波主要是由于大容量整流或換流設備以及其它非線性負荷，導致電流波形畸變造成的。對這些畸形的變交流量進行傅立葉級數(shù)分解，即可得到50Hz的基波分量和頻率為基波分量整數(shù)倍的諧波分量。

消諧裝置諧波的危害

影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行：供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應式繼電器或新式微機保護進行檢測保護，在系統(tǒng)中這些屬于敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產生誤動作，微機保護由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導致誤動或拒動，這樣諧波嚴重威脅供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。

影響電網的質量：高次諧波能使電網的電壓與電流波形發(fā)生畸變，另外相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率和無功功率，從而降低電網電壓，增加電路損耗，浪費電網容量。

影響供電系統(tǒng)的無功補償設備：供電系統(tǒng)變電站均有無功補償設備，當諧波注入電網時容易造成高壓電容過電流和過負荷，使電容異常發(fā)熱；另外諧波的存在還會加快電容器絕緣介質的老化，縮短電容的使用壽命。

影響電力變壓器的使用：諧波的存在會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。

影響用電設備：諧波的存在會造成異步電機電動機效率下降，噪聲增大；使低壓開關設備產生誤動作；對工業(yè)企業(yè)自動化的正常通訊造成干擾，影響電力電子計量設備的準確性。

1.2.3治理諧波及補償無功功率的重要性

采用專門的濾波裝置能夠有效的濾除高次諧波，同時向電網提供容性無功功率，其重要性主要表現(xiàn)在以下方面：

濾除高次諧波能夠定化用電環(huán)境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設備和輸配電設備中的發(fā)熱，直接節(jié)省有功功率；消除由于諧波產生的震動，延長電器的使用壽命；有效的消除對敏感元件的影響。

由于濾波回路是由電抗器和電容器串聯(lián)形成的，所以在濾波的過程中能向電網注入容性無功，提高了功率因數(shù)，這樣就能避免供電部門高額的功率因數(shù)調整電費，由于無功電流的抵消，也相當于提高了配電設備的容量，減少了線損。無功功率補償還能提升末端的電網電壓，對優(yōu)化用電環(huán)境有很重要的意義。

在設計濾波器時，首先應滿足各種負載水平下對諧波限制的技術要求，然后在次前提下，使濾波器在經濟上最為合理。除以上經濟分析外，設計濾波器還應注意以下兩點：

1）單調濾波器的諧振頻率會因電容，電感參數(shù)的偏差或變化而改變，電網頻率會有一定的波動，這將導致濾波器失諧。設計時應保證在正常是諧的情況下濾波裝置仍能滿足各項要求。

2）電網阻抗變化對濾波裝置尤其是其中的單調諧濾波器的濾波效果有較大影響。而更為嚴重的是，電網阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能，設計時應充分予以考慮。

消諧裝置是專用于低壓電網3次、5次、7次、11次、13次及以上的諧波無源濾波裝置。適用于中頻冶煉、變頻、軋鋼、整流設備等的環(huán)境。該裝置采用了電感和電容器組成串聯(lián)諧振吸收回路，有效的將負載產生的諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網的諧波量，同時有利于用戶電力變壓器的運行，降低功耗，提高設備和其它電器組件的可靠性。此外該設備還提供一定容量的無功功率補償，提高用戶負載的運行效率。該裝置分綜合控制柜和電抗柜，視用戶要求不同，配置的濾除諧波次數(shù)也不同。通常一套BCBDL系統(tǒng)可濾除4種諧波。系統(tǒng)的操作可分自動運行和手動操作。

1.2.1領域內關鍵詞語的基本概念

諧波：（harmonic） 對周期性交流信號量進行傅立葉級數(shù)分解，得到頻率為基波頻率大于1的整數(shù)倍的分量。我國供電系統(tǒng)1次諧波的頻率為50Hz，所以5次諧波的頻率為250 Hz。7次諧波的頻率為350 Hz。11次諧波的頻率為550 Hz，13次諧波的頻率為650 Hz。

公共連接點：（PCC）用戶接入電網的連接處。

總諧波畸變率：（THD）周期性交流量的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分數(shù)表示）。電壓總諧波畸變率以THDU表示，電流總諧波畸變率以THDI表示。

諧波源（harmonic source）：向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備。

感性無功：電動機，變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫感性無功功率。

容性無功電容器在交流電網中接通時在一個周期內，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無功功率。

