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浅谈谐波的危害及主要抑制措施

1.引言

如今,随着电力电子技术的飞速发展,电力负荷的种类越来越多,尤其是变频器驱动的电机系统因其流程控制方便、节能效果明显、维护简单、网络化等优点而得到越来越多的应用。无论是哪种变频器,它都会在变频过程中输入.输出端产生高次谐波,输入端的谐波会通过输入电源线对公共电网产生影响。输出端的谐波对电机等负载有很大的负面影响,使得电网在稳定运行下产生越来越多的谐波。谐波都来自哪里.都有何影响.怎样检测.我们今天关心的是如何抑制等。


2.谐波源

谐波来源于各种谐波源,所谓“谐波源”它通常指各种特定的电气设备,即非线性电气设备或非线性电力负荷。其中,电力电子设备是电网的主要组成部分,变压器组组数量较多.铁芯电抗器.电弧炉.变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备.计算机.用于重要负载的不间断电源(ups).节能荧光灯系统.家用电器和电子设备是谐波源。这些非线性负载会导致电网污染、电力质量下降、供电设备故障、严重情况甚至火灾事故。


3.谐波危害

当电力电子设备容量达到连接的电网短路容量0时.3至0.当5倍以上,或谐波谐振引起的电网参数较低时,可能容易在一定范围内引起谐波谐振“谐波不稳定”。5.7次谐波含量占总谐波含量的比重较大,其中5次谐波含量占总谐波含量的45%,其中高达80%。谐波危害主要表现在以下几个方面:

(1)电机变压器上高谐波电流的皮肤收集效应严重时,容易造成局部高温和变压器铜损伤比例增加。

(2)由于谐波电流与基波磁场的相互作用,会产生不良的机械振动,加速轴和轴承疲劳,缩短寿命,还会增加变压器噪声。

(3)电机谐波轴承受较大谐波的电压容易击穿轴承润滑油膜,造成放电损坏轴承。

(4)电网中的大量三次谐波导致电力电容器迅速“鼓肚”和“放炮”而退出运行时,三次谐波流过中线会使线路过热甚至发生火灾。

(5)在一定条件下,电力电子设备运行过程中产生的瞬时刺电压是影响电力电缆局部放电和使用寿命的重要原因,导致电缆绝缘故障损坏。

(6)谐波还可能导致保护和自动装置的误动。

(7)谐波信号频率高.大能量可以存在电容耦合.电磁感应.电气传导等特性,对通信产生不可避免的干扰。

(8)谐波超标容易损坏电子原器件或缩短电子原器件的使用寿命。

(9)谐波会导致公共电网局部并联谐振和串联谐振,从而放大谐波,从而大大增加上述危害,甚至造成其他严重事故。


4.国家标准

gb/t14549-93电能质量-公用电网谐波如表1。

表2为谐波电流允许值,注入公共连接点。


表1 电能质量-公用电网谐波标准

霍达尔仪器


表2 注入公共连接点的谐波电流允许值

霍达尔仪器


5.谐波测量

上述谐波的危害使它成为*必要时,在电网的日常运行中检测和监测电能质量的重要指标。由于电网谐波问题的复杂性,很难通过一定的理论计算准确反映电网的实际情况。通常采用测量的电网谐波干扰,以确保电网的安全运行和高质量的电源。

目前,从仪器性能和测试目的来看,可分为:谐波检测器报警仪.谐波分析仪.电能质量综合分析仪。发达国家在谐波分析仪的开发和使用方面比较先进,仪器功能齐全.测量范围广,使用方便可靠,价格高。但是国产仪器性能还是比较差,数据采集也不理想,但是价格比较低。比如:国产的dxj一系列谐波检测仪.美国fluke电能质量分析仪.日产数字电能分析仪.国产gxf系列谐波分析仪等。


6.谐波治理

抑制谐波危害的措施主要是对谐波源本身和传播路径的抑制。基本思想:一是安装谐波补偿装置补偿谐波,二是改造电力电子设备本身,减少谐波,功率因数可控制为1,三是在市政电网中采取适当措施抑制谐波,具体方法如下:

6.1抑制谐波所采取的措施

(1)选择电力电子设备时,尽量选择脉动较大或有一定移相角的换流变压器。12相脉冲整流

thdv大约10%-15%,18相脉冲整流thdv大约3%-8%,缺点是需要专用变压器,不利于设备改造,价格较高;

(2)设备本体无法改进时,可在谐波源附近安装有源电源滤波器,吸收谐波电流,但补偿能力小,成本高;

(3)具有谐波互补性的装置应集中,否则分散或交错使用,适当限制谐波量大的工作方式;

(4)在用户进线处增加串联电抗器,以增加与电气系统的电气距离,减少谐波的相互作用;

(5)电源电压.线路阻抗.找出负荷特性不平衡的原因,改善电源三相不平衡;

(6)安装无功功率补偿装置,抑制电压波动.闪变.三相不平衡;

(7)增加供电容量,降低谐波含量;

(8)提高设备或设备的性能,提高电气设备的抗干扰能力;

(9)信号线与动力线分开布线,尽量采用双绞线减少共模干扰;

(10)在使用通信电子控制系统时,应适当增加检测信号和输出控制部分的软件滤波器,以提高系统本身的抗干扰能力。

无源电源波的安装方式简单,体积小,.无功补偿效果良好,适用于稳态谐波场所。非线性负载产生的谐波电流和滤波器与系统连接点之间的电压失真,输出和负载产生的谐波电流相等.相反的谐波电流起着补偿谐波的作用。动态性能好,响应时间短(15μs),三相补偿谐波电流低的功率损耗(小于设备额定功率的3%),适用于临时谐波或谐波成分复杂、变化快、随机性强的场所。

6.2运用实例

变频调速广泛应用于工厂,多为6脉冲触发变频器,5次谐波含量较高。我们有一个980kw/690v西门子6脉冲变频器驱动三相异步电机。诺基亚的一个无源电源滤波器并联安装在变频器的输入端,主要吸收变频器产生的5个谐波。前5个谐波失真率28.8%,投入使用后变成1.7%,补偿率超过90%。基本消除了系统的5次谐波干扰,延长了元器件的使用寿命。无源滤波器结构中的电容器提高了线路末端的功率因数,达到了100%。节能统计结果显示,投资后比投资前一个月节电8000多度,经济效益良好。


7.结束语

谐波给公共电网带来了一定程度的破坏,成为电网的污染源之一。目前,各种方法都有一定的缺点。因此,分析和研究如何抑制谐波也将成为一个非常重要的课题。


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