一、 電能質(zhì)量綜合治理概念

 

    電網(wǎng)用戶需要處理的電能質(zhì)量問題，主要是功率因數(shù)問題、諧波問題以及電壓瞬變問題。

 

    針對這些問題的治理手段有好幾種，比如電容補(bǔ)償、調(diào)諧補(bǔ)償、動態(tài)投切補(bǔ)償、無源濾波、有源濾波等等。

 

    每種手段主要針對某個(gè)方面的問題治理，但同時(shí)會影響到其他方面，或者會產(chǎn)生不利影響，或者會有順帶的幫助作用。

 

    所以，治理電能質(zhì)量問題，應(yīng)該把幾個(gè)方面一起考慮，免得分別治理的時(shí)候彼此產(chǎn)生干擾沖突，或者重復(fù)浪費(fèi)。

 

    另外，高壓、中壓、低壓母線上的電能質(zhì)量問題是彼此有影響的，比如在中壓段設(shè)置了無源濾波來治理諧波，因?yàn)闊o源濾波技術(shù)同時(shí)具有補(bǔ)償效果，所以低壓母線上的無功補(bǔ)償容量就應(yīng)該降低一些，免得浪費(fèi)投資。

 

    所以，一個(gè)工程項(xiàng)目的高壓、中壓和低壓部分存在的電能質(zhì)量問題也應(yīng)該綜合設(shè)計(jì)免得重復(fù)浪費(fèi)。

 

    對功率因數(shù)、諧波、電壓瞬變問題同時(shí)考慮，綜合設(shè)計(jì)統(tǒng)一的治理措施，對高壓、中壓、低壓母線上的電能質(zhì)量問題同時(shí)考慮，形成整個(gè)項(xiàng)目的綜合治理措施，這就是電能質(zhì)量綜合治理的概念。

 

    電能質(zhì)量綜合治理的目的就是防止不同治理手段之間產(chǎn)生沖突，避免重復(fù)作用造成浪費(fèi)，避免用高投資手段解決低投資手段可以解決的問題，以盡量少的投資，達(dá)到盡可能好的治理效果。

 

    二、 產(chǎn)生電能質(zhì)量問題的原理

 

    無功功率的原理和解決方法：

 

    電動機(jī)一類設(shè)備在磁場下工作，磁場在交流電下會不斷儲存和釋放電能，但不會消耗電能，所以稱為無功功率。無功功率雖然不會做功，但磁場儲存能量的時(shí)候會需要流入電能，釋放能量的時(shí)候又要流回去，這些來回流動的能量占用了線路、變壓器、開關(guān)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的能力，不能充分發(fā)揮作用，而且還會增加線路損耗。

 

    解決的辦法是就近設(shè)置電場類設(shè)備也就是電容器，電場在交流電下也不斷儲存和釋放能量，但正好和磁場儲存和釋放能量的時(shí)間錯(cuò)開，于是，磁場儲存能量的時(shí)候就正好來自電場釋放的能量，磁場釋放的能量也正好存進(jìn)電容器里去，無功功率就近互相提供，不再經(jīng)過發(fā)電機(jī)、變壓器、線路等系統(tǒng)設(shè)備了，這就是無功補(bǔ)償原理。

 

    產(chǎn)生諧波的原理和不同諧波源諧波的解決方法：

 

    如果正弦交流電壓加在設(shè)備上，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設(shè)備就稱為非線性阻抗設(shè)備，簡稱非線性設(shè)備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線性設(shè)備也稱為諧波源。

 

    諧波會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱增加、產(chǎn)生附加負(fù)荷導(dǎo)致過載故障，引起線路干擾、還會因?yàn)楣舱駥?dǎo)致設(shè)備中有諧振回路的部分損壞等等。

 

    工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類型：

 

    三相橋式整流回路在每一相的正負(fù)波形上都會產(chǎn)生波形變化，一個(gè)周期里就有六個(gè)非正弦的波形，所以稱為六脈波設(shè)備。六脈波設(shè)備的諧波很有規(guī)律，會產(chǎn)生六的倍數(shù)加減1次數(shù)的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著諧波次數(shù)升高諧波幅值會逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。

 

    這類設(shè)備包括有三相橋式整流器的所有設(shè)備、比如直流驅(qū)動器、變頻器、軟啟動器，UPS電源等等，是目前工業(yè)用電設(shè)備中常見的一類諧波源。

 

    六脈波諧波源產(chǎn)生的諧波，次數(shù)穩(wěn)定，可以用調(diào)諧技術(shù)濾除。

 

