由上圖的頻譜分析可見,中性線電流中含有豐富的低次諧波。實測的各次諧波電流有效值分別為:基波41.8A,3次諧波121A,5次諧波11.8A,7次諧波5.9A,9次諧波5.2A,11次諧波2A,13次諧波0.8A等。若以基波為基準,電流總諧波畸變率為292.3%。以三次諧波為基準100%,則基波電流含有率34.5%,5、7、9、11、13次諧波電流含有率分別為9.8%、4.9%、4.3%、1.7%、0.7%。
2結果分析
被測寫字樓的主要用電設備是各種節能燈具(熒光燈、高壓氣體放電燈、可控硅調光白熾燈等)、冰箱、電視機、錄像機、計算機、激光打印機、充電器、UPS電源及各種儀器設備。這些設備大多數容量較小,在數十到數kW,但是數量很多,整體對諧波的影響很大,不容忽視。
在上述設備中,具有全波整流性質的負荷(如UPS等)造成的諧波影響最為嚴重。在電源電壓峰值附近,電源對整流器電容充電,負荷從電源吸收的電流具有脈沖性質。由于接于同一電源的這類負荷吸取的脈沖電流中心軸線基本上一致,因此主要諧波電流幾乎是同相位的疊加;另一方面,各相線的諧波電流中三次及其倍數次諧波具有零序分量性質,因此它們在中性線上的匯集疊加,使得中性線上的諧波電流非常大。案例中,電源線電流約400A時,中性線上三次諧波電流高達121A,就是有力的證明。
3諧波問題的影響
諧波對商務寫字樓用電設備壽命和線損的影響,是逐步積累其效應的慢過程。受諧波嚴重影響而產生的后果,一般也在一定時期后才暴露,因此容易使受害單位及其主管不能及早發現問題,直到嚴重后果發生。
本案例中,諧波的作用使得配電變壓器的繞組、外層硅鋼片、外殼、金屬緊固零件的局部發熱嚴重,降低變壓器輸出功率,還引起振動和噪聲;無功補償電容器因諧波關系,不能正常投入;未配置UPS的計算機會出現死機,自動重啟現象,引起工作數據丟失及元件損壞;電話出現雜音;最為嚴重的隱患是中性線長期過流,導致導線局部溫升過高,絕緣老化,可能引起火災事故。
三解決方案
對于寫字樓負荷的諧波問題,推薦的解決方案有以下幾點:
1加裝無源濾波器
在大的諧波源附近或主要出線處安裝若干單調諧及高通濾波器支路,以吸收諧波電流。這種方案可以有效減小諧波量;也可以同時考慮無功補償問題。
2改變諧波源的配置方式
具有諧波互補性的設備應集中安裝,否則應適當分散或交錯使用,適當限制諧波量大的工作方式。該方案可以減小諧波的影響,但對設備配置和工作方式有特殊要求。
3改善三相不平衡度
找出因電源電壓、線路阻抗、負荷特性因素導致的三相不平衡原因,加以消除。該方案可以有效減小3次諧波的產生;有利于設備的正常用電,減小損耗。
4增加系統容量和中性線截面
提高供電系統的短路容量,可以減小諧波源對其他用電設備的影響;增大中性線截面,可以避免中性線長期過流導致的導線局部溫升過高,絕緣老化現象,消除引起火災事故的隱患。
5采用有源濾波器
濾波效果比無源濾波器好,同時不必擔心導致諧波放大問題。造價較高。
結語
目前,商務寫字樓中各種基于電力電子裝置的非線性負荷的應用越來越廣泛,引起電能質量問題,并由此產生電能損耗的因素也逐漸增多,對各種復雜的、精密的、對電能質量敏感的用電設備的安全可靠運行帶來嚴重威脅。通過對一個具體寫字樓供電系統電源出線的測量,分析得出該寫字樓供電系統的電能質量問題主要是諧波,并進一步討論了它的危害及一般解決方案。該寫字樓經過此次電能質量檢測,分析和查找原因,并根據推薦的解決方案,制訂并實施了合理的改造措施,將電能損耗降低了37%,解決了電能質量的安全隱患問題,并在節能中獲得了一定的經濟效益。
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中國電力出版社,2008.
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