電源污染治理技術

    近年來, 電力網中非線性負載的逐漸增加是全世界共同的趨勢，如變頻驅動或晶閘管整流直流驅動設備、計算機、重要負載所用的不間斷電源(UPS) 、節能熒光燈系統等，這些非線性負載將導致電網污染，電力品質下降，引起供用電設備故障, 甚至引發嚴重火災事故等。

　　電力污染及電力品質惡化主要表現在以下方面：電壓波動、浪涌沖擊、諧波、三相不平衡等。

　　1.電源污染的危害

　　電源污染會對用電設備造成嚴重危害，主要有：

　　干擾通訊設備、計算機系統等電子設備的正常工作，造成數據丟失或死機。

　　影響無線電發射系統、雷達系統、核磁共振等設備的工作性能, 造成噪聲干擾和圖像紊亂。

　　引起電氣自動裝置誤動作，甚至發生嚴重事故。

　　使電氣設備過熱，振動和噪聲加大，加速絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。

　　造成燈光亮度的波動（閃變），影響工作效益。

　　導致供電系統功率損耗增加。

　　2.電源污染的種類

　　2.1 電壓波動及閃變

　　電壓波動是指多個正弦波的峰值，在一段時間內超過(低于)標準電壓值，大約從半周波到幾百個周波，即從10MS到2 
.5秒, 包括過壓波動和欠壓波動。普通避雷器和過電壓保護器，完全不能消除過壓波動，因為它們是用來消除瞬態脈沖的。普通避雷器在限壓動作時有相當大的電阻值，考慮到其額定熱容量（焦爾），這些裝置很容易被燒毀，而無法提供以后的保護功能。這種情況往往很容易忽視掉，這是導致計算機、控制系統和敏感設備故障或停機的主要原因。

　　另一個相反的情況是欠壓波動，它是指多個正弦波的峰值，在一段時間內低于標準電壓值，或如通常所說：晃動或降落。長時間的低電壓情況可能是由供電公司造成或由于用戶過負載造成，這種情況可能是事故現象或計劃安排。更為嚴重的是失壓，它大多是由于配電網內重負載的分合造成，例如大型電動機、中央空調系統、電弧爐等的啟停以及開關電弧、保險絲燒斷、斷路器跳閘等，這些都是通常導致電壓畸變的原因。

　　大型用電設備的頻繁啟動導致電壓的周期性波動,如電焊機、沖壓機、吊機、電梯等,這些設備需要短時沖擊功率,主要是無功功率。電壓波動導致設備功率不穩，產品質量下降；燈光的閃變引致眼睛疲勞,降低工作效率。

　　2.2 浪涌沖擊

　　浪涌沖擊是指系統發生短時過（低）電壓,即時間不超過1毫秒的電壓瞬時脈沖，這種脈沖可以是正極性或負極性，可以具有連串或振蕩性質。它們通常也被叫作：尖峰、缺口、干擾、毛刺或突變。

　　電網中的浪涌沖擊既可由電網內部大型設備（電機、電容器等）的投切或大型晶閘管的開斷引起，也可由外部雷電波的侵入造成。浪涌沖擊容易引起電子設備部件損壞，引起電氣設備絕緣擊穿；同時也容易導致計算機等設備數據出錯或死機。

　　2.3 諧波

　　線性負載，例如純電阻負載，其工作電流的波形與輸入電壓的正弦波形完全相同，非線性負載，例如斬波直流負載，其工作電流是非正弦波形。傳統的線性負載的電流/電壓只含有基波(50Hz)，沒有或只有極小的諧波成分，而非線性負載會在電力系統中產生可觀的諧波。

　　諧波與電力系統中基波疊加，造成波形的畸變，畸變的程度取決于諧波電流的頻率和幅值。非線性負載產生陡峭的脈沖型電流，而不是平滑的正弦波電流，這種脈沖中的諧波電流引起電網電壓畸變，形成諧波分量，進而導致與電網相聯的其它負載產生更多的諧波電流。

　　計算機是此類非線性負載之一，象絕大多數辦公室電子設備一樣，計算機裝有一個二極管/電容型的供電電源，這類供電電源僅在交流正弦波電壓的峰值處產生電流，因此產生大量的三次諧波電流（150Hz）。其它產生諧波電流的設備主要有：電動機變頻調速器，固態加熱器，和其他一些產生非正弦波變化電流的設備。

　　熒光燈照明系統也是一個重要的諧波源，在普通的電磁整流器燈光電路中，三次諧波的典型值約為基波（50Hz）值的13%-20%。而在電子整流器燈光電路中，諧波分量甚至高達80%。

　　非線性負載所產生的諧波電流會影響電力系統的多個工作環節，包括變壓器，中性線，還有電動機，發電機和電容器等。諧波電流會導致變壓器，電動機和備用發電機的運行溫度(K參數)嚴重升高。中性線上的過電流（由諧波和不平衡引起）不僅會使導線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會在三相變壓器線圈中產生環流，導致變壓器過熱。無功補償電容器會因電網電壓諧波畸變而產生過熱，諧波將導致嚴重過流。

另外，電容器還會與電力系統中的電感性元件形成諧振電路，這將導致電容器兩端的電壓明顯升高，引致嚴重故障。照明裝置的啟輝電容器對于由高頻電流引起的過熱也是十分敏感的，啟輝電容器的頻繁損壞顯示了電網中存在諧波的影響。諧波還會引起配電線路的傳輸效率下降，損耗增大，并干擾電力載波通訊系統的工作，如電能管理系統（EMS）和時鐘系統。而且，諧波還會使電力測量表計，有功需量表和電度表的計量誤差增大。

　　2.4 三相不平衡

　　三相不平衡會在中性線上產生過電流(由諧波和不平衡引起)不僅會使導線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會在三相變壓器線圈中產生環流，導致變壓器過熱, 甚至引發嚴重火災事故等。

　　3.電源污染的治理

　　對于現有供電網絡或待建電網中的電力污染情況，要進行仔細分析，通常解決的方法有兩個：一是局部重組電網結構，分離或隔離產生電力污染的設備；二是使用電源凈化濾波設備進行治理，通常電壓諧波是由電流諧波產生的，有效地抑制電流諧波就會使電壓畸變達到要求的范圍。國內外很多單位已開始重視電源污染的治理, 投資安裝電源凈化濾波裝置, 取得了提高電源品質和節能的雙重效果。

　　電源污染的治理主要有以下幾種方法：

　　串聯電抗器

　　有源濾波補償

　　無源濾波補償

　　增加整流設備的相數

　　安裝各種突波吸收保護裝置，如避雷器等

　　目前，無源濾波補償是實際應用最多、效果較好、價格較低的解決方案，它包括三種基本形式：串聯濾波、并聯濾波和低通濾波（串并混合）。其中串聯濾波主要適用于三次諧波的治理；低通濾波主要適用于高次諧波的治理；并聯濾波是一種綜合裝置，它可濾除多次諧波，同時提供系統的無功功率，是應用最廣泛的電源凈化濾波裝置。

　　近年來，隨著電力電子技術的發展，有源濾波補償技術日益成熟，并得到了廣泛應用。較傳統的無源濾波補償系統，它具有功能多，適應性好及響應速度快等優點，隨著價格的不斷下降，應用將日益普遍。有源濾波補償系統在很多重要場所應用效果非常好。