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電源污染治理技術(shù)

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作者: 時(shí)間:2007-08-14 來源:深圳節(jié)能網(wǎng) 收藏
    近年來, 電力網(wǎng)中非線性負(fù)載的逐漸增加是全世界共同的趨勢,如變頻驅(qū)動(dòng)或晶閘管整流直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、重要負(fù)載所用的不間斷(UPS) 、節(jié)能熒光燈系統(tǒng)等,這些非線性負(fù)載將導(dǎo)致電網(wǎng)污染,電力品質(zhì)下降,引起供用電設(shè)備故障, 甚至引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)事故等。

  電力污染及電力品質(zhì)惡化主要表現(xiàn)在以下方面:電壓波動(dòng)、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡等。

  1.污染的危害

  污染會(huì)對用電設(shè)備造成嚴(yán)重危害,主要有:

  干擾通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作,造成數(shù)據(jù)丟失或死機(jī)。

  影響無線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、核磁共振等設(shè)備的工作性能, 造成噪聲干擾和圖像紊亂。

  引起電氣自動(dòng)裝置誤動(dòng)作,甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。

  使電氣設(shè)備過熱,振動(dòng)和噪聲加大,加速絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀。

  造成燈光亮度的波動(dòng)(閃變),影響工作效益。

  導(dǎo)致供電系統(tǒng)功率損耗增加。

  2.的種類

  2.1 電壓波動(dòng)及閃變

  電壓波動(dòng)是指多個(gè)正弦波的峰值,在一段時(shí)間內(nèi)超過(低于)標(biāo)準(zhǔn)電壓值,大約從半周波到幾百個(gè)周波,即從10MS到2 .5秒, 包括過壓波動(dòng)和欠壓波動(dòng)。普通避雷器和過電壓保護(hù)器,完全不能消除過壓波動(dòng),因?yàn)樗鼈兪怯脕硐矐B(tài)脈沖的。普通避雷器在限壓動(dòng)作時(shí)有相當(dāng)大的電阻值,考慮到其額定熱容量(焦?fàn)枺?,這些裝置很容易被燒毀,而無法提供以后的保護(hù)功能。這種情況往往很容易忽視掉,這是導(dǎo)致計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和敏感設(shè)備故障或停機(jī)的主要原因。

  另一個(gè)相反的情況是欠壓波動(dòng),它是指多個(gè)正弦波的峰值,在一段時(shí)間內(nèi)低于標(biāo)準(zhǔn)電壓值,或如通常所說:晃動(dòng)或降落。長時(shí)間的低電壓情況可能是由供電公司造成或由于用戶過負(fù)載造成,這種情況可能是事故現(xiàn)象或計(jì)劃安排。更為嚴(yán)重的是失壓,它大多是由于配電網(wǎng)內(nèi)重負(fù)載的分合造成,例如大型電動(dòng)機(jī)、中央空調(diào)系統(tǒng)、電弧爐等的啟停以及開關(guān)電弧、保險(xiǎn)絲燒斷、斷路器跳閘等,這些都是通常導(dǎo)致電壓畸變的原因。

  大型用電設(shè)備的頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致電壓的周期性波動(dòng),如電焊機(jī)、沖壓機(jī)、吊機(jī)、電梯等,這些設(shè)備需要短時(shí)沖擊功率,主要是無功功率。電壓波動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備功率不穩(wěn),產(chǎn)品質(zhì)量下降;燈光的閃變引致眼睛疲勞,降低工作效率。

  2.2 浪涌沖擊

  浪涌沖擊是指系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)過(低)電壓,即時(shí)間不超過1毫秒的電壓瞬時(shí)脈沖,這種脈沖可以是正極性或負(fù)極性,可以具有連串或振蕩性質(zhì)。它們通常也被叫作:尖峰、缺口、干擾、毛刺或突變。

  電網(wǎng)中的浪涌沖擊既可由電網(wǎng)內(nèi)部大型設(shè)備(電機(jī)、電容器等)的投切或大型晶閘管的開斷引起,也可由外部雷電波的侵入造成。浪涌沖擊容易引起電子設(shè)備部件損壞,引起電氣設(shè)備絕緣擊穿;同時(shí)也容易導(dǎo)致計(jì)算機(jī)等設(shè)備數(shù)據(jù)出錯(cuò)或死機(jī)。

  2.3 諧波

  線性負(fù)載,例如純電阻負(fù)載,其工作電流的波形與輸入電壓的正弦波形完全相同,非線性負(fù)載,例如斬波直流負(fù)載,其工作電流是非正弦波形。傳統(tǒng)的線性負(fù)載的電流/電壓只含有基波(50Hz),沒有或只有極小的諧波成分,而非線性負(fù)載會(huì)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生可觀的諧波。

