电力工程职称论文范文：论港口输配电的储波治理

　　摘要：进年来，港口供电中的谐波问题已经引起业界人士的普遍重视，特别是随着论港口假设的迅速发展，港口规模不断扩大，港口用电设备中，大量采用了硅整流设备和可控硅变流设备，以及在堆场照明中普遍采月的放电类电源设备。这些非线性负载能产生各次的高次谐波、能使变压器、电动机等发热、也能使回路过载发热，断路器频繁跳闸，甚至引起火灾。这会严重降低港口的供电质量，因此，防止谐波，降低耗损，提高供电系统电能质量是非常重要。

　　关键词：港口输配电,谐波的产生,储波治理

　　1、谐波的产生

　　众所周知，我们的供电所系统和用电设备都被设计成按正弦波形运行，其基波频率我国为50Hz。但由于供电系统中变压器、整流设备、充气电光源等大量非线性负载的存在，实际波形会发生畸变，产生一系列频率为基波频率整数倍的分量，这些分量就被称为谐波。

　　1.1在港口供电系统中主要是变压器产生谐波。

　　由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。

　　1.2在港口供电设备中主要的整流器和逆变器产生谐波

　　1.2.1因为在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流和施加的电压成正比。所以如果所加电压是正弦的话，流过的电流就是正弦，就不存在谐波。当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流，也就产生了谐波。

　　1.2.2整流器和逆变器产生的谐波电压、电流：整流器的作用是将交流电转成直流电，而逆变器是将直流电转变成交流电。大功率整流器----逆变器广泛用于交流变频调速及交-直流电动机的调速等领域。其电路中的二极管视为理想二极管，即正向阻抗接近零，反响阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动，从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波(50Hz基波)外，也可以节省大量可能(近%30)，但如前面分析，变频调速过程中要产生高次谐波，即形成高次谐波污染。由于变流设备功率大(30kW~20000Kw)、数量多，因此，它对港口企业的供配电系统的影响也就极大。

　　1.3气体放电类电光源产生谐波

　　我国港口企业照明基本采用气体放电光源，入荧光灯、高压汞灯、高压钠灯和金属卤话物等。测量及分析气体放电类光源的全伏安特性可知，此类光源的非线性非常严重，有负的伏安特性。气体放电类电光源使用时。其非线性极其严重，3次谐波含量占其谐波量的%20以上。由于其特性为对称奇函数，只含有奇次谐波。它属于电流源形谐波源。气体放电类电光源由于数量巨大，其产生的谐波对供配电系统产生的影响也就是十分巨大。在整流设备还未广泛使用的时期，影响供配电系统的谐波主要是由此类电光源产生。

　　1.4计算机及其他办公设备产生谐波

　　计算机及其他办公设备的电源基本上都是开关电源，因此都会产生谐波。由于此类设备的大量使用，对电网的谐波干扰也就十分严重。

　　2、谐波的影响

　　由于港口企业产生谐波的设备比较多，谐波使港口的生产面临严重的影响。

　　2.1谐波对输电线路的影响

　　如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。当注入系统的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路会造成绝缘击穿。尤其是电线线路，如今港口供电系统中，几乎都采用电缆供电，电缆线路对地电容比较大，而感抗较小，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。

　　2.2谐波对变压器的影响

　　谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗，涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。谐波电流，特别是3次(及其倍数)谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。

　　3、谐波的防治

　　为了减少谐波对港口供电系统的影响，从管理和技术上可采取以下措施：

　　(1)严格贯彻执行有关电力谐波的国家标准，加强管理

　　1993年国家颁发GB/T14549《电能质量公用电网谐波》，规定的注入公共连接点的谐波电流允许值的用户，必须安装电力谐波游艺波器，以限制注入公用电网的谐波。

　　(2)采用三角形/星形接法的配电变压器。

　　对于三角形/星形(△/Y)接法，不平衡和3N次谐波电流在一次绕阻循环流动而不会传到电源泉系统中去，从而不会使不平衡和3N次谐波电流影响整个电源系统。这种接法是配电变压器中最常用的一种。所以《民规》4.3.3条提出，需要限制三次谐波含量者，宜选用接线为D：yn11型变压器。

　　(3)装设无源滤波器

　　无源滤波器是传统的谐波补偿装置。在供配电系统中加装电抗器与电容器组成的调谐滤波器，即可以补偿无功功率又可以吸收谐波，从而减轻谐波对电气设备的危害，提高供电系统承受谐波的能力。

　　(4)装设有源滤波器

　　有源滤波器近年来发展很快，它可以实时、动态的抑制谐波，并能补偿大小和频率都变化的谐波。根据电路组成方式和接入电网方式的不同，可分为电压源型和电流源型，串联型和并联型。有源滤波器将成为未来谐波补偿的发展方向，并将取代传统的无源滤波器。

　　3.1谐波对供电系统可靠性的影响

　　如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响供电系统安全。特别对于电磁式继电器来说，谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁港口供电系统的安全、可靠运行。

　　3.2谐波对电动机的影响

　　主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。同时负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用从而减少电动机的出力。国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的2%，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。

　　另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。

　　3.3影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作

　　对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，供电系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。

　　4防谐波的设计原则

　　在港口供配电设计过程中，为减少谐波的产生，可采取下列方法：

　　(1)降低压用户外，公共建筑配电系统的接地保护应昼采用TN—S制，以减少谐波对接地线路的干扰。

　　(2)应尽可能将非线性负载放置于配电系统的上游，以避免对线路下流的影响。

　　(3)谐波较严重且功率较大的设备，应从变压器出线侧采用专线供电。

　　(4)谐波很严重的配电系统中，功率因数补偿电容器宜串接适当的电抗器，作为谐波抑制的辅助手段，并应注意避免发生电网局部谐振。

　　(5)由晶闸管控制的负载或设备，宜采用对称控制，以尽可能使中性线导体上的谐波互相抵消。

　　(6)当设计过程中对配电系统的谐波难以预料时，宜预留必要的滤波设备空间。

　　5.结语

　　随着港口非线性电力设备的广泛应用，港口供电系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化，另一方面也影响了计算机、电视系统等电子设备正常工作，直接或间接影响了港口的生产。谐波问题涉及供电部门、电力用户和设备制造商，谐波问题已引起人们的高度重视。应合理规划电网，电力电子设备(特别一次设备)应符合电磁发射水平，电子设备、电子仪器应满足电磁兼容性要求。

　　本文选自国家级期刊《电力信息化》。《电力信息化》力求体现信息技术指导和实际应用相结合，充分反映国内外电力信息化发展动态，及时介绍成功应用的案例及创新的信息化技术，介绍电力信息化方面的新产品、新技术和新成果，全方位、多角度地介绍先进的企业管理理念及创新意识，争取取得经济效益和社会效益的双丰收。