三次諧波對中線安防的影響與治理方案

一．簡述三次諧波

1. 三次諧波的概念

對周期性非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，可得到頻率為基波整數(shù)倍的電量，這些電分量被統(tǒng)稱為諧波。其中，頻率為基波三倍的電量被稱為三次諧波。在社會的高速發(fā)展下，民眾與社會對于電能的需求量與日俱增，對電能質(zhì)量的要求也日漸提高。隨著種類豐富的電子設(shè)備在民眾生活中的廣泛普及，其中具有非線性負(fù)荷特性的電子設(shè)備也使電力系統(tǒng)中的電壓、電流狀態(tài)出現(xiàn)了一些改變。在利用傅里葉級數(shù)分解分析電壓、電流波形時，便會發(fā)現(xiàn) 50Hz、220V電力中存在一些150Hz交流的正弦波，即頻率50Hz的三倍的”三次諧波”。

2. 三次諧波的產(chǎn)生原因

在通常情況下，受三次諧波污染嚴(yán)重的用電場景便為低壓配電網(wǎng)。其中，致使電網(wǎng)中出現(xiàn)三次諧波的非線性負(fù)荷主要包括以下幾類：

1）晶閘管電源、電弧焊接等。

2）彩色電視機(jī)和監(jiān)視器：根據(jù)有關(guān)調(diào)查可知，該部分電氣設(shè)施在日常工作過程中，會產(chǎn)生含量高的三次諧波。

3）變頻器：在日常生活階段，洗衣機(jī)、空調(diào)以及微波爐等電氣設(shè)備被廣泛使用，這部分設(shè)備一般都擁有“變頻”的功能。

4）鎮(zhèn)流器、熒光燈或者節(jié)能燈等：根據(jù)有關(guān)調(diào)查可知，這部分電器在日常的工作環(huán)節(jié)中一般都會擁有大比例三次諧波的電流量。

3. 三次諧波的不良影響

   1）使電網(wǎng)出現(xiàn)發(fā)熱的狀況，嚴(yán)重時引發(fā)安全事故。

   2）對電子元器件日常的使用和運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，致使其產(chǎn)生錯誤操作。

   3）嚴(yán)重浪費(fèi)電能。

   4）嚴(yán)重縮短電力設(shè)施使用壽命。

綜上所述可知，三次諧波不僅僅會產(chǎn)生諸多危害，更會對電網(wǎng)整體的穩(wěn)定性以及安全性產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，進(jìn)而影響民眾的日常生產(chǎn)、生活有關(guān)活動、行為以及社會的和諧發(fā)展。所以，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采取合理措施，減少乃至避免三次諧波的危害。

二．三次諧波對中性線的影響

伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多微波爐、空調(diào)和洗衣機(jī)等變頻電器被廣泛應(yīng)用于民眾的生活中。通常情況下，上述電器均為非線性負(fù)載，其在工作時，三次諧波占比極大。這種不良現(xiàn)象除了會增加整體電力系統(tǒng)的耗損，更會致使中性線線負(fù)載變大，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)整體的安全性以及穩(wěn)定性，甚至?xí)l(fā)一系列的安全事故。

三．對三次諧波治理的合理建議

對于單相整流電路非線性負(fù)荷而言，傳統(tǒng)的無源濾波器并不適用。這主要是由于其濾波效果極差，同時還會生成較大容性無功，而這部分容性無功既是非線性負(fù)荷不會用到的，也是整體電網(wǎng)所不需要的。因此，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采用有源濾波器進(jìn)行治理。在單獨(dú)使用此類濾波器對線路中諧波電流進(jìn)行檢測的時候，能夠生成將其抵消的補(bǔ)償類電流。然而從整體效果上來看，此類濾波器只能夠確保安裝部位上游的諧波電流變小，卻不能對下游線路產(chǎn)生效果。所以，當(dāng)對上述特征加以了解后，便能夠針對性地處理三次諧波污染，即將有源的濾波器安裝到存在三次諧波的下游線路中。除此之外，經(jīng)過多年實(shí)踐可知，當(dāng)濾波器距離三次諧波電流源頭越近，其防治的效果越好。與此同時，若三次諧波的過濾器為并聯(lián)形式，也能夠有效降低三次諧波的電壓，所以，將三次諧波的濾波器并聯(lián)于非線性的負(fù)荷比較大供電點(diǎn)處時，能夠?qū)⑷沃C波影響的危害控制在較低。

四．安科瑞中線安防保護(hù)器（ANSNP）介紹

ANSNP系列中線安防保護(hù)器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時的跟蹤和補(bǔ)償。中線安防保護(hù)器的基本原理為：

通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上過電流信息，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與過電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過大的電流。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

1) 對3N次諧波和三相不平衡引起的中性線過電流均可治理；

2) 具有過流反饋功能，可以自主設(shè)定過電流反饋值，進(jìn)一步保障中性線安全；

3) 具有風(fēng)扇自動調(diào)速功能，進(jìn)一步降低模塊能耗和運(yùn)行噪音；

4) 人性化的人機(jī)交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實(shí)時電能質(zhì)量信息，操作簡單；

5) 采用進(jìn)口IGBT，功率密度大，可靠性高；

6) 采用DSP高速檢測和運(yùn)算的數(shù)字控制系統(tǒng)；

7) 模塊主電路采用三電平拓?fù)洌?/span>

8) 標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護(hù)性。

五．安科瑞中線安防保護(hù)器應(yīng)用案例

如下所示,為青島某商場配電間內(nèi)中線安防保護(hù)器現(xiàn)場安裝情況與治理前后數(shù)據(jù)對比.

現(xiàn)場安裝圖

補(bǔ)償前后數(shù)據(jù)對比