高次諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響及其抑制分析

淺析高次諧波產(chǎn)生緣由分析及抑制措施【摘要】通過對(duì)電力系統(tǒng)高次諧波產(chǎn)生的緣由及危害的討論分析,著重探討電力系統(tǒng)抑制諧波的措施。

【關(guān)鍵詞】高次諧波;分析;抑制措施隨著高科技的飛速進(jìn)展,各種新型用電設(shè)備也不斷地問世和使用,致使產(chǎn)生的高次諧波越來越多。

而電力系統(tǒng)受到諧波影響后,輕則影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率,重則損壞設(shè)備以至危害電力系統(tǒng)的平安運(yùn)行。

正確熟悉諧波已成為電力工的重要任務(wù)之一。

因此,討論和分析諧波產(chǎn)生的緣由、危害和抑制諧波的措施具有重要的實(shí)際意義。

在供電系統(tǒng)中諧波的發(fā)生主要是由兩大因素造成的:,以及晶閘管在家用電器中的一般采納以及各種非線性負(fù)荷的增加導(dǎo)致波形畸變。

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過去傾向于采納在額定狀況以下工作,現(xiàn)在為了參加競爭,對(duì)電氣設(shè)備傾向于采納在臨界狀況下的設(shè)計(jì)。

例如在設(shè)計(jì)中,為了節(jié)約材料使磁性材料工作在磁化曲線的狀況下,而在這種狀況內(nèi)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致激磁材料波形嚴(yán)峻畸變。

供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般采納電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器予以檢測愛護(hù),使得在故障狀況下保證線路與設(shè)備的平安。

由于電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器在諧波影響下有時(shí)導(dǎo)致繼電愛護(hù)誤動(dòng)作,不能全面有效地起到愛護(hù)作用。

晶體管繼電器雖有很多優(yōu)點(diǎn),簡單受諧波影響,產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。

這樣,諧波將嚴(yán)峻威逼供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與平安運(yùn)行。

電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。

如:配電系統(tǒng)中的中性線,由于空調(diào)、電磁爐等負(fù)載,會(huì)產(chǎn)生大量的奇次諧波,其中3次諧波的含量較多,可達(dá)4096;三相配電線路中,相線上3的整數(shù)倍諧波在中性線上會(huì)疊加,使中性線的電流值可能超過相線上的電流;另外,相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率,從而降低電網(wǎng)電壓,鋪張電網(wǎng)的容量。

當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時(shí),投入電容器后其端電壓增大,通過電容器的電流增加得更大,使電容器損耗功率增加。

假如諧波含量較高,超出電容器允許條件,就會(huì)使電容器過電流和過負(fù)荷,使電容器特別發(fā)熱,在電場和溫度的作用下,絕緣介質(zhì)會(huì)加速老化。

另外,諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形,尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電,且由于電壓變化率大,局部放電強(qiáng)度大,對(duì)絕緣介質(zhì)更能起到加速老化的作用,從而縮短電容器的使用壽命。

一般來說,電壓每上升10%,電容器的壽命就要縮短12左右。

再者,在諧波嚴(yán)峻的狀況下,還會(huì)使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

諧波使變壓器的銅耗增大,其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。

諧波還使變壓器的鐵耗增大,這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加,諧波使電壓的波形變得越差,則磁滯損耗越大。

同時(shí)由于以上兩方面的損耗增加,因此要削減變壓器的實(shí)際使用容量,或者說在選擇變壓器額定容量時(shí)需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。

除此之外,諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大。

變壓器的振動(dòng)噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的,隨著諧波次數(shù)的增加,振動(dòng)頻率在左右的成分使混雜噪聲增加,有時(shí)還發(fā)出金屬聲。

由于諧波次數(shù)高頻率上升,再加之電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯,從而導(dǎo)致導(dǎo)體的溝通電阻增大,使得電纜的允許通過電流減小。

另外,電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián),提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián),在肯定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。

諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的影響,主要是增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗,降低效率,嚴(yán)峻時(shí)使電動(dòng)機(jī)過熱。

尤其是負(fù)序諧波在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場,形成與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩,起制動(dòng)作用,從而削減電動(dòng)機(jī)的出力。

另外電動(dòng)機(jī)中的諧波電流,當(dāng)頻率接近某零件的固有頻率時(shí)還會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生氣械振動(dòng),發(fā)出很大的噪聲。

由于受諧波電流的影響,使鐵耗增大而發(fā)熱,同時(shí)由于對(duì)電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難,且諧波次數(shù)越高影響越大,可能使斷路器特別發(fā)熱,消失誤動(dòng)作或不動(dòng)作。

對(duì)于電磁接觸器來說,諧波電流使磁體部件溫升增大,影響接點(diǎn),線圈溫度上升使額定電流降低。

對(duì)于熱繼電器來說,因受諧波電流的影響也要使額定電流降低。

在工作中它們都有可能造成誤動(dòng)作。

對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、有線電視、報(bào)警與樓宇自動(dòng)化等弱電設(shè)備,電力系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中,產(chǎn)生干擾。

其中電感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比,傳導(dǎo)則通過公共接地耦合,有大量不平衡電流流入接地極,從而干擾弱電系統(tǒng)。

目前采納的電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型,它們受諧波的影響較大。

特殊是電能表多采納感應(yīng)型,當(dāng)諧波較大時(shí)將產(chǎn)生計(jì)量混亂,測量不精確?????。

從人體生理學(xué)來說,人體細(xì)胞在受到刺激興奮時(shí),會(huì)在細(xì)胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動(dòng)或可逆翻轉(zhuǎn),其頻率假如與諧波頻率相接近,電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會(huì)直接影響人的腦磁場與心磁場。

為了把諧波對(duì)電力系統(tǒng)的干擾污染限制在系統(tǒng)可以接受的范圍內(nèi),我國和國際上分別頒布了《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》和“標(biāo)準(zhǔn)”,明確了各種諧波源產(chǎn)生諧波的極限值。

、串聯(lián)諧振和諧波放大,防止電力設(shè)備因諧波過電流或過電壓而損壞。

為此,電力部門和用戶所安裝的電力電容器組,應(yīng)依據(jù)實(shí)際存在的諧波狀況,實(shí)行加裝串聯(lián)電抗器等措施。

、電感及電阻組成的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器單調(diào)諧濾波器是針對(duì)某個(gè)特定次數(shù)的諧波而設(shè)計(jì)的濾波器,高通濾波器是為了汲取若干較高次諧波的濾波器。

應(yīng)裝設(shè)的濾波器類型、組數(shù)及其調(diào)諧頻率濾波次數(shù),可由詳細(xì)計(jì)算打算。

高次諧波電流與整流相數(shù)親密相關(guān),即相數(shù)增多,高次諧波的最低次數(shù)變高,則諧波電流幅值變小。

一般可控硅整流裝置多為6相,為了降低高次諧波電流,可以改用12相或36相。

當(dāng)采納12相整流時(shí),高次諧波電流只約占全電流的%,危害性大大降低。

當(dāng)2臺(tái)以上整流變壓器由同一段母線供電時(shí),可將整流變壓器一次側(cè)繞組分別交替接成型和△形,這就可使5次、7次諧波相互抵消,而只需考慮1次、13次諧波的影響。

由于頻次高,波幅值小,所以危害性減小。

,對(duì)系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行