功率因數(shù)：有功功率與視在功率的比值稱為功率數(shù)。

功率因數(shù)調整電費：實行兩部分電價制度的用電企業(yè)，供電部門根據用戶平均功率因數(shù)而加收或減免的電費，稱為功率因數(shù)調整電費

1.1微機消諧裝置

微機消諧裝置也稱二次消諧器,被安裝在TV的開口三角繞組上。正常運行或者發(fā)生單相接地故障時裝置不動作,而一旦判斷電網發(fā)生鐵磁諧振時,便會使正反并聯(lián)在開口三角兩端的2只晶閘管交替過零觸發(fā)導通以限制和阻尼鐵磁諧振,當諧振消除后晶閘管自行截止,必要時可以重復動作。裝置起動消諧期間,晶閘管全導通,呈低阻態(tài),電阻為幾m歐至幾十m歐。如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻3種諧振,而且對整個電網有效,即一個系統(tǒng)中只需選擇1臺互感器安裝消諧裝置即可。微機消諧裝置的主要缺點是難以正確區(qū)分基波諧振和單相接地。目前,對基波諧振和單相接地故障判據的主要區(qū)別在于零序電壓U0的高低。通常,基頻諧振定為當U0≥150V時;當30V≤U0<145V時定為單相接地故障。為了防止在單相接地時由于裝置誤動使TV長時間過負荷而燒毀的情況發(fā)生,通常將該裝置基頻諧振的判據電壓定得比較高。這樣,在工頻位移電壓不是很高的情況下(如空母線合閘)裝置將無法動作,就可能使某些勵磁特性欠佳、鐵心易飽和TV的熔絲熔斷。而且這種裝置當電網對地電容較大時,它對防止間歇性接地或接地消失瞬間互感器因瞬時飽和涌流而造成熔絲熔斷的事故無能為力。此外,在持續(xù)時間較長的間歇電弧過電壓激發(fā)下,流過TV高壓繞組的電流將顯著增大,仍可能會燒壞TV。

由于基頻諧振中的頻率實際上并不是十分嚴格的基頻,不是完全沒有頻率突變,因此,能否在信號處理方法中采用對時頻局部化方面極具優(yōu)勢的小波來檢測,值得探討。

1.2一次消諧阻尼器

一次消諧阻尼器,如LxQ型阻尼器,實際上是將一個非線性消諧電阻R。串接于電壓互感器一次側中性點與地之間,它采用中性點阻尼電阻消除諧振。電網正常運行時,消諧器上電壓<500V。呈高電阻值(可達幾百k歐),阻尼作用大,使諧振在起始階段不易發(fā)展;當電網發(fā)生單相接地時,消諧器上電壓較高(10kV電網中其值約1.7一1.8kV),R0呈低值(幾十k歐),可滿足TV開口三角電壓不小于80V的絕緣監(jiān)測要求,而且仍可阻尼諧振;當電網發(fā)生弧光接地時,R0仍能保持一定的阻值,限制互感器涌流。

該裝置具有消除TV飽和諧振和限制涌流2種功能,但在應用中存在局限性:①中性點為半絕緣結構,只能直接接地安裝的TV無法使用;②只能限制本TV不發(fā)生諧振,對電網中的其他TV無效(僅一對一有效;)③當發(fā)生單相接地故障時, TV零序電壓U0的測量值有誤差,因此不適宜使用在對U0幅值和角度精度要求較高的場合(如微機接地選線裝置);④裝置自身的熱容量有限,即使選用熱容量相對較大的以LXQ型一次消諧阻尼器,在持續(xù)時間較長的間歇電弧接地過電壓激發(fā)下,仍可損壞裝置。一次消諧阻尼器較適用于JDZJ等型號中性點全絕緣TV的消諧改造。

1.3消諧型電壓互感器

1.3.1加裝零序電壓互感器型

加裝零序電壓互感器圈的消諧型電壓互感器由三相主電壓互感器TV1和串接在中性點的零序電壓互感器TV0二部分組成,采用零序電壓互感器消除諧振。該消諧裝置要求TV0的開口三角繞組閉合,零序電壓U0從TV0的二次側取得。當單相接地時, TV每相勵磁感抗為Xm=XTv1 3XTv0(XTv1為TV1的漏抗;凡XTv0為TV0勵磁感抗)。

由于XTv1很小,可略,故Xm≈3 XTv0,即零序電壓絕大部分降落在TV0上,一般的外激發(fā)不能使TV,進人飽和區(qū),從而使諧振難以產生。此外,TV0高壓繞的直流電阻約為10k歐,對諧振有強烈的阻尼作用,對涌流有限制作用。此種消諧型TV的消諧作用也僅對自身有效,熱容量也有限。

1.3.2呈容抗諧振型

呈容抗諧振的消諧型電壓互感器的主要特點有:

①互感器內部的分布電容和雜散電容較大,正常時,在接有0~100%負荷下整體呈容性(結構上合理確定一次繞組徑向與軸向的尺寸比例;采用介電系數(shù)大的絕緣材料作為層間絕緣獷一次繞組采用階梯式排線方式等),不易構成鐵磁諧振回路。②在較高的電壓作用下,鐵心不易飽和(采用優(yōu)質硅鋼片,以降低工作磁密)〕③能承受更高的過電壓(增加了一次繞組匝數(shù);加強一次繞組的端部絕緣和層間絕緣)。然而,由于這種TV的質量和體積相對較大,因此在實際應用中往往有一定困難。