谐波对电力系统的危害及预防措施

摘要：随着工生产自动化的不竭提高，半导体器件的问世成长，出格是年夜型可控硅及逆变器等非线性负载的慢慢增多，而这些非线性负载能把高次谐波电流注进电网。从而引发电网系统电压和电流波形发生畸变，使电网遭到严重污染。
关头词：谐波趋肤效应
　　随着工生产自动化的不竭提高，半导体器件的问世成长，出格是年夜型可控硅及逆变器等非线性负载的慢慢增多，而这些非线性负载能把高次谐波电流注进电网。从而引发电网系统电压和电流波形发生畸变，使电网遭到严重污染。　　高次谐波就是频率为基数倍的一系列波的“总汇”。工频系统的二次谐波频率为100HZ，三次谐波的频率为150HZ，依次类推。电力系统中高次谐波与基波合成的成效是造成电网电压波形畸变的主要身分，高次谐波的畸变次数及振幅值的年夜小，将决议对电网污染，破坏的水平，及对用电装备的风险年夜小。高次谐波主要来历于：小我计较机，各类硅整流装备、含有二极管（电容式）电源装备、电弧炉装备、中频电源装备、各类变频逆变器、斩波器等装配。其中对电网污染重、对用电装备风险年夜确当属可控硅中频电源和炼钢用的电弧炉装备。下面主要计议高次谐波的风险及预防措施。　　一．高次谐波对各类电气装备的风险：　　非线性负载发生的谐波电流，能够在电力系统的某些装备上较着的反映出来，常见的有变压器和中性线。在电念头、发机电和移相电容器中也有些浮现。　　由于电压畸变，所含的高频成份将造成发电、输电、变电、配电和用装备过热、消耗增年夜、系统过电压、失控等。工频电流在输电导线截面内是平均散布的，而高频电流则发生重办的趋肤效应，使导线有用电阻增年夜。如300mm2导线，经由过程工频电流时，靠近中心一半工半面积上的电流密度为平均值的90，概况一半面积上为100，这时候，电流密度为平均值的90，概况一半面积上为110，这时候，电流在导体上的总的消耗为内外两部门之和。　　I_i²R_i I₀²R₀=((0.9/2)I)².2R ((1.1/2)I)².2R=1.01I²R　　随着频率的升高，趋肤效应也越来越加显著，有用电阻也越年夜。300HZ时为1.21倍，420HZ时为1.35I²R。由于电流波形畸变，流过导体的电流除基波外，又增加了高次谐波电流份。接有年夜非线性负载的电网消耗将增年夜，导体发烧加倍严重，系统用电装备也将工作不稳定等。　　中性线：在三相四线制系统中，中性线将遭到接在相电压上的非线性负载的影响。在正常情况下，三相线性负载平衡时，中性线的电流为零。当存在非线性负载时，某些高次谐波即奇次谐波会在中性线里叠加起来。如由三次谐波序列组成的负载电流越来越多时，更多的未被抵消的电流将会在中性线中流动。在这类情况下，中性线的过电流还会在中性线和接地线间发生高于正常的电压迭落。旭果中性线电流出格年夜，甚至跨越其导线额定电流的80，则必需要切除部门次要负载，否则就必需增加中性线的截面积。　　电力线路，当谐波电畅通流畅过排挤线时，可能发生串联谐振，甚至造成危险的过电压。电力电缆在谐波电压作用下，其尽缘材料会因所含的少许气体电离并经一毓电气、机械、物理和化学变化而加速老化。尽缘强度下降，泄漏电流增年夜，使寿命缩短。如正常工频电流电压下，寿命为25年，而在含有五次、七次谐波电流电压作用下，寿命仅为9年。谐波的风险可见一般。高频年夜幅度谐波还可能引发局部放电，发生内部击穿情况。　　实例1，我厂总降至钢炉变压器6KV油浸纸尽缘电缆，是80年前后展设的。该电缆于93年5月起，屡次发生短路故障，比来的一次时间距离为1个月。测试中发现该电缆尽缘下降，泄漏增年夜，现在该电缆已报废。电弧炉即上述提到发生高次谐波的装备，是造成该电缆提早退出运行的缘由。　　谐波对变压器的风险：当较高频率的电流注进变压器时，将发生趋肤效应和临近效应，在绕组中引发附加消耗与变压器铁芯有关的铁损亦有增加。因而变压器将发生相当年夜的热。若是变压器一次侧接线为三角形，二次侧接线为星形，那末非线性负载将使该变压器承受额外过热之害。由于非线性负载使支路电流含有较多高次谐波电流，而诸奇数谐波电流不单不能抵消，反而会叠加，以谐波电流在中性线中流动。