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三次谐波对中线安防的影响与治理方案

三次谐波对中线安防的影响与治理方案

2022/7/7 10:38:42

一.简述三次谐波

1. 三次谐波的概念

对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解,可得到频率为基波整数倍的电量,这些电分量被统称为谐波。其中,频率为基波三倍的电量被称为三次谐波。在社会的高速发展下,民众与社会对于电能的需求量与日俱增,对电能质量的要求也日渐提高。随着种类丰富的电子设备在民众生活中的广泛普及,其中具有非线性负荷特性的电子设备也使电力系统中的电压、电流状态出现了一些改变。在利用傅里叶级数分解分析电压、电流波形时,便会发现 50Hz、220V电力中存在一些150Hz交流的正弦波,即频率50Hz的三倍的”三次谐波”。

2. 三次谐波的产生原因

在通常情况下,受三次谐波污染严重的用电场景便为低压配电网。其中,致使电网中出现三次谐波的非线性负荷主要包括以下几类:

1)晶闸管电源、电弧焊接等。

2)彩色电视机和监视器:根据有关调查可知,该部分电气设施在日常工作过程中,会产生含量高的三次谐波。

3)变频器:在日常生活阶段,洗衣机、空调以及微波炉等电气设备被广泛使用,这部分设备一般都拥有“变频”的功能。

4)镇流器、荧光灯或者节能灯等:根据有关调查可知,这部分电器在日常的工作环节中一般都会拥有大比例三次谐波的电流量。

3. 三次谐波的不良影响

1)使电网出现发热的状况,严重时引发安全事故。

2)对电子元器件日常的使用和运行产生不良影响,致使其产生错误操作。

3)严重浪费电能。

4)严重缩短电力设施使用寿命。

综上所述可知,三次谐波不仅仅会产生诸多危害,更会对电网整体的稳定性以及安全性产生严重的不良影响,进而影响民众的日常生产、生活有关活动、行为以及社会的和谐发展。所以,有关部门应当采取合理措施,减少乃至避免三次谐波的危害。

二.三次谐波对中性线的影响

伴随着科学技术的迅猛发展,越来越多微波炉、空调和洗衣机等变频电器被广泛应用于民众的生活中。通常情况下,上述电器均为非线性负载,其在工作时,三次谐波占比极大。这种不良现象除了会增加整体电力系统的耗损,更会致使中性线线负载变大,严重影响电力系统整体的安全性以及稳定性,甚至会引发一系列的安全事故。

三.对三次谐波治理的合理建议

对于单相整流电路非线性负荷而言,传统的无源滤波器并不适用。这主要是由于其滤波效果极差,同时还会生成较大容性无功,而这部分容性无功既是非线性负荷不会用到的,也是整体电网所不需要的。因此,有关部门应当采用有源滤波器进行治理。在单独使用此类滤波器对线路中谐波电流进行检测的时候,能够生成将其抵消的补偿类电流。然而从整体效果上来看,此类滤波器只能够确保安装部位上游的谐波电流变小,却不能对下游线路产生效果。所以,当对上述特征加以了解后,便能够针对性地处理三次谐波污染,即将有源的滤波器安装到存在三次谐波的下游线路中。除此之外,经过多年实践可知,当滤波器距离三次谐波电流源头越近,其防治的效果越好。与此同时,若三次谐波的过滤器为并联形式,也能够有效降低三次谐波的电压,所以,将三次谐波的滤波器并联于非线性的负荷比较大供电点处时,能够将三次谐波影响的危害控制在较低。

四.安科瑞中线安防保护器(ANSNP)介绍

ANSNP系列中线安防保护器并联在含谐波负载的低压配电系统中,能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。中线安防保护器的基本原理为:

通过电流检测环节采集系统中性线上过电流信息,经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量,产生谐波电流指令,通过功率执行器件产生与过电流幅值相等方向相反的补偿电流,并注入中性线,从而消除中性线中过大的电流。

产品特点:

1) 对3N次谐波和三相不平衡引起的中性线过电流均可治理;

2) 具有过流反馈功能,可以自主设定过电流反馈值,进一步保障中性线安全;

3) 具有风扇自动调速功能,进一步降低模块能耗和运行噪音;

4) 人性化的界面,可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息,操作简单;

5) 采用进口IGBT,功率密度大,可靠性高;

6) 采用DSP高速检测和运算的数字控制系统;

7) 模块主电路采用三电平拓扑;

8) 标准模块化设计,缩短交付周期,同时提高了使用的可靠性和可维护性。

五.安科瑞中线安防保护器应用案例

如下所示,为青岛某商场配电间内中线安防保护器现场安装情况与治理前后数据对比.

image.png

现场安装图

补偿前后数据对比

image.png

【参考文献】

[1] 企业微电网设计与应用手册.2020.6

[2] 安科瑞电能质量监测与治理选型手册.2019.11版

 

作者简介:

张星,女,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为有源电力滤波器,静止无功发生器,中线安防保护器和混合动态滤波无功补偿装置的研发及技术对接.手机:18701997519(同微信)QQ:2885050128邮箱:2885050128@qq.com

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王静
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