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谐波的概念、危害与治理

来源:九壹网
谐波的概念、危害及治理

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

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:

(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;⑴一“ 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。

在考虑提咼功率因数时,应首先提咼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 = a P30 qc

QC:需要补偿的无功容量,kvar;

P30:全企业有功计算负荷,KW;

a: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:

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。它不仅提咼功率因数,且减少线路损失,减小总电流,提咼变 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% XG

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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