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電力系統(tǒng)諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響 時(shí)間：2012/5/6 16:10:43 點(diǎn)擊：851

　　核心提示：摘要:該文簡(jiǎn)要分析了電力系統(tǒng)諧波的來(lái)源及其對(duì)電氣設(shè)備的影響與危害。關(guān)鍵詞:諧波;諧波源;電力系統(tǒng);損耗電力系統(tǒng)諧波是指電力系統(tǒng)中存在的頻率為基波頻率 (我國(guó)為50Hz)整數(shù)倍的周期電氣量的正弦波分量,也常稱(chēng)為高次諧波。隨著電力系統(tǒng)中大功率干擾性負(fù)荷迅速增加, 家用電器和電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用,隨之產(chǎn)生...

關(guān)鍵詞:諧波;諧波源;電力系統(tǒng);損耗

電力系統(tǒng)諧波是指電力系統(tǒng)中存在的頻率為基波頻率 (我國(guó)為50Hz)整數(shù)倍的周期電氣量的正弦波分量,也常稱(chēng)為高次諧波。隨著電力系統(tǒng)中大功率干擾性負(fù)荷迅速增加, 家用電器和電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用,隨之產(chǎn)生的電網(wǎng)諧波的影響與危害日益嚴(yán)重,若不加以有效控制,甚至?xí)绊懻麄�(gè)電網(wǎng)的安全,應(yīng)引起足夠的重視。

對(duì)電力系統(tǒng)的諧波源引起電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的設(shè)備即諧波源主要有兩類(lèi):

(1)發(fā)電機(jī)在發(fā)出基波電勢(shì)的同時(shí)所產(chǎn)生的諧波電勢(shì)。該諧波電勢(shì)只取決于發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和工作狀況,基本上與外接阻抗無(wú)關(guān),可視為諧波恒壓源。由于其值很小,影響一般可不考慮。

(2)由各種干擾性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流。系統(tǒng)中許多具有非線(xiàn)性特性的設(shè)備,如大功率整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備、變頻設(shè)備、軋機(jī)、交流電弧爐、電力機(jī)車(chē)、家用電器以及現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施作為節(jié)能和控制用的各種電力電子設(shè)備等, 在正弦電壓下會(huì)向供電系統(tǒng)注入非線(xiàn)性電流,可視為諧波恒流源。它們?cè)陔娋W(wǎng)回路中引起阻抗壓降,進(jìn)而使系統(tǒng)的電壓也含諧波成分,造成系統(tǒng)電壓畸變。

諧波對(duì)電氣設(shè)備的影響與危害諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害是一種諧波污染,對(duì)各種電氣設(shè)備都有不同程度的影響和危害,主要表現(xiàn)為:引起過(guò)負(fù)荷和發(fā)熱,增加介質(zhì)應(yīng)力和過(guò)電壓,干擾和危害保護(hù)控制設(shè)備的性能和正常工作。

諧波對(duì)電機(jī)的影響首先,引起附加損耗,產(chǎn)生附加溫升。其次,產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓。諧波對(duì)電機(jī)的影響與電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工況有關(guān)。

(1)對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響。流入電機(jī)定子繞組的諧波電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子極靴、槽楔等部位感應(yīng)出諧波電流,集膚效應(yīng)使這些部位易受到損害。定子繞組中的諧波電流同樣也有集膚效應(yīng),使定子繞組出現(xiàn)很大的諧波渦流和漏磁,從而嚴(yán)重發(fā)熱。此外當(dāng)發(fā)電機(jī)中諧波電流的頻率接近定子零部件的故有振蕩頻率時(shí),可能引發(fā)發(fā)電機(jī)的劇烈振動(dòng)。

(2)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的影響。由于轉(zhuǎn)子都是用硅鋼片疊裝成的,并有鼠籠繞組來(lái)承載感應(yīng)電流,故承受諧波能力較強(qiáng),只有定子繞組絕緣易受諧波影響。在額定負(fù)荷下,當(dāng)存在較大諧波電流時(shí),電動(dòng)機(jī)磁飽和使電機(jī)的漏抗、勵(lì)磁阻抗和負(fù)序阻抗下降。因感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的諧波損耗主要是銅損,與 Un XnRn成正比,故在給定電壓Un時(shí),因磁飽和引起的Rn和 Xn的下降會(huì)使銅耗上升。此外,勵(lì)磁電流的銅損和負(fù)序電流損耗也將上升。這使得諧波所引起的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)附加損耗和發(fā)熱增加,要比單純由諧波本身引起的損耗和發(fā)熱更大。

