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        行業(yè)資訊

        諧波產(chǎn)生的原因、種類、危害和抑制方法

        時間:2021-03-31瀏覽次數(shù):1353次

        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,不同頻率的諧波對不同的電氣設(shè)備會有不同的影響。諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生,當正弦波(基波)電壓施加到非線性負載上時,負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。由于負載與整個網(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)  諧波對線路的影響

          對供電線路來說,由于集膚效應和鄰近效應,線路電阻隨著頻率的增加會很快增加,在線路中會有很大的電能浪費。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,當大量的諧波電流流過中性線時,會在其上產(chǎn)生大量的熱量,不僅會破壞絕緣,嚴重時還會造成短路,甚至引起火災。

          而當諧波頻率與網(wǎng)絡(luò)諧振頻率相近或相同時,會在線路中產(chǎn)生很高的諧振電壓。嚴重時會使電力系統(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,對帶有不對稱負荷的變壓器來說,會大大增加勵磁電流的諧波分量。

          (3)對電力電容器的影響

          由于電容器對諧波的阻抗很小,諧波電流疊加到基波電流上,會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,引起電容器過負荷甚至爆炸。同時,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)對電機的影響

          諧波會使電機的附加損耗增加,也會產(chǎn)生機械震動,產(chǎn)生甚至引起諧波過電壓.使得電機絕緣損壞。

          2.對繼電保護和自動裝置的影響

          對于電磁式繼電器來說,電力諧波常會引起繼電保護以及自動裝置的誤動作或拒動,造成整個保護系統(tǒng)的可靠性降低.容易引起系統(tǒng)故障或使系統(tǒng)故障擴大。

          3.對通信線路產(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,通過電磁耦合,會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,甚至會引起通信線路的破壞。

          4.對用電設(shè)備的影響

          電力諧波會使電視機、計算機的顯示亮度發(fā)生波動,圖像或圖形發(fā)生畸變,甚至會使機器內(nèi)部元件損壞,導致機器無法使用或系統(tǒng)無法運行。

          5.對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

          當一定頻率的諧波對用電設(shè)備有影響時,會使設(shè)備工作不穩(wěn)定,導致產(chǎn)品質(zhì)量下降。嚴重時會產(chǎn)生批次性產(chǎn)品報廢。

          6.諧波對計量儀表的影響

          諧波的存在會使計量儀表的指示產(chǎn)生誤差,甚至會導致計量設(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、加大供電設(shè)備的容量、盡可能保持三相負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

          在線路中對諧波源采取措施,最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數(shù)整流器件是電網(wǎng)中的主要諧波源,對于整流器件來說,增加整流脈動數(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

          這是目前應用最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,當諧振回路的諧振頻率與某一諧波頻率相同或相近時,即可阻止該頻率的諧波進入電網(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,達到實時補償諧波的目的。

          (3)  通過加裝靜止無功補償裝置加以抑制

          在諧波源處并聯(lián)加裝靜止無功補償裝置,可以有效減少波動的諧波量,同時,也可以抑制電壓波動、電壓閃變,還可以補償功率因數(shù)。

          (4)防止電容器組對諧波的放大在電網(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,當諧波存在時,在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起到放大作用,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諧波的放大。

         



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