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諧波對電力系統的危害及預防措施
更新時間:2020-01-25 發布:asianautoslo.com

摘要:隨著工業生產自動化的不竭提高,半導體器件的問世成長,出格是年夜型可控硅及逆變器等非線性負載的慢慢增多,而這些非線性負載能把高次諧波電流注進電網。從而引發電網系統電壓和電流波形發生畸變,使電網遭到嚴重污染。
關頭詞:諧波趨膚效應
  隨著工業生產自動化的不竭提高,半導體器件的問世成長,出格是年夜型可控硅及逆變器等非線性負載的慢慢增多,而這些非線性負載能把高次諧波電流注進電網。從而引發電網系統電壓和電流波形發生畸變,使電網遭到嚴重污染。  高次諧波就是頻率為基數倍的一系列波的“總匯”。工頻系統的二次諧波頻率為100HZ,三次諧波的頻率為150HZ,依次類推。電力系統中高次諧波與基波合成的成效是造成電網電壓波形畸變的主要身分,高次諧波的畸變次數及振幅值的年夜小,將決議對電網污染,破壞的水平,及對用電裝備的風險年夜小。高次諧波最主要來歷于:小我計較機,各類硅整流裝備、含有二極管(電容式)電源裝備、電弧爐裝備、中頻電源裝備、各類變頻逆變器、斬波器等裝配。其中對電網污染最重、對用電裝備風險最年夜確當屬可控硅中頻電源和煉鋼用的電弧爐裝備。下面主要計議高次諧波的風險及預防措施。  一.高次諧波對各類電氣裝備的風險:  非線性負載發生的諧波電流,能夠在電力系統的某些裝備上較著的反映出來,常見的有變壓器和中性線。在電念頭、發機電和移相電容器中也有些浮現。  由于電壓畸變,所含的高頻成份將造成發電、輸電、變電、配電和用裝備過熱、消耗增年夜、系統過電壓、失控等。工頻電流在輸電導線截面內是平均散布的,而高頻電流則發生重辦的趨膚效應,使導線有用電阻增年夜。如300mm2導線,經由過程工頻電流時,靠近中心一半工半面積上的電流密度為平均值的90,概況一半面積上為100,這時候,電流密度為平均值的90,概況一半面積上為110,這時候,電流在導體上的總的消耗為內外兩部門之和。  Ii2Ri I02R0=((0.9/2)I)2.2R ((1.1/2)I)2.2R=1.01I2R  隨著頻率的升高,趨膚效應也越來越加顯著,有用電阻也越年夜。300HZ時為1.21倍,420HZ時為1.35I2R。由于電流波形畸變,流過導體的電流除基波外,又增加了高次諧波電流份量。接有年夜量非線性負載的電網消耗將增年夜,導體發燒加倍嚴重,系統用電裝備也將工作不穩定等。  中性線:在三相四線制系統中,中性線將遭到接在相電壓上的非線性負載的影響。在正常情況下,三相線性負載平衡時,中性線的電流為零。當存在非線性負載時,某些高次諧波即奇次諧波會在中性線里疊加起來。如由三次諧波序列組成的負載電流越來越多時,更多的未被抵消的電流將會在中性線中流動。在這類情況下,中性線的過電流還會在中性線和接地線間發生高于正常的電壓迭落。旭果中性線電流出格年夜,甚至跨越其導線額定電流的80,則必需要切除部門次要負載,否則就必需增加中性線的截面積。  電力線路,當諧波電暢通流暢過排擠線時,可能發生串聯諧振,甚至造成危險的過電壓。電力電纜在諧波電壓作用下,其盡緣材料會因所含的少許氣體電離并經一毓電氣、機械、物理和化學變化而加速老化。盡緣強度下降,泄漏電流增年夜,使壽命縮短。如正常工頻電流電壓下,壽命為25年,而在含有五次、七次諧波電流電壓作用下,壽命僅為9年。諧波的風險可見一般。高頻年夜幅度諧波還可能引發局部放電,發生內部擊穿情況。  實例1,我廠總降至鋼爐變壓器6KV油浸紙盡緣電纜,是80年前后展設的。該電纜于93年5月起,屢次發生短路故障,比來的一次時間距離為1個月。測試中發現該電纜盡緣下降,泄漏增年夜,現在該電纜已報廢。電弧爐即上述提到發生高次諧波的裝備之一,是造成該電纜提早退出運行的緣由。  諧波對變壓器的風險:當較高頻率的電流注進變壓器時,將發生趨膚效應和臨近效應,在繞組中引發附加消耗與變壓器鐵芯有關的鐵損亦有增加。因而變壓器將發生相當年夜的熱量。若是變壓器一次側接線為三角形,二次側接線為星形,那末非線性負載將使該變壓器承受額外過熱之害。