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电力系统谐波来源及其对电气设备的影响与危害

 发布时间:2012-05-20 10:12:04        查看次数:1522
摘要:该文简要分析了电力系统谐波的来源及其对电气设备的影响与危害。

关键词:谐波;谐波源;电力系统;损耗

电力系统谐波是指电力系统中存在的频率为基波频率 (我国为50Hz)整数倍的周期电气量的正弦波分量,也常称为高次谐波。随着电力系统中大功率干扰性负荷迅速增加, 家用电器和电力电子技术广泛应用,随之产生的电网谐波的影响与危害日益严重,若不加以有效控制,甚至会影响整个电网的安全,应引起足够的重视。

对电力系统的谐波源引起电力系统产生谐波的设备即谐波源主要有两类:

(1)发电机在发出基波电势的同时所产生的谐波电势。该谐波电势只取决于发电机本身的结构和工作状况,基本上与外接阻抗无关,可视为谐波恒压源。由于其值很小,影响一般可不考虑。

(2)由各种干扰性负荷产生的谐波电流。系统中许多具有非线性特性的设备,如大功率整流设备、交直流换流设备、变频设备、轧机、交流电弧炉、电力机车、家用电器以及现代工业设施作为节能和控制用的各种电力电子设备等, 在正弦电压下会向供电系统注入非线性电流,可视为谐波恒流源。它们在电网回路中引起阻抗压降,进而使系统的电压也含谐波成分,造成系统电压畸变。

谐波对电气设备的影响与危害谐波对电力系统的危害是一种谐波污染,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害,主要表现为:引起过负荷和发热,增加介质应力和过电压,干扰和危害保护控制设备的性能和正常工作。

谐波对电机的影响首先,引起附加损耗,产生附加温升。其次,产生机械振动、噪声和谐波过电压。谐波对电机的影响与电机的结构和工况有关。

(1)对同步发电机的影响。流入电机定子绕组的谐波电流所产生的旋转磁场在转子绕组、转子极靴、槽楔等部位感应出谐波电流,集肤效应使这些部位易受到损害。定子绕组中的谐波电流同样也有集肤效应,使定子绕组出现很大的谐波涡流和漏磁,从而严重发热。此外当发电机中谐波电流的频率接近定子零部件的故有振荡频率时,可能引发发电机的剧烈振动。

(2)对感应电动机的影响。由于转子都是用硅钢片叠装成的,并有鼠笼绕组来承载感应电流,故承受谐波能力较强,只有定子绕组绝缘易受谐波影响。在额定负荷下,当存在较大谐波电流时,电动机磁饱和使电机的漏抗、励磁阻抗和负序阻抗下降。因感应电动机的谐波损耗主要是铜损,与 Un XnRn成正比,故在给定电压Un时,因磁饱和引起的Rn和 Xn的下降会使铜耗上升。此外,励磁电流的铜损和负序电流损耗也将上升。这使得谐波所引起的感应电动机附加损耗和发热增加,要比单纯由谐波本身引起的损耗和发热更大。

(3)对变压器的影响。正常情况下,很小的励磁电流谐波分量和历时很短的合闸励磁涌流中的谐波电流不会对变压器本身构成危害,但在谐振条件下则会对变压器造成损害。当直流电流、低频电流或地磁感应电流流入变压器绕组时, 变压器发生严重磁饱和,使励磁电流及其中的谐波电流大增,危害设备本身和电网的安全运行。谐波电流除引起变压器绕组附加损耗外,还会引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热,并有可能引起局部的严重过热。谐波还能使变压器噪声增大。www.17net.net

谐波对电器的影响谐波对电器的影响主要是指对电容器及消弧线圈等的影响,其中最突出的是对并联电容器的影响。

(1)谐波对电容器影响主要是当谐波电流叠加在电容器的基波电流上时,使电容器的运行电流有效值增大,温升增高,引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容损坏。叠加在电容器基波电压上的谐波电压不仅使电容器运行电压有效值增大,并可能使峰值电压增大得更多,使电容器在运行中发生的局部放电无法熄灭而损坏。此外,电容器还可以使电网谐波电流放大,有时甚至在电网中产生谐振,进而反过来使电网中的其它电气设备受到严重损坏,破坏电网正常运行。

(2)谐波对大容量交直流换流设备的影响主要是当换流装置的容量达到电网短路容量的13至12或以上时,交流电网的电压可能引起常规控制角的触发脉冲间隔不等,并通过正反馈而放大系统的电压畸变,使整流装置工作不稳定,对逆变装置则可能发生连续的换相失败而无法工作。

(3)谐波对消弧线圈的影响主要是延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用。因消弧线圈是按照所接局部电网的工频参数来调谐的,若电网谐波较大,消弧线圈对谐波就不起作用了。

谐波对电缆和输电线路的影响

(1)电缆的分布电容对谐波电流有放大作用,在电网低负荷下,当电网电压上升而使谐波电压也升高时,电缆很容易出现故障。因谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介质和温升的增大。电缆的额定电压等级越高, 谐波引起的危害也越大。

(2)谐波对输电线路的影响主要是针对超高压长距离输电线路。由于超高压长距离输电线常采用单相自动重合闸装置来提高电力系统暂态稳定性,在500kV特高压输电线上都接有并联电抗器,系统中性点还加装有接地电抗器并按照线路工频参数调谐,用以加速潜供电流的熄灭,以缩短单相自动重合闸的重合时间。当较大的高次谐波电流存在时,就会显著延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸的失败,或自动重合闸时间延长。

结语电力系统谐波所产生的影响与危害实际上可称作系统的一种公害或污染,影响到整个电力系统的电气环境,包括系统本身和广大用户,影响范围广且距离长,必须采取措施把它控制在容许范围内。在电网中实际运行的发电机和变压器等电力设备,如果参数选择和结构设计合理,其输出的谐波分量是很少的,在电力系统中存在并实际发生作用的谐波源主要是谐波电流源。故控制电力系统谐波的主要任务是控制谐波源注入电网的谐波电流,从而将电力系统的谐波电压控制在允许的范围内。http://www.360qkw.com


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