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什么是谐波、谐波的危害、谐波的治理

日期:2011年1月19日 12:00

1、什么是谐波   

        电力系统中有非线性(时变或时不变)负载时,即使电源都以工频50HZ供电,当工频电压或电流作用于非线性负载时,就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流,这些不同于工频频率的正弦电压或电流,用富氏级数展开,就是人们称的电力谐波。   

        随着经济发展,大功率可控硅的广泛应用,大量非线性负荷增加,特别是电子技术、节能技术和控制技术的进步,在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、交直流换流设备和电子电压调整设备,电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增,同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等普及使用,使得电力系统波形严重畸变。

2、谐波的危害

电力谐波的主要危害有:

a、引起串联谐振及并联谐振,放大谐波,造成危险的过电压或过电流;

b、产生谐波损耗,使发、变电和用电设备效率降低;

c、加速电气设备绝缘老化,使其容易击穿,从而缩短它们的使用寿命;

d、使设备(如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等)运转不正常或不能正确操作;

e、干扰通讯系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正确传递,甚至损坏通信设备。

3、谐波的治理

1)谐波治理标准  

GB/T 14549—93 《电能质量 公用电网谐波》该标准对不同电压等级各次谐波允许注入值都作了具体规定(略),其规定公用电网谐波电压(相电压)限值 [img]file:///D:/My%20Documents/什么是谐波、谐波的危害、谐波的治理(图)-电源科普-电源大讲堂-电源在线.files/200511917192380567.gif[/img]

2)谐波治理  

谐波治理就是在谐波源处安装滤波器,就近吸收谐波源产生的谐波电流,现在广泛采用的滤波器为无源滤波器,另外有利用时域补偿原理的有源滤波器,这种滤波器的优点是能做到适时补偿,且不增加电网的容性元件,但造价较高。无源滤波装置,吸收高次谐波,而所有滤波支路对基波呈现容性,正好满足无功补偿要求,不必另装并联电容器补偿装置,这种方法经济、简便,国内外广泛采用。  滤波器的种类。滤波器大致分为以下六种类型,如图: [img]file:///D:/My%20Documents/什么是谐波、谐波的危害、谐波的治理(图)-电源科普-电源大讲堂-电源在线.files/200511917202893300.gif[/img]

(a)—单调谐波滤波器;(b)—双调谐滤波器;

(c)—一阶高通滤波器;(d)—二阶高通滤波器;

(e)—三阶高通滤波器;(f)—“c”式高通滤波器。   

单调谐滤波器通频带窄,滤波效果好,损耗小,调谐容易,是使用最多的一种类型。  

双调谐滤波器可替代两个单调谐滤波器,只有一个电抗器(L1)承受全部冲击电压,但接线复杂,调谐困难,仅在超高压系统中使用。  

一阶高通滤波器因基波损耗大,一般不采用。  

二阶高通滤波器通频带很宽,滤波效果好,既可调谐振点,又可调谐曲线锐度,并可防意外共振与放大,因此也有以二阶宽通带做低次滤波器。  

三阶高通滤波器一般用电弧炉滤波。  

“C”式高通滤波器,用于电弧炉滤波,对二次谐波特别有效。

4、补偿   

企业中由于大量的电力负荷是感性负荷,因此企业的自然功率因数较低,如不采用人工补偿,提高功率因数,将造成如下不良影响:

a、降低发电机的输出功率,当发电机需提高无功输出,低于额定功率因数运行时,将使发电机有功输出降低;

b、降低了变电、输电设备的供电能力;

c、使网络电力损耗增加(网络中的电能损失与功率因数平方数成反比);

d、功率因数愈低,线路的电压降愈大,使得用电设备的运行条件恶化;

e、月均功率因数低于0.9(小型低压用户或农业用电为0.8),将受到“电力罚款”。   

上述可见,提高功率因数不仅对电力系统,而且对企业经济运行有着重大意义。  

在考虑提高功率因数时,应首先提高企业用电设备的自然功率因数,当采取措施后还达不到供电部门要求时,采用人工补偿装置。一般除在容量较大、经常运行的恒速机械(如水泵、空压机、鼓风机、电动发电机组等)上采用同步电动机补偿外,其它的应安装并联电容器进行补偿。

1)并联电容器补偿容量的计算 QC = α P30 qc QC:需要补偿的无功容量,kvar; P30:全企业有功计算负荷,KW; α:平均负荷系数,取0.7~0.8; qc:补偿率,kvar/KW 可在有关手则查得,也可按下式计算: [img]file:///D:/My%20Documents/什么是谐波、谐波的危害、谐波的治理(图)-电源科普-电源大讲堂-电源在线.files/200511917211082865.gif[/img]

2)并联电容器的装设地点

a、集中补偿方式。将高压电容器集中安装在总降压变电所或功率因数较低、负荷较大的配电所高压母线上。

b、分散补偿。对用电负荷分散和功率因数较低的车间变电所,采用低压并联电容器安装在低压配电室。

c、就地补偿。对距供电点较远的大、中容量连续工作制的电动机(如风机、水泵、压缩机、球磨机等),应采用电动机无功功率就地补偿装置。它不仅提高功率因数,且减少线路损失,减小总电流,提高变压器负载率有明显效果。但单机补偿容量不宜过大,应保证电动机断电时不致因自激磁出现过激磁,否则易损坏电动机。就地补偿装置与电动机共用一台断路器,同时投切。

3)对高次谐波的抑制措施   

为了减少和避免高次谐波对并联补偿装置的危害。为减少谐波电流流入电容器和合闸涌流,可串适当的电抗器。其感抗值应在可能产生的任何谐波下,均使电容器回路的总电抗为感抗,从而消除谐振的可能。  

如对6脉冲整流线路,有5次以上谐波,XL=4.5%~6%XC;对有3次谐波的线路XL=(12%~13%)XC。  

为了防止可能出现铁磁谐振,一般应采用无铁芯电抗器

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