|
|
|
谐波的产生、危害及补偿
随着电力电子技术在电气化铁路、直流输电、电解工厂、电弧炉冶炼和变频调速等领域的广泛应用，这些大功率整流和非线性设备产生的谐波，会导致电网电压和电流波形畸变及三相不平衡，引起电力系统谐振接地产生负序，严重影响了供电质量。
一、谐波的危害
在电力系统中谐波的危害是多方面的，影响了电力设备安全运行，概括起来有以下几个方面：
1.对电力电容器的危害：
谐波可能引起谐振，因为高次谐波对电容器阻抗很小，如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过负荷，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。电容器在电压畸变的电网中工作时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在还会使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，对绝缘介质起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说，电压每升高10%，电容器的寿命就要缩短1/2左右。在谐波严重的情况下，往往使电容器“鼓肚”、击穿或爆炸。
2.对电力变压器的危害：
高次谐波电流流入变压器，使变压器的损耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波使变压器的铁芯损耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，由于损耗增加，减少了变压器的额定使用容量，或者说在选择变压器额定容量时需要考虑留出电网中的谐波含量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的，随着谐波次数的增加，振动频率在1KHZ左右的成分使混杂噪声增加，有时还发出较大噪声。
3.对电力电缆的危害：
谐波次数越高，导致电缆导体截面积趋肤效应越明显，使导体的交流阻抗增大，电缆的允许通过电流减小。另外，电缆的阻抗、系统母线侧及线路感抗与系统串联，功率因数补偿用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容作用下还可能发生谐振。
4.对电动机的危害：
谐波电流流入电动机，会增加电动机的铁芯损耗，降低效率，严重时使电动机和轴承过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声，影响机加工质量；
5.高次谐波可能使电力系统发生电压谐振，在线路上引起过电压，使保护设备误动作，甚至会击穿设备绝缘。
晶体管继电保护装置具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。
负序和谐波对发电机不仅有热效应，产生局部发热，而且会使发电机组产生振动，并伴有噪音，严重威胁机组的安全稳定运行。为此，对电力系统的线路和发电机组安装电能质量在线监测系统是重要的技术环节。
6.大功率冲击性负荷（如电弧炉）投入运行时，会使电网电压发生波动，影响到电网中对波动敏感负荷（如照明、计算机、精密电子仪器等）的正常运行。电压波动不仅使照明灯光闪烁，还会影响数字化仪器影像质量和数据，使电动机转速脉动、使计算机、自动化设备和电子仪器工作失常。
7.对低压开关设备的危害
对于配电用断路器来说，电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于谐波对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的趋肤效应与铁耗增加而引起发热，也会使额定电流和脱扣电流降低。对于漏电断路器来说，由于谐波泄漏电流的作用，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也会使额定电流降低，造成误动作。
8.对弱电系统设备的干扰
对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电网中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中产生干扰。其中电磁感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导通过公共接地耦合，不平衡电流流入信号接地系统，影响系统稳定工作。
9.由于谐波源导致与基波功率方向相反的负的谐波功率，在这种谐波畸变严重的情况下会影响感应式或全电子式电能表的正确计量，出现少计或漏计电量，直接影响到企业的能耗考核与成本计算。因此，在电网谐波分量严重的情况下，实现电能准确、公正的计量，也是供电公司和企业双方关注的问题。
二、谐波的补偿与抑制
1.电网中的谐波来源、是由非线性负荷带来的，因此对电网的谐波补偿最好是在用户侧来实施。
2.在电网中无论谐波是从哪一个节点注入，例如高压侧、低压侧、负载、进线变压器的一次侧、二次侧、中间变流器等，最佳的补偿接入点应是：那里产生谐波就在那里补，这就是谐波补偿的就地原则。对于单相设备、最好先对单相补偿，然后再考虑三项不平衡问题。
3.在各类补偿设备中，电能质量补偿、有源谐波补偿应是补偿效果较明显的设备，而谐振补偿器是补偿效果较差的一类装置。如果按补偿的效果的好坏排一个队的话：将是电能质量补偿、有源补偿设备、动态谐波补偿设备、失谐补偿设备、滤波器、谐振补偿器。但是从投资角度考虑，则次序正好相反。
4.在有大量微电子技术的设备及通讯设备的复杂系统工程中，为使系统正常稳定运行，抑制和消除供电电源中的谐波分量是必要的。采用电能质量补偿、有源滤波设备是优选。依据电网被污染的情况，将无源谐波补偿与有源谐波补偿结合使用，也是一种折衷的选择。
5.选择补偿设备要考虑性能价格比。不仅能有效消除或抑制谐波，而且投资合理。
|
|
|
|
