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電力系統(tǒng)諧波對電氣設備的影響 時間：2012/5/6 16:10:43 點擊：851

　　核心提示：摘要:該文簡要分析了電力系統(tǒng)諧波的來源及其對電氣設備的影響與危害。關鍵詞: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 (我國為50Hz)整數倍的周期電氣量的正弦波分量,也常稱為高次諧波。隨著電力系統(tǒng)中大功率干擾性負荷迅速增加, 家用電器和電力電子技術廣泛應用,隨之產生...

關鍵詞: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 (我國為50Hz)整數倍的周期電氣量的正弦波分量,也常稱為高次諧波。隨著電力系統(tǒng)中大功率干擾性負荷迅速增加, 家用電器和電力電子技術廣泛應用,隨之產生的電網諧波的影響與危害日益嚴重,若不加以有效控制,甚至會影響整個電網的安全,應引起足夠的重視。

對電力系統(tǒng)的諧波源引起電力系統(tǒng)產生諧波的設備即諧波源主要有兩類:

(1)發(fā)電機在發(fā)出基波電勢的同時所產生的諧波電勢。該諧波電勢只取決于發(fā)電機本身的結構和工作狀況,基本上與外接阻抗無關,可視為諧波恒壓源。由于其值很小,影響一般可不考慮。

(2)由各種干擾性負荷產生的諧波電流。系統(tǒng)中許多具有非線性特性的設備,如大功率整流設備、交直流換流設備、變頻設備、軋機、交流電弧爐、電力機車、家用電器以及現代工業(yè)設施作為節(jié)能和控制用的各種電力電子設備等, 在正弦電壓下會向供電系統(tǒng)注入非線性電流,可視為諧波恒流源。它們在電網回路中引起阻抗壓降,進而使系統(tǒng)的電壓也含諧波成分,造成系統(tǒng)電壓畸變。

諧波對電氣設備的影響與危害諧波對電力系統(tǒng)的危害是一種諧波污染,對各種電氣設備都有不同程度的影響和危害,主要表現為:引起過負荷和發(fā)熱,增加介質應力和過電壓,干擾和危害保護控制設備的性能和正常工作。

諧波對電機的影響首先,引起附加損耗,產生附加溫升。其次,產生機械振動、噪聲和諧波過電壓。諧波對電機的影響與電機的結構和工況有關。

(1)對同步發(fā)電機的影響。流入電機定子繞組的諧波電流所產生的旋轉磁場在轉子繞組、轉子極靴、槽楔等部位感應出諧波電流,集膚效應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,使定子繞組出現很大的諧波渦流和漏磁,從而嚴重發(fā)熱。此外當發(fā)電機中諧波電流的頻率接近定子零部件的故有振蕩頻率時,可能引發(fā)發(fā)電機的劇烈振動。

(2)對感應電動機的影響。由于轉子都是用硅鋼片疊裝成的,并有鼠籠繞組來承載感應電流,故承受諧波能力較強,只有定子繞組絕緣易受諧波影響。在額定負荷下,當存在較大諧波電流時,電動機磁飽和使電機的漏抗、勵磁阻抗和負序阻抗下降。因感應電動機的諧波損耗主要是銅損,與 Un XnRn成正比,故在給定電壓Un時,因磁飽和引起的Rn和 Xn的下降會使銅耗上升。此外,勵磁電流的銅損和負序電流損耗也將上升。這使得諧波所引起的感應電動機附加損耗和發(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)對變壓器的影響。正常情況下,很小的勵磁電流諧波分量和歷時很短的合閘勵磁涌流中的諧波電流不會對變壓器本身構成危害,但在諧振條件下則會對變壓器造成損害。當直流電流、低頻電流或地磁感應電流流入變壓器繞組時, 變壓器發(fā)生嚴重磁飽和,使勵磁電流及其中的諧波電流大增,危害設備本身和電網的安全運行。諧波電流除引起變壓器繞組附加損耗外,還會引起變壓器外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱,并有可能引起局部的嚴重過熱。諧波還能使變壓器噪聲增大。

諧波對電器的影響諧波對電器的影響主要是指對電容器及消弧線圈等的影響,其中最突出的是對并聯電容器的影響。

(1)諧波對電容器影響主要是當諧波電流疊加在電容器的基波電流上時,使電容器的運行電流有效值增大,溫升增高,引起過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,使電容器在運行中發(fā)生的局部放電無法熄滅而損壞。此外,電容器還可以使電網諧波電流放大,有時甚至在電網中產生諧振,進而反過來使電網中的其它電氣設備受到嚴重損壞,破壞電網正常運行。

(2)諧波對大容量交直流換流設備的影響主要是當換流裝置的容量達到電網短路容量的13至12或以上時,交流電網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,對逆變裝置則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法工作。

(3)諧波對消弧線圈的影響主要是延遲或阻礙消弧線圈的滅弧作用。因消弧線圈是按照所接局部電網的工頻參數來調諧的,若電網諧波較大,消弧線圈對諧波就不起作用了。

諧波對電纜和輸電線路的影響

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

(2)諧波對輸電線路的影響主要是針對超高壓長距離輸電線路。由于超高壓長距離輸電線常采用單相自動重合閘裝置來提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性,在500kV特高壓輸電線上都接有并聯電抗器,系統(tǒng)中性點還加裝有接地電抗器并按照線路工頻參數調諧,用以加速潛供電流的熄滅,以縮短單相自動重合閘的重合時間。當較大的高次諧波電流存在時,就會顯著延緩潛供電流的熄滅,導致單相重合閘的失敗,或自動重合閘時間延長。

結語電力系統(tǒng)諧波所產生的影響與危害實際上可稱作系統(tǒng)的一種公害或污染,影響到整個電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境,包括系統(tǒng)本身和廣大用戶,影響范圍廣且距離長,必須采取措施把它控制在容許范圍內。在電網中實際運行的發(fā)電機和變壓器等電力設備,如果參數選擇和結構設計合理,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)諧波的主要任務是控制諧波源注入電網的諧波電流,從而將電力系統(tǒng)的諧波電壓控制在允許的范圍內。

作者：佚名　來源：weiin.com

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