    類似工業(yè)電弧爐這樣的設(shè)備工作時(shí)，電流波形變化很頻繁，會分解出次數(shù)和幅值不斷變化的諧波。

 

    這類諧波需要采用針對可變次數(shù)諧波進(jìn)行濾除的技術(shù)，比如有源濾波技術(shù)。

 

    非線性的單相設(shè)備，比如帶有單相整流環(huán)節(jié)的電子儀器等等，因?yàn)槿嗖粚ΨQ原因會在零線上形成3次零序諧波。

 

    零序3次諧波需要采用零序接法的濾除技術(shù)，比如四線制有源濾波，或者分相式無源濾波技術(shù)。

 

    產(chǎn)生電壓瞬變的原因和解決：

 

    大容量電動機(jī)在直接啟動或者通過軟啟動器啟動時(shí)，由于啟動時(shí)功率因數(shù)非常低，會產(chǎn)生很大的無功電流，總電流比正常運(yùn)行時(shí)高幾倍，在線路中產(chǎn)生很大的瞬時(shí)電壓降，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓突然下降。

 

    一些負(fù)荷周期性沖擊變化的機(jī)械設(shè)備例如飛剪機(jī)等等，因?yàn)樨?fù)荷的變化，電流也會大幅度周期性變化，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓周期性變化，這種現(xiàn)象稱為閃變。

 

    電壓突降和電壓閃變都會給其他設(shè)備的運(yùn)行帶來干擾。

 

    兩種情況都和大量的短時(shí)無功電流有關(guān)，如果無功補(bǔ)償能夠及時(shí)投入和切除就可以大幅度緩解。

 

    三、 電能質(zhì)量問題的治理手段

 

    1.單純電容補(bǔ)償。

 

    電容器可以補(bǔ)償電動機(jī)產(chǎn)生的無功功率，以提高功率因數(shù)。

 

    但這些電容器會和變壓器形成諧振回路，而且隨著電容器投入切除，諧振頻率會不斷變化，就有可能在某些投切比例下正好放大了系統(tǒng)中存在的諧波，造成系統(tǒng)諧波超標(biāo)、電容器壽命縮短甚至爆炸等等危害。

 

    因此，單純電容補(bǔ)償措施，在目前工業(yè)環(huán)境下已經(jīng)屬于應(yīng)該淘汰的措施。

 

    2.固定調(diào)諧電容補(bǔ)償。

 

    在補(bǔ)償電容器回路上附加電抗器，讓電容器和電抗器形成頻率固定的諧振回路，并且讓這個(gè)頻率比系統(tǒng)中存在的所有諧波頻率都小，這樣不僅不會再放大諧波，而且還具有一定的衰減作用。

 

    固定調(diào)諧補(bǔ)償是一種可以在有諧波存在的環(huán)境下運(yùn)行的無功補(bǔ)償技術(shù)，同時(shí)具有一定程度的諧波濾除作用。

 

    電容器和電抗器之間的阻抗比不同，諧振頻率就不同，產(chǎn)生的作用就也有差別，常見的阻抗比有14%、12.5%、7%、5.67%四種。

 

    14%阻抗比的情況，對于3次以上的諧波都不會放大，但對各次諧波的濾除能力低，而且對3次零序諧波沒有濾除作用。

 

    由于六脈波諧波源不產(chǎn)生3次非零序諧波，所以這種阻抗比不常用。

 

    12.5%阻抗比的情況，作用和14%的情況差不多，只是諧波濾除作用略微強(qiáng)一點(diǎn)，也不常用。

 

    7%阻抗比的情況，對于5次以上的諧波都不會放大，并且具有一定的濾除作用，大約可以濾除20%左右的六脈波諧波源產(chǎn)生的諧波，特別適合于只有六脈波諧波源，且諧波問題本來不嚴(yán)重的情況下，作為同時(shí)治理無功功率和諧波問題的綜合措施，也可以配合無源濾波或者有源濾波技術(shù)使用。

 

    5.67阻抗比的情況，對于5次以上的諧波都不會放大，而衰減作用更大，對六脈波諧波源產(chǎn)生的諧波，可濾除40%到50%，但對電容器和電抗器的參數(shù)漂移有一定要求，投資比7%阻抗比的設(shè)備要高一點(diǎn)，適合于只有六脈波諧波源，固有諧波成分輕微超標(biāo)的情況下，作為同時(shí)治理無功功率和諧波問題的綜合措施，比如變頻器一類設(shè)備占總?cè)萘勘壤?0%到40之間的應(yīng)用場合。

 

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