当该电流返回星形结线的二次绕组时，它被感应到角结线的一次绕组，并形成环流。这个环流成为发生额外热的缘由，且对谐波电流自己发生的热起助长作用。谐波电压还会使变压器激磁电流增年夜，效率下降，功率因数变坏。当谐波电压持久存在且较为严重时，将会危及变压器主尽缘。　　对电容器的风险：由于电力系统线电压的畸变，电力电容器消耗增加、过热。电容器是频率的敏感元件。电力电容器在电力系统中如统一个谐波吸收器，将使电容器重办过电流。电容器和电力系统中的感性元件也能形成谐振电路，若是这个揩振回路的频率等于或接近系统中某次谐波份的频率，就会发生谐振，造成过电压、过热。　　谐波对感应电念头的风险主要是电压谐波畸变会使三相感应电念头过热，如持久有谐波存在，将对电念头的运行寿命组成严重危胁。谐波对配电盘的风险的基本征兆是发烧，或是由过热造成损坏。在配电盘里，可能泛起的过热门是中性母线及其毗连点，它们往往载有过的中性线电流。谐波还会使各类表计误差加年夜，使电讯线路发生干扰。　　高次谐波其它风险还有：使半导体器件自己有误触发、丢脉冲等，使电力系统无功功率增加，功率因数下降。同时对一些电子装备，仪器也将发生水平分歧的影响，以致于不能正常使用。　　实例二：笔者于97年，对我厂北方管件公司6KV电缆进行预防性实验时，发现实验用仪器基本没法使用，升压到1KV时，仪器内部庇护即动作。空机实验也没法升压。那时思疑仪器自己有故障，可是该仪器在其它区域测试时，一切正常。后来，又到北方管件测试时，一切正常。经由过程对该公司电源的丈，发现该电源中工频电流有严重的高次谐波，高次谐波是造成电子装备没法正常工作的主要缘由。后期对高次谐波的发生，做出了响应的预防措施。　　二．高次谐波的避免对策：　　综上所述，年夜非线性负载的授进，交流工频电流将成为含有高次谐波的畸变电流，它们流经电源和系统中的阻抗时，使供电电压波形发生畸变，这给电网及系统中运行的装备、仪器带来很年夜的风险，是以，研究抑制消除电力系统中的高次谐波，确保电力系统免遭污染侵害是十分需要的。　　消除或抑制谐波的对策可以两方面斟酌。一是从非线性负载自己进手，使它们尽削减谐波电流的注进。二是想法改变系统中谐波电流的流向，以消除和避免谐波的影响。凡是的做法有：　　1．在非线性负载回路增设谐波滤波器。主要适用于可控硅整流装配，中频电源装配及各类电子逆变器等。滤波器可以对某些谐波发生强烈的吸收作用，以削减谐波电流有含。采用单调谐滤波器可以对5—13次谐波进行滤波，对17次以上的谐波则应采用高通滤波器结线。　　2．对非线性负载的供、配电回路要分隔自力设置，供电电变压器必需使用Y/△接线方式，即一次侧为Y接，二次侧为角接。其它用电装备不宜与非线性负载共用一台供电变压器，如从经济角度斟酌，需用一台变压器供电时须对非线性负载发生的谐波电流成份予以防治，以确保其它用电装备的靠得住、平安使用。　　3．对变压器的庇护方式　　庇护变压器的一个途径是把变压器上的负载限制在其额定值的某个百分数范围内。这被称为下降变压器额定容法。这是美国计较机和商装备同协会提供的方式。采用这类方式下降额定容，必需丈变压器二次侧各相的有用值和瞬时尖峰值。这类方式比繁琐，也不出格试用。在负载处安装谐波滤波器，不单能消除该变压器的谐波电流，而且可以避免高次谐波串至毗连在这个电力系统上的其它易受影响的用电装备。也能够采用更强的冷却方式，以下降变压器因高次谐波引发的额外的热。　　4．庇护感应电念头的方式：　　感应电念头对供电线路电压谐波畸变率出格敏感。一般经验证实，电念头供电电压的总谐波的畸变率不应跨越5。为此，感应电念头应接在一条自力馈线上，其端电压的畸变就会削减。此外，应当接纳削减给非线性负载供电的线路的阻抗的措施，即增年夜导线截面积。或在非线性负载处增加谐波滤波器。　　谐波问题在没有获得很好的解决之前，只能会越来越严重。随着我国工自动化水平不竭提高，对电网的供电的要求也会越来越高。在不久的未来，谐波污染，侵害电力系统情况会慢慢获得根治。