由于非線性負載使支路電流含有較多高次諧波電流,而諸奇數諧波電流不單不能抵消,反而會疊加,以諧波電流在中性線中流動。當該電流返回星形結線的二次繞組時,它被感應到角結線的一次繞組,并形成環流。這個環流成為發生額外熱量的緣由,且對諧波電流自己發生的熱量起助長作用。諧波電壓還會使變壓器激磁電流增年夜,效率下降,功率因數變壞。當諧波電壓持久存在且較為嚴重時,將會危及變壓器主盡緣。  對電容器的風險:由于電力系統線電壓的畸變,電力電容器消耗增加、過熱。電容器是頻率的敏感元件。電力電容器在電力系統中如統一個諧波吸收器,將使電容器重辦過電流。電容器和電力系統中的感性元件也能形成諧振電路,若是這個揩振回路的頻率等于或接近系統中某次諧波份量的頻率,就會發生諧振,造成過電壓、過熱。  諧波對感應電念頭的風險主要是電壓諧波畸變會使三相感應電念頭過熱,如持久有諧波存在,將對電念頭的運行壽命組成嚴重危脅。諧波對配電盤的風險的基本征兆是發燒,或是由過熱造成損壞。在配電盤里,可能泛起的過熱門是中性母線及其毗連點,它們往往載有過量的中性線電流。諧波還會使各類表計誤差加年夜,使電訊線路發生干擾。  高次諧波其它風險還有:使半導體器件自己有誤觸發、丟脈沖等,使電力系統無功功率增加,功率因數下降。同時對一些電子裝備,儀器也將發生水平分歧的影響,以致于不能正常使用。  實例二:筆者于97年,對我廠北方管件公司6KV電纜進行預防性實驗時,發現實驗用儀器基本沒法使用,升壓到1KV時,儀器內部庇護即動作。空機實驗也沒法升壓。那時思疑儀器自己有故障,可是該儀器在其它區域測試時,一切正常。后來,又到北方管件測試時,一切正常。經由過程對該公司電源質量的丈量,發現該電源中工頻電流有嚴重的高次諧波,高次諧波是造成電子裝備沒法正常工作的主要緣由。后期對高次諧波的發生,做出了響應的預防措施。  二.高次諧波的避免對策:  綜上所述,年夜量非線性負載的授進,交流工頻電流將成為含有高次諧波的畸變電流,它們流經電源和系統中的阻抗時,使供電電壓波形發生畸變,這給電網及系統中運行的裝備、儀器帶來很年夜的風險,是以,研究抑制消除電力系統中的高次諧波,確保電力系統免遭污染侵害是十分需要的。  消除或抑制諧波的對策可以兩方面斟酌。一是從非線性負載自己進手,使它們盡量削減諧波電流的注進量。二是想法改變系統中諧波電流的流向,以消除和避免諧波的影響。凡是的做法有:  1.在非線性負載回路增設諧波濾波器。主要適用于可控硅整流裝配,中頻電源裝配及各類電子逆變器等。濾波器可以對某些諧波發生強烈的吸收作用,以削減諧波電流有含量。采用單調諧濾波器可以對5—13次諧波進行濾波,對17次以上的諧波則應采用高通濾波器結線。  2.對非線性負載的供、配電回路要分隔自力設置,供電電變壓器必需使用Y/△接線方式,即一次側為Y接,二次側為角接。其它用電裝備不宜與非線性負載共用一臺供電變壓器,如從經濟角度斟酌,需用一臺變壓器供電時須對非線性負載發生的諧波電流成份予以防治,以確保其它用電裝備的靠得住、平安使用。  3.對變壓器的庇護方式  庇護變壓器的一個途徑是把變壓器上的負載量限制在其額定值的某個百分數范圍內。這被稱為下降變壓器額定容量法。這是美國計較機和商業裝備同業協會提供的方式。采用這類方式下降額定容量,必需丈量變壓器二次側各相的有用值和瞬時尖峰值。這類方式比繁瑣,也不出格試用。在負載處安裝諧波濾波器,不單能消除該變壓器的諧波電流,而且可以避免高次諧波串至毗連在這個電力系統上的其它易受影響的用電裝備。也能夠采用更強的冷卻方式,以下降變壓器因高次諧波引發的額外的熱量。  4.庇護感應電念頭的方式:  感應電念頭對供電線路電壓諧波畸變率出格敏感。一般經驗證實,電念頭供電電壓的總諧波的畸變率不應跨越5。為此,感應電念頭應接在一條自力饋線上,其端電壓的畸變就會削減。此外,應當接納削減給非線性負載供電的線路的阻抗的措施,即增年夜導線截面積。或在非線性負載處增加諧波濾波器。  諧波問題在沒有獲得很好的解決之前,只能會越來越嚴重。隨著我國工業自動化水平不竭提高,對電網的供電質量的要求也會越來越高。在不久的未來,諧波污染,侵害電力系統情況會慢慢獲得根治。

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