(3)對(duì)變壓器的影響。正常情況下,很小的勵(lì)磁電流諧波分量和歷時(shí)很短的合閘勵(lì)磁涌流中的諧波電流不會(huì)對(duì)變壓器本身構(gòu)成危害,但在諧振條件下則會(huì)對(duì)變壓器造成損害。當(dāng)直流電流、低頻電流或地磁感應(yīng)電流流入變壓器繞組時(shí), 變壓器發(fā)生嚴(yán)重磁飽和,使勵(lì)磁電流及其中的諧波電流大增,危害設(shè)備本身和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。諧波電流除引起變壓器繞組附加損耗外,還會(huì)引起變壓器外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱,并有可能引起局部的嚴(yán)重過(guò)熱。諧波還能使變壓器噪聲增大。

諧波對(duì)電器的影響諧波對(duì)電器的影響主要是指對(duì)電容器及消弧線(xiàn)圈等的影響,其中最突出的是對(duì)并聯(lián)電容器的影響。

(1)諧波對(duì)電容器影響主要是當(dāng)諧波電流疊加在電容器的基波電流上時(shí),使電容器的運(yùn)行電流有效值增大,溫升增高,引起過(guò)熱而降低電容器的使用壽命或使電容損壞。疊加在電容器基波電壓上的諧波電壓不僅使電容器運(yùn)行電壓有效值增大,并可能使峰值電壓增大得更多,使電容器在運(yùn)行中發(fā)生的局部放電無(wú)法熄滅而損壞。此外,電容器還可以使電網(wǎng)諧波電流放大,有時(shí)甚至在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧振,進(jìn)而反過(guò)來(lái)使電網(wǎng)中的其它電氣設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞,破壞電網(wǎng)正常運(yùn)行。

(2)諧波對(duì)大容量交直流換流設(shè)備的影響主要是當(dāng)換流裝置的容量達(dá)到電網(wǎng)短路容量的13至12或以上時(shí),交流電網(wǎng)的電壓可能引起常規(guī)控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等,并通過(guò)正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變,使整流裝置工作不穩(wěn)定,對(duì)逆變裝置則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無(wú)法工作。

(3)諧波對(duì)消弧線(xiàn)圈的影響主要是延遲或阻礙消弧線(xiàn)圈的滅弧作用。因消弧線(xiàn)圈是按照所接局部電網(wǎng)的工頻參數(shù)來(lái)調(diào)諧的,若電網(wǎng)諧波較大,消弧線(xiàn)圈對(duì)諧波就不起作用了。

諧波對(duì)電纜和輸電線(xiàn)路的影響

(1)電纜的分布電容對(duì)諧波電流有放大作用,在電網(wǎng)低負(fù)荷下,當(dāng)電網(wǎng)電壓上升而使諧波電壓也升高時(shí),電纜很容易出現(xiàn)故障。因諧波引起電纜損壞的主要原因是浸漬絕緣的局部放電、介質(zhì)和溫升的增大。電纜的額定電壓等級(jí)越高, 諧波引起的危害也越大。

(2)諧波對(duì)輸電線(xiàn)路的影響主要是針對(duì)超高壓長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路。由于超高壓長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)常采用單相自動(dòng)重合閘裝置來(lái)提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性,在500kV特高壓輸電線(xiàn)上都接有并聯(lián)電抗器,系統(tǒng)中性點(diǎn)還加裝有接地電抗器并按照線(xiàn)路工頻參數(shù)調(diào)諧,用以加速潛供電流的熄滅,以縮短單相自動(dòng)重合閘的重合時(shí)間。當(dāng)較大的高次諧波電流存在時(shí),就會(huì)顯著延緩潛供電流的熄滅,導(dǎo)致單相重合閘的失敗,或自動(dòng)重合閘時(shí)間延長(zhǎng)。

結(jié)語(yǔ)電力系統(tǒng)諧波所產(chǎn)生的影響與危害實(shí)際上可稱(chēng)作系統(tǒng)的一種公害或污染,影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境,包括系統(tǒng)本身和廣大用戶(hù),影響范圍廣且距離長(zhǎng),必須采取措施把它控制在容許范圍內(nèi)。在電網(wǎng)中實(shí)際運(yùn)行的發(fā)電機(jī)和變壓器等電力設(shè)備,如果參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,其輸出的諧波分量是很少的,在電力系統(tǒng)中存在并實(shí)際發(fā)生作用的諧波源主要是諧波電流源。故控制電力系統(tǒng)諧波的主要任務(wù)是控制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流,從而將電力系統(tǒng)的諧波電壓控制在允許的范圍內(nèi)。

作者：佚名　來(lái)源：weiin.com

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