电力滤波装置应用场景有哪些?

2021-08-04

概述
在电力系统中,正常的电压和电流波形应当是频率为50Hz的正弦波,但是实际中的波形总有不同程度的畸变(下图为某案例波形)这就是谐波所致。随着科学技术的进步和自动化程度的提高,谐波对电力系统和用电设备所造成的危害日趋严重。谐波污染已成为阻碍电力技术发展的重大障碍之一。

1、谐波的产生
电力系统中谐波的产生大致有三种来源:
( 1)来源于发电机。发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称,铁心也很难做到绝对均匀一致,以及其他一些原因,发电机多少也会产生一些谐波,但一般来说很少。
 (2)来源于输配电系统。输配电系统中主要是电力变压器产生谐波,由于变压器含有铁心,铁心具有磁饱和性,铁心饱和后是非线性的,假如变压器长期满负荷或过负荷运行,变压器铁心常工作在磁通密度较高的区段,磁化曲线陡,更易产生谐波。但一般量也不大。
( 3)来源于各种用电设备。主要包括一些电力电子整流设备,变频装置,电弧炉、电石炉,气体放电类电光源等等。据统计,仅由整流装置产生的谐波就占电力系统所有谐波的近40%,用电设备产生的谐波是电力系统中最大的谐波源。
2、谐波的主要危害
①. 线路、变压器损耗增大
应急剧变化的磁通而导致铁损急剧增加。
②. 谐波会影响表计的计量精度。
从原理上进行分析:谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去,因此电能表会将谐波能量当作电量来进行计算,从而导致计量误差。对于机械式电能表还会由于高频率谐波所产生的高频涡流阻力而变慢。因为在高次谐波严重的情况下(例如中频炉)会严重影响电能表的计量精度,导致莫名其妙的丢电现象。
③. 电磁干扰
精密电子设备(包括电子式电能表)会被严重干扰,导致不能正常工作,甚至烧毁。比如通讯系统干扰,精密仪器不能正常工作,影响科研、测量、医务诊断。
④. 设备损坏
所有接于电网中的设备的损耗都会增加,温升增加。含有电容器的设备受影响最为严重,甚至可能导致设备损坏以及电容器爆炸等事故.
⑤. 电机类负荷由于谐波的逆序作用而导致输出扭矩下降。
⑥. 继电保护机构可能会由于谐波而产生误动或拒动故障。
3、谐波的治理
目前治理的措施即在电力系统中外加电力滤波装置,以阻止谐波源产生的谐波注入电网。
通用的电力滤波装置分有源滤波和无源滤波两类。
4、电力滤波的概念
①无源滤波
一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低,运行稳定,技术相对成熟,容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80%,对基波的无功补偿也是一定的。
②有源滤波装置
有源滤波装置自身就是谐波源。其依靠电力电子装置,在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等,相位相反的谐波向量,这样可以抵消掉系统谐波,使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外,同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到95%以上,补偿无功细致。缺点为价格高,容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟,所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。
5、电力滤波装置的应用
①无源滤波应用于单一谐波的一般用户。
有源电力滤波器主要应用于具有变频装置、开关电源、整流设备、精密仪器、灯光调制等设备的单位。广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中,如:电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。
根据应用对象不同,有源电力滤波装置的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。
6、主要应用场合类别
1)机场:主控室、计算机房、广播系统、EIB灯光调光系统等。
2)医院:ICU(重症监护室)、MRI(磁共振成像)、手术室、医学成像室、放疗科等。
3)剧场、体育馆:解决由于谐波造成的EIB调光设备及其它控制设备的损坏。
4)学校:精密实验室、机房、网络中心等。
5)研究所:精密仪器、机房、高精密设备集中区域等。
6)大型商场:解决由于节能灯大量应用造成的谐波问题。
7)银行:计算机中心、营业部计算机、安防系统等。
8)税务、工商:大型计算机中心等。
9)广电、电信机房:移动基站
10)工厂:生产线的PLC、计算机控制设备、高精度机床、PCS系统、计量/称重系统、制造、冶金行业等。
11)电视台:图像、调光、计算机设备等。
12)现代建筑、综合楼宇、智能广场:自动化系统、照明、变频器、计算机、打印办公设备、照明系统、楼宇控制系统。
13)自来水厂
14)污水处理厂
7、结论
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一,也是现代电力生产发展的迫切需要。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置。目前在实际应用中,并联型有源滤波是比较成熟的拓扑结构,是优选的方案;串联型有源滤波电路在工作时需流过全部的正常负载电流,损耗比较大,而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂;串、并联型有源滤波当前的主要问题是控制复杂,造价较高。
随着我国电力事业的发展,电能质量的要求将不断提高,利用有源滤波进行电能质量治理有着巨大的市场潜力。特别是在补偿谐波、无功功率,以及中线电流、不平衡电流等方面,有源滤波技术必将拥有更加广阔的应用前景。
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