電力系統(tǒng)諧波對電力系統(tǒng)的影響論文-文庫吧
2025-06-12 15:15 本頁面
【正文】 分和關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術(shù)會議，不少國家和國際學術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設備諧波的標準和規(guī)定。諧波研究的意義，道德是因為諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備和電子設備會產(chǎn)生嚴重干擾。簡言之，諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍?！ ? 諧波的產(chǎn)生 在供配電系統(tǒng)中的高次諧波主要產(chǎn)生于非線性負荷用電設備，如變流裝置及電弧爐等；在低壓電網(wǎng)的諧波污染，主要來源是功率電子設備，如驅(qū)動器、UPS、焊接器、計算機、打印機等。通常設備里的半導體開關只會在基波周期的某段時間通電，這使設備具有剩電、動態(tài)特性和靈活控制等優(yōu)點，從而產(chǎn)生較大畸變的不連續(xù)電流。以下列舉一些典型負載引起的諧波畸變。配備平滑電容器的單相整流器電路布置如圖1（a）所示，可在單相負載中應用。從電源取用的電流值會在一周期的某段時間突然上升或下降，電壓與電流波形見圖1（b）?！ ∵@種電流波形包含了很多奇次諧波，奇次諧波的幅值可能會高于基波電流分量。該電路布局的廣泛應用，將導致過多的諧波電流流入供電系統(tǒng)。六脈波橋以三相功率為主的設備通常采用六脈波橋，例如驅(qū)動裝置和UPS，六脈波橋的直流側(cè)，可連接平滑電抗器、平滑電容器或以上兩者。所用的開關可以是可控的（可控硅等）或不可控的（二極管），視所用設備確定。連接平滑電抗器的二極管橋的電路布局如圖2（a），電流波形如圖2（b）。 連接平滑電容器的二極管橋的電路布局如圖3（a），電流波形如圖3（b）。 事實上，對于六脈波變流器而言，在理想條件下即： （a）電源為理想的正弦波、并三相對稱； ?。╞）直流側(cè)電抗足夠大，直流電流無紋波； （c）交流側(cè)電抗為零。對于如圖4（a）而言，交流電流波形可分解為一系列諧波電流分量對于如圖4（b）而言，交流電流波形可分解為一系列諧波電流分量由上式可見，注入系統(tǒng)的諧波是kp177。1次。 通常，一個連接著很大的平滑電抗器的六脈波橋，所產(chǎn)生的諧波電流值大約為其中：In———n次諧波電流幅值；I1—基波電流幅值；N———諧波次數(shù)隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負荷明顯增多，因而高次諧波的危害問題也日益突出，其中包括： (1) 各種閥型換流設備（如電氣化鐵道機車）。2001年西北電研院在安康地區(qū)幾個帶有牽引負荷出線的變電站，進行了諧波分量及負序分量的現(xiàn)場測試，結(jié)果表明安康電網(wǎng)由電氣機車負荷產(chǎn)生的三、五次諧波電流含量超標?！ ?2) 耗用電弧能的設備（電弧煉鋼爐和電焊設備等）?！ ?3) 鐵磁性設備（電力變壓器、電抗器等）。 (4) 其它（電解設備和某些家用電器等）。 諧波的標準目前大多數(shù)現(xiàn)代電力設備是諧波電流的來源。這些電流進入供電系統(tǒng)后將造成電壓諧波，這將影響到連接在同一母線的其他負荷或連接同一電源的臨近裝置。因此，國家規(guī)定諧波造成電網(wǎng)電壓波形畸變率極限和用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值應滿足國家(附錄A表1)。當電網(wǎng)公共點的最小短路容量異于表中基準短路容量時，按下式修正附錄A表2中的諧波電流允許值式中Sk1———公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk2———基準短路容量，MVA； Inp———表2中第n次諧波電流允許值，A； In———短路容量為Sk1時的第n次諧波電流允許值，A。 諧波源主要種類(1) 鐵磁飽和型:各種鐵芯設備,如變壓器、電抗器等,其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。(2) 電子開關型:主要為各種交直流換流裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控開關設備等,在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用,并正在蓬勃發(fā)展。在系統(tǒng)內(nèi)部,如直流輸電中的整流閥和逆變閥等。(3) 電弧型:各種冶煉電弧爐在熔化期間以及交流電弧焊機在焊接期間,其電弧的點燃和劇烈變動形成的高度非線性,使電流不規(guī)則的波動。其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流之間不規(guī)則的、隨機變化的伏安特性。對于電力系統(tǒng)三相供電來說,有三相平衡和三相不平衡的非線性特性。后者,如電氣鐵道、電弧爐以及由低壓供電的單相家用電器等,而電氣鐵道是當前中壓供電系統(tǒng)中典型的三相不平衡諧波源。 諧波對于電網(wǎng)的危害主要表現(xiàn)由于電網(wǎng)主要是按基波設計的。由于LC元件的存在，雖然在基波時不會發(fā)生諧振，但在某個特定諧波時卻可能引起諧振，可能將諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，電網(wǎng)諧振引起設備過電壓，產(chǎn)生諧波過流，對設備造成危害。特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器。其中，特別要注意的是，由于電容器是容性負載，能與電網(wǎng)上感性設備（其它設備主要是感性設備）配合，構(gòu)成共振條件，又由于其大小與諧波頻率成反比，因此，電容更容易吸收諧波共振電流，引起電容過載，造成電容損壞，或者熔絲熔斷。使電網(wǎng)中的電氣設備產(chǎn)生額外的損耗（諧波功率），降低了設備的效率，同時諧波會影響設備的正常工作，例如變壓器局部嚴重過熱，電容器、電纜等設備過熱，電機產(chǎn)生機械振動等故障，絕緣部分老化、變質(zhì)，嚴重時候甚至設備損壞。導致繼電保護和自動裝置誤動或拒動，造成不必要的損失，諧波會使電氣測量儀表測量不準確，造成計量誤差。 諧波對電網(wǎng)的影響諧波對旋轉(zhuǎn)設備和變壓器的主要危害是引起附加損耗和發(fā)熱增加,此外諧波還會引起旋轉(zhuǎn)設備和變壓器振動并發(fā)出噪聲,長時間的振動會造成金屬疲勞和機械損壞。諧波對線路的主要危害是引起附加損耗。諧波可引起系統(tǒng)的電感、電容發(fā)生諧振,使諧波放大。當諧波引起系統(tǒng)諧振時,諧波電壓升高,諧波電流增大,引起繼電保護及自動裝置誤動,損壞系統(tǒng)設備(如電力電容器、電纜、電動機等),引發(fā)系統(tǒng)事故,威脅電力系統(tǒng)39。電力系統(tǒng)的安全運行。諧波可干擾通信設備,增加電力
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