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浅谈电力系统谐波的危害及其常用抑制方法
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浅谈电力系统谐波的危害及其常用抑制方法
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谐波危害及抑制谐波的方法
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谐波产生、危害及抑制方法
2013年4期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘要】的介绍了谐波危害，抑制谐波的常用方法，想通过此文以共行业内的专家共评、深讨。 中国论文网 /8/view-5420348.htm　　【关键词】谐波、频率、滤波器 　　【中图分类号】TN713 【文献标识码】A 【文章编号】（6-02 　　随着我国经济的发展和工业化进程的加快，电力电子器件、变频调速装置及微电子技术元件等大量的非线性用电设备广泛应用，使我国电力系统受到谐波污染状况日益严重，降低了电力系统的供电质量。谐波已成为我国电力系统中的三大公害之一。谐波的产生、消除对研究和改善供电质量和确保电电力系统运行有着非常重要的意义。 　　一、谐波的产生 　　谐波产生的根本原因是由于电源本身电动势的偏移和非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。基波式是频率分量为I/T，谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅立叶分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。 　　谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、14，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于谐波对称性关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n～1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等。 　　二、谐波的来源 　　由于电网中的在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。电网谐波来自于以下几个方面： 　　1、发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。 　　2、输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和特性，铁心的磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。 　　3、用电设备产生的谐波： 　　3.1 晶闸管整流设备：由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。这是最大的谐波源。 　　3.2 变频装置：变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 　　3.3 电弧炉、电石炉：由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波。 　　3.4 气体放电类电光源：荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。经过分析与测量，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。 　　3.5 家用电器：电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。 　　总而言之，谐波的产生，电网谐波来自于3个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。 　　三、谐波的危害： 　　1、对电力电网的危害：谐波电流进入电网后，引起电网的电压畸变，使电能质量变差和浪费电网的容量。 　　2、对电力电容器的危害：当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。在电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往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，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能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。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。 　　3、对电力变压器的危害：谐波使变压器的铜耗增大，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。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量，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。 　　4、对电力电缆的危害：由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。 　　5、对电动机的危害：谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。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会使电动机产生机械振动并发出很大的噪声。 　　6、对低压开关设备的危害：低压开关易受谐波的影响使铁耗增大而发热，且谐波次数越高影响就越大，它们都有可能造成误动作。 　　7、对弱电系统设备的危害：电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，不但在邻近电力线的通信线路中会产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，而且在谐波和基波的共同作用下，会触发电话铃响，甚至在某些严重的情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。
　　8、对使测量和计量仪器的危害：由于电力计量装置都是按50Hz标准的正弦波设计的，当供电电压或负荷电流中有谐波成分时，电力测量仪表受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型），当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。 　　9、对人体的危害：从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。 　　四、谐波的抑制方法： 　　1、整机电源需留有较大贮备量：为了使测量、控制装置能满足负载较大变化范围，因此在设计整机电源时，可给予较大贮备量，一般选取0.5～1倍余量。 　　2、增加换流装置的相数：换流装置是电力系统的主要谐波源之一。换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数，可以有效的消除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。 　　3、增装动态无功补偿装置：增装动态无功补偿装置能够提高供电系统承受谐波的能力，在技术经济分析可行的条件下，可以在谐波源处装设动态无功补偿装置：静止无功补偿装置或更先进的静止同步补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求、改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流、稳定母线电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。 　　4、降低谐波源的谐波含量：在谐波源上采取治理措施，从源头上最大限度地避免谐波的产生。这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时，要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响，采取切实可行的治理措施。用电业务管理部门要严格把关，对于没有采取治理措施的谐波源用户，要禁止其入网运行。 　　5、改变谐波元的配置和工作方式：将具有谐波互补性的设备应集中布置，否则应分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式，这样可以减小谐波的影响。 　　6、选用D.YNll接线组别的三相配电变压器 　　7、增加整流器的脉动数：三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线，三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。 　　8、加装交流滤波装置：采用交流滤波装置在谐波源附近吸收谐波电流，降低连结点的谐波电压，是抑制谐波污染的一种有效措施。滤波装置由电阻、电容和电感等元件组成串联谐振电路，利用其串联谐振时阻抗最小的特性，这样就消除了5、7、11等高次谐波。 　　9、采用滤波器：滤波器安装在电力电子设备的交流侧可阻止谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。 　　有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入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，达到实时补偿谐波电流的目的。 　　10、串联电抗器或并联电容器：在电网中并联电容器组和采取串联电抗器可以改善功率因数和调节电压的作用。 　　11、改善供电环境：选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。 　　结束语 　　在我国电力系统中谐波问题越来越严重，直接扰乱了人们的正常生产和生活。我国电能质量治理工作的深入开展，要消除谐波污染，除在电力系统中大力发展高效的滤波措施外，还必须依靠全社会的努力，在设计、制造和使用非线性负载时，采取有力的抑制谐波的措施，减小谐波侵入电网，从而真正减少由于谐波污染带来的巨大经济损失。随着国民经济、谐波抑制技术的进一步发展、法制的进一步完善和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。 　　参考文献 　　[1]工业与民用配电设计手册――任元会、 　　[2]谐波抑制和无功功率补偿――王兆安 　　[3]电力系统谐波――吴竟昌 　　[4]供电系统中的谐波分析测量与抑制――陆廷信 　　[5]电力系统中的谐波问题――牛荣健、张晓琴
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