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      諧波產(chǎn)生的原因、種類、危害和抑制方法

      2016年08月22日 13:47:49人氣:1075來源:施一電氣科技(上海)有限公司

      在電力系統(tǒng)中,諧波污染與電磁干擾、功率因數(shù)降低成為了三大公害。
      一、 諧波產(chǎn)生的原因
      諧波是指一個(gè)電氣量的正弦波分量.其頻率為基波(電力系統(tǒng)把50赫茲的電壓或者電流波,叫做基波,不是50Hz的電壓、電流就是諧波)頻率的整數(shù)倍,不同頻率的諧波對(duì)不同的電氣設(shè)備會(huì)有不同的影響。諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生,當(dāng)正弦波(基波)電壓施加到非線性負(fù)載上時(shí),負(fù)載吸收的電流與其上施加的電壓波形不一至,其電流發(fā)生了畸變。由于負(fù)載與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)相連接,這樣畸變電流就可以流人到電網(wǎng)中,這樣的負(fù)載就成了電力系統(tǒng)中的諧波源。
      二、 諧波源的種類
      在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要諧波源有兩種。
      1.含有半導(dǎo)體等非線性電氣元件的用電設(shè)備。比如工業(yè)中常見的各種整流電氣裝置、大容量變頻器、大型交直流變換裝置以及其他的電力、電子裝置。
      2.含有電弧和鐵磁材料等的非線性材料的用電設(shè)備,比如電弧爐、變壓器、發(fā)電機(jī)組等電氣設(shè)備。
      三、諧波的危害
      1.使供電線路和用電設(shè)備的熱損耗增加。
      (1) 諧波對(duì)線路的影響
      對(duì)供電線路來說,由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),線路電阻隨著頻率的增加會(huì)很快增加,在線路中會(huì)有很大的電能浪費(fèi)。另外,在電力系統(tǒng)中,由于中性線電流都很小,所以其線徑一般都很細(xì),當(dāng)大量的諧波電流流過中性線時(shí),會(huì)在其上產(chǎn)生大量的熱量,不僅會(huì)破壞絕緣,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成短路,甚至引起火災(zāi)。
      而當(dāng)諧波頻率與網(wǎng)絡(luò)諧振頻率相近或相同時(shí),會(huì)在線路中產(chǎn)生很高的諧振電壓。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿,造成惡性事故。
      (2) 對(duì)電力變壓器的影響
      諧波電璉的存在增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及銅損,對(duì)帶有不對(duì)稱負(fù)荷的變壓器來說,會(huì)大大增加勵(lì)磁電流的諧波分量。
      (3)對(duì)電力電容器的影響
      由于電容器對(duì)諧波的阻抗很小,諧波電流疊加到基波電流上,會(huì)使電力電容器中流過的電流有很大的增加,使電力電容器的溫升增高,引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸。同時(shí),諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中形成諧振,并又施加到電網(wǎng)中。
      (4)對(duì)電機(jī)的影響
      諧波會(huì)使電機(jī)的附加損耗增加,也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng),產(chǎn)生甚至引起諧波過電壓.使得電機(jī)絕緣損壞。
      2.對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響
      對(duì)于電磁式繼電器來說,電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)以及自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作或拒動(dòng),造成整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性降低.容易引起系統(tǒng)故障或使系統(tǒng)故障擴(kuò)大。
      3.對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。
      在電力線路上流過幅度較大的奇次低頻諧波電流時(shí),通過電磁耦合,會(huì)在鄰近電力線路的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓。干擾通信線路的正常工作,使通話清晰度降低,甚至?xí)鹜ㄐ啪€路的破壞。
      4.對(duì)用電設(shè)備的影響
      電力諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的顯示亮度發(fā)生波動(dòng),圖像或圖形發(fā)生畸變,甚至?xí)箼C(jī)器內(nèi)部元件損壞,導(dǎo)致機(jī)器無法使用或系統(tǒng)無法運(yùn)行。
      5.對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
      當(dāng)一定頻率的諧波對(duì)用電設(shè)備有影響時(shí),會(huì)使設(shè)備工作不穩(wěn)定,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生批次性產(chǎn)品報(bào)廢。
      6.諧波對(duì)計(jì)量?jī)x表的影響
      諧波的存在會(huì)使計(jì)量?jī)x表的指示產(chǎn)生誤差,甚至?xí)?dǎo)致計(jì)量設(shè)備無法工作。
      四、諧波的抑制方法
      1. 改善供電系統(tǒng)
      對(duì)于供電系統(tǒng)來說,諧波的產(chǎn)生不可避免,但通過加大供電系統(tǒng)短路容量、提高供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)、加大供電設(shè)備的容量、盡可能保持三相負(fù)載平衡等措施都可以提高電網(wǎng)抗諧波的能力。
      2. 降低諧波源的諧波含量
      在線路中對(duì)諧波源采取措施,zui大限度地避免諧波的產(chǎn)生,這種方法能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量,可在很大程度上避免諧波造成的影響。
      (1)采取脈寬調(diào)制(PWM)法
      采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù),在所需要的頻率周期內(nèi),將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖,這種方法可以大大抑制諧波的產(chǎn)生。
      (2)增加整流器線路中的脈動(dòng)數(shù)整流器件是電網(wǎng)中的主要諧波源,對(duì)于整流器件來說,增加整流脈動(dòng)數(shù),可以使波形平滑,諧波的產(chǎn)生量減少。
      3. 在諧波源處吸收諧波電流
      這是目前應(yīng)用zui廣泛的諧波抑制方法。主要有以下幾種:
      (1)采用無源濾波器加以抑制
      無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè),由L、R、C元件構(gòu)成諧振回路,當(dāng)諧振回路的諧振頻率與某一諧波頻率相同或相近時(shí),即可阻止該頻率的諧波進(jìn)入電網(wǎng)。
      (2)采用有源濾波器加以抑制
      利用可控的功率半導(dǎo)體器件,向電網(wǎng)中輸入與原有的諧波電流幅度相等相位相反的電流,使電網(wǎng)中的總諧波電流趨向于零,達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波的目的。
      (3) 通過加裝靜止無功補(bǔ)償裝置加以抑制
      在諧波源處并聯(lián)加裝靜止無功補(bǔ)償裝置,可以有效減少波動(dòng)的諧波量,同時(shí),也可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變,還可以補(bǔ)償功率因數(shù)。
      (4)防止電容器組對(duì)諧波的放大在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用,當(dāng)諧波存在時(shí),在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起到放大作用,危及電容器本身和附近其他電氣設(shè)備的安全,可以采取串聯(lián)電抗器或?qū)㈦娙萜鹘M的某一支路改為濾波器的方法來限制對(duì)諧波的放大,也可以通過限制電容器組的投入容量來避免電容器對(duì)諧波的放大。

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