  諧波與電力系統(tǒng)中基波疊加,造成波形的畸變,畸變的程度取決于諧波電流的頻率和幅值。非線性負(fù)載產(chǎn)生陡峭的脈沖型電流,而不是平滑的正弦波電流,這種脈沖中的諧波電流引起電網(wǎng)電壓畸變,形成諧波分量,進(jìn)而導(dǎo)致與電網(wǎng)相聯(lián)的其它負(fù)載產(chǎn)生更多的諧波電流。

  計(jì)算機(jī)是此類非線性負(fù)載之一,象絕大多數(shù)辦公室電子設(shè)備一樣,計(jì)算機(jī)裝有一個(gè)二極管/電容型的供電電源,這類供電電源僅在交流正弦波電壓的峰值處產(chǎn)生電流,因此產(chǎn)生大量的三次諧波電流(150Hz)。其它產(chǎn)生諧波電流的設(shè)備主要有:電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器,固態(tài)加熱器,和其他一些產(chǎn)生非正弦波變化電流的設(shè)備。

  熒光燈照明系統(tǒng)也是一個(gè)重要的諧波源,在普通的電磁整流器燈光電路中,三次諧波的典型值約為基波(50Hz)值的13%-20%。而在電子整流器燈光電路中,諧波分量甚至高達(dá)80%。

  非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流會(huì)影響電力系統(tǒng)的多個(gè)工作環(huán)節(jié),包括變壓器,中性線,還有電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī)和電容器等。諧波電流會(huì)導(dǎo)致變壓器,電動(dòng)機(jī)和備用發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度(K參數(shù))嚴(yán)重升高。中性線上的過電流(由諧波和不平衡引起)不僅會(huì)使導(dǎo)線溫度升高,造成絕緣損壞,而且會(huì)在三相變壓器線圈中產(chǎn)生環(huán)流,導(dǎo)致變壓器過熱。無功補(bǔ)償電容器會(huì)因電網(wǎng)電壓諧波畸變而產(chǎn)生過熱,諧波將導(dǎo)致嚴(yán)重過流。

   另外,電容器還會(huì)與電力系統(tǒng)中的電感性元件形成諧振電路,這將導(dǎo)致電容器兩端的電壓明顯升高,引致嚴(yán)重故障。照明裝置的啟輝電容器對于由高頻電流引起的過熱也是十分敏感的,啟輝電容器的頻繁損壞顯示了電網(wǎng)中存在諧波的影響。諧波還會(huì)引起配電線路的傳輸效率下降,損耗增大,并干擾電力載波通訊系統(tǒng)的工作,如電能管理系統(tǒng)(EMS)和時(shí)鐘系統(tǒng)。而且,諧波還會(huì)使電力測量表計(jì),有功需量表和電度表的計(jì)量誤差增大。

  2.4 三相不平衡

  三相不平衡會(huì)在中性線上產(chǎn)生過電流(由諧波和不平衡引起)不僅會(huì)使導(dǎo)線溫度升高,造成絕緣損壞,而且會(huì)在三相變壓器線圈中產(chǎn)生環(huán)流,導(dǎo)致變壓器過熱, 甚至引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)事故等。

  3.電源污染的治理

  對于現(xiàn)有供電網(wǎng)絡(luò)或待建電網(wǎng)中的電力污染情況,要進(jìn)行仔細(xì)分析,通常解決的方法有兩個(gè):一是局部重組電網(wǎng)結(jié)構(gòu),分離或隔離產(chǎn)生電力污染的設(shè)備;二是使用電源凈化濾波設(shè)備進(jìn)行治理,通常電壓諧波是由電流諧波產(chǎn)生的,有效地抑制電流諧波就會(huì)使電壓畸變達(dá)到要求的范圍。國內(nèi)外很多單位已開始重視電源污染的治理, 投資安裝電源凈化濾波裝置, 取得了提高電源品質(zhì)和節(jié)能的雙重效果。

  電源污染的治理主要有以下幾種方法:

  串聯(lián)電抗器

  有源濾波補(bǔ)償

  無源濾波補(bǔ)償

  增加整流設(shè)備的相數(shù)

  安裝各種突波吸收保護(hù)裝置,如避雷器等

  目前,無源濾波補(bǔ)償是實(shí)際應(yīng)用最多、效果較好、價(jià)格較低的解決方案,它包括三種基本形式:串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波( 串并混合)。其中串聯(lián)濾波主要適用于三次諧波的治理;低通濾波主要適用于高次諧波的治理;并聯(lián)濾波是一種綜合裝置,它可濾除多次諧波,同時(shí)提供系統(tǒng)的無功功率,是應(yīng)用最廣泛的電源凈化濾波裝置。

  近年來,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,有源濾波補(bǔ)償技術(shù)日益成熟,并得到了廣泛應(yīng)用。較傳統(tǒng)的無源濾波補(bǔ)償系統(tǒng),它具有功能多,適應(yīng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),隨著價(jià)格的不斷下降,應(yīng)用將日益普遍。有源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)在很多重要場所應(yīng)用效果非常好。

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