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浅析供电系统中谐波的危害及其抑制措施
更新时间:2019-10-02 发布:www.1024sj.com

[摘要]简要论述了谐波是若何发生的,为什么谐波的泛起会影响电力装备,和总结和提出了抑制谐波的措施。
  [关头词]电力谐波风险抑制措施
1 谐波是怎样发生的
  电力系统的谐波是电力系统电压波形发生畸变的表征。谐波的发生来自于电力电子装备、非线性阻抗装备和其它方面的干扰。
  其中电子装备谐波源的基本元件年夜部门采用非线性元件,工作波形为非正弦波,有的产物是切削正弦波执行工作的,如可控硅整流电源等;有的产物是将直流源变换成方波工作,如变频器、开关电源等。这些产物与电力系统发生关系时,都能使电力系统的基波发生年夜量的畸变。而非线性阻抗装备常哄骗感抗涡流工作或哄骗容性电离做功,如电焊机、电抗器、感应炉、电弧炉等,这些产物在运行时可以使电流发生年夜幅度地浪涌、尖脉冲,造成电力系统的基波发生畸变,形成电源污染。2 电力谐波酿成的风险
对于电力系统来说,电力谐波的风险主要浮现有以下几方面:
2.1增加输、供和用电装备的额外附加消耗,使装备的温渡过热,下降装备的哄骗率和经济效益。
由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍,高频电流流过导体时,因集肤效应的作用,使导体对谐波电流的有用电阻增加,从而增加了装备的功率消耗、电能消耗,使导体的发烧严重。
2.1.1增加输电线路的功耗
谐波电流使输电线路的电能消耗增加。当注进电网的谐波频率位于在网络谐振点四周的谐振区内时,对输电线路会造成尽缘击穿。由于谐波次数高频率上升,再加上电缆导体截面积越年夜趋肤效应越较着,从而致使导体的交流电阻增年夜,使得电缆的允许经由过程电流减小。与排挤线路相比,电缆线路对地电容要年夜10~20倍,而感抗仅为其1/3~1/2,所以很容易形成谐波谐振,造成尽缘击穿。

2.1.2对变压器的风险
谐波会年夜年夜增加电力变压器的铜损和铁损,下降变压器有用出力,谐波致使的噪声,会使变电所的噪声污染指数超标,影响工作人员的身心健康。由于以上两方面的消耗增加,是以要削减变压器的现实使用容量。除此之外,谐波还致使变压器噪声增年夜,有时还发出金属声。
2.1.3对电力电容器的风险
含有电力谐波的电压加在电容器两头时,由于电容器对电力谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,使电容器电流变年夜,温度升高,寿命缩短,引发电容器过负荷甚至爆炸,同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振,使故障加重。
2.2影响继电庇护和自动装配的工作靠得住性
出格对于电磁式继电器来说,电力谐波常会引发继电庇护及自动装配误动或拒动,使其动作失往选择性,靠得住性下降,容易造成系统事故,严重威胁电力系统的平安运行。
2.3对用电装备的风险
①电力谐波会使电视机、计较机的图形畸变,画面亮度发生波动变化,并使机内的元件温度泛起过热,使计较机及数据处置系统泛起毛病,严重甚至损害机械。
此外,电力谐波还会对丈量和计量仪器的指示不准确及整流装配等发生不良影响,它已成为当前电力系统中影响电能质量的年夜公害。
②感应电念头。
  和变压器中的事理一样,谐波畸变会加年夜电念头中的消耗。然而,由于励磁磁场的谐波会发生附加的消耗,每一个谐波份量都有自身的相序(正序、逆序、零序),它暗示旋转的标的目的(在感应电念头中相对基波磁场的正向而言的)。
  谐波次数 123456789101112
  相  序 +-0+-0+-0+-0
  零序谐波(3次及3的倍数,即“3N”次谐波)发生不变的磁场,可是由于谐波频率较高,故磁性消耗年夜年夜增高而将谐波能量以热的方式放出。负序的谐波发生反标的目的旋转的磁场(相对基波而言),而使机电的力矩下降,并和零序谐波一样,发生更多的消耗。正序谐波发生正向旋转磁场来加年夜力矩,它和负序份量一起,可造成机电的振动而下降机电寿命。
2.4影响电网的质量
电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变,从而下降电网电压,浪费电网的容量。

