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第七十四讲 谐波具体的来源与危害

发布时间:2020-01-09 09:36:10点击量:

   谐波的来源主要有两个方面,一是输配电系统产生的,二是用电设备产生的,并且这是谐波的主要来源。其产生的原因是正弦电压加压于非线性负载,但流过的电流是非正弦的,电流波形发生畸变。

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节康科技中央节能保护装置

 

从用电设备角度看,主要有以下三类:

 

一是电子装置:如整流器、逆变器、斩波器、变频器等各种各样的直流变流装置,以及双向晶间管可控开关设备。晶闸管整流装置等,统计表明,电力电子装置所产生的谐波,占所有谐波的40%,是最大的谐波源。

 

二是变压器:这是配电系统中产生谐波最多的设备。因为变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,国中上变压器设计时的经济性考虑,将其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,造成磁化电流呈尖顶波形,导致含有奇次谐波。其谐波的大小,与磁铁的结构形式、铁心的饱和度有关。铁心的饱和度越高,变压器工作点偏离线性越远,谐波电流就越大。其中,3次谐波电流,可高达额定电流的0.5%。

 

三是用户端的低压电气设备产生的谐波。各种节能灯、计算机、电冰箱、洗衣机、微波炉、激光打印机、充电器、医疗设备、调整马达等电气设备,通常含有非线性元件。空调用压缩机、大型电梯等,都用昌闸管小功率整流装置,小容量变压器等,其励磁电流所占比例较大。虽然单个容量小,从数十瓦到数千瓦不等,但因数量大,分布广泛,产生的高次谐波也不少。

 

其它非线性设备也是电力系统谐波源,如电抗器、气体放电灯、电弧焊设备、电弧炉、整流设备、电子电压调整设备、变频设备、电弧炉、感应炉、现代工业设施为节能和控制使用各种电力电子设备、非线性负荷以及多种家用电器和照明设备、办公设备等。

 

谐波的危害主要有:

 

(1)由于谐波不经治理是无法自然消除的,因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠加导致线路损耗增加、电力设备过热,从而加大了电力运行成本,增加了电费的支出。

 

(2)谐波电流会影响电力系统的多个工作环节,包括变压器、中性线,还有电动机、发电机和电容器等。无功补偿电容器会因电网电压谐波畸变而产生过热,谐波将导致严重过流;谐波电流会导致变压器、电动机和备用发电机的运行温度(K参数)严重升高。中性线上的过电流(由谐波和不平衡引起)不仅会使导线温度升高,造成绝缘损坏,而且会在三相变压器线圈中产生环流,导致变压器磁滞和铜耗增加,所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热,噪声增大,从而加速绝缘老化,大大缩短了变压器、电动机的使用寿命,降低供电可靠性,极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。

 

(3)电网中含有大量的谐波源(变频或整流设备)以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷,这些电气设备处于经常的变动之中,极易构成串联或并联的谐振条件。当电网参数配合不利时,在一定的频率下,形成谐波振荡,产生过电压或过电流,危及电力系统的安全运行,如不加以治理极易引发输配电事故的发生。

 

(4)对旋转的发电机、电动机,由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗,从而降低发输电及用电设备的效率,更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机产生震荡力矩,可能引起机械共振,造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳循环,导致设备无法正常工作。

 

(5)继电保护自动装置对于保证电网的安全运行具有十分重要的作用。但是,由于谐波的大量存在,易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动,特别在广泛应用的微机保护、综合自动化装置中表现突出,引起区域(厂内)电网瓦解,造成大面积停电等恶性事故。

 

(6)电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差,达不到正确指示及计量(计量仪表的误差主要反映在电能表上)。断路器开断谐波含量较高的电流时,断路器的遮断能力将大大降低,造成电弧重燃,发生短路,甚至断路器爆炸。

 

(7)由于谐振波的长期存在,电机等设备运行增大了振动, 使生产误差加大,降低产品的加工精度,降低产品质量。

 

(8)当输电线路与通讯线路平行或相距较近时,由于两者之间存在静电感应和电磁感应,形成电场耦合和磁场耦合,谐波分量将在通讯系统内产生声频干扰,从而降低信号的传输质量,破坏信号的正常传输,不仅影响通话的清晰度,严重时将威胁通讯设备及人身安全。

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