3 电力谐波的抑制措施
为了削减供电系统的谐波问题,从经管和技术上可接纳以下措施:
3.1严酷贯彻执行有关电力谐波的国家尺度,增强经管
我国1998年12月14日发布了国家尺度GB17625.1-1998《低压电气及电子装备发出的谐波电流限值(装备每相输进电流16A)》,要求购置的用电装备,经过实验证实,合适该尺度限值才允许接进到配电系统中。此外,1993年发表的国家尺度GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》,划定了注进公共毗连点的谐波电流允许值的用户,必需安装电力谐波滤波器,以限制注进公用电网的谐波。
3.2增强谐波污染源的监测
主管部门对所辖电网进行系统分析,准确丈量,以肯定谐波源位置和发生的缘由,为谐波治理准备充实的原始材料;在谐波发生升沉较年夜的地方,可设置持久观察点,收集靠得住的数据。对电力用户而言,可以监视供电部门提供的电力是否知足要求;对于供电部门而言,可以评估电力用户的用电装备是否发生了超标的谐波污染。
3.3在谐波源处加装滤波装配吸收谐波电流
这类方式是对已有的谐波进行有用抑制的方式,这是今朝电力系统使用最普遍的抑制谐波方式。主要方式有以下几种:
①无源滤波器。简单的LC滤波器是由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。难以滤除频率较低、幅度较年夜的畸变波。LC滤波器一般采用与谐振源并联方式接进配电系统,三相毗连可接成Y型或D型。但三次谐波滤波器有一点特殊,由于三次谐波主要为零序谐波,年夜部门流经N线,是以有些三次谐波滤波器采用在N线上串接的方式。如ABB公司的THF,其工作原理与并联型LC滤波器的相反,是在150Hz的谐振频率发生高阻抗,而对非150Hz的其它频率电流阻抗很小,其成效是年夜部门三次谐波电流被阻断。
无源滤波器安装在电力电子装备的交流侧,由L、C、R元件组成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率不异时,即可阻止该次谐波流进电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行靠得住及维护利便等优点,无源滤波是今朝采用的抑制谐波及无功抵偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多错误谬误,如滤波易受系统参数的影响;对某些次谐波有放年夜的可能;花费多、体积年夜等。因而随着电力电子技术的不竭成长,人们将滤波研究标的目的慢慢转向有源滤波器。
②有源滤波器。早在70年月早期,日本学者就提出了有源滤波器APF的概念,即哄骗可控的功率半导体器件向电网注进与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,到达实时抵偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比,APF具有高度可控性和快速响应性,能抵偿各次谐波,可抑制闪变、抵偿无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特征不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自顺应功能,可自动跟踪抵偿变化着的谐波。今朝在国外凹凸压有源滤波技术已运用到实践,而我国还仅运用到低压有源滤波技术。随着容量的不竭提高,有源滤波技术作为改善电能质量的关头技术,其运用范围也将从抵偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的标的目的成长。
3.4加装静止无功抵偿装配,提升功率因数cosф
快速变化的谐波源,如:电弧炉、电力机车和卷扬机等,除发生谐波外,往往还会引发供电电压的波动和闪变,有的还会造成系统电压三相不服衡,严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功抵偿装配,可有用减小波动的谐波量,同时,可以抑制电压波动、电压闪变、三相不服衡,还可抵偿功率因数.。
3.5避免并联电容器组对谐波的放年夜
在电网中并联电容器组起改善功率因数和调理电压的作用。当谐波存在时,在一定的参数下电容器组会对谐波起放年夜作用,危及电容器自己和四周电气装备的平安。可接纳串联电抗器,或将电容器组的某些支路改成滤波器,还可以接纳限制电容器组的投进容量,避免电容器对谐波的放年夜。
3.6增加换流装配的相数
  换流装配是供电系统的主要谐波源之一。理论分析讲明,换流装配在其交流侧与直流侧发生的特征谐波次数划分为pk±1和pk(p为整流相数或脉动数,k为正整数)。当脉动数由p=6增加到p=12时,可以有用的消除幅值较年夜的低频项,(其特征谐波次数划分为12k±1和12k),从而年夜年夜地下降了谐波电流的有用值。
4竣事语(1)在治理系统谐波时,应充实斟酌系统中各类身分的影响,兼顾各个指标,选择合理有用的滤波方案;
(2)采用LC滤波器,应以滤波器组的综合滤波效果为原则,严酷避免谐波放年夜现象的发生;
(3)滤波电容器电容量的选择既要知足滤波的要求,也要斟酌无功抵偿的需要,还应使电容器能承受过电流和过电压的影响;
(4)有源滤波器是一种新型动态滤波器,其谐波抑制能力年夜年夜优于LC滤波器。随着对电网谐波问题的日益重视和其成本的慢慢下降,将具有广漠的运用前景。

参考文献
  [1]吴竞昌.供电系统谐波[M].中国电力出书社,1998.5
  [2]张浩.戴瑞珍.谐波抑制的工程设计方式探讨.电网技术,2002.6.
  [3]郎维川.供电系统谐波的发生、风险及其防护对策.《高电压技术》,2002.6

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