电力谐波的产生原因及其抑制方法

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电力谐波的产生原因及其抑制方法
河南 郜振国  
( [, G4 ?+ e* a. {* k; n随着工业的快速发展，在电力系统中，非线性负荷大量增加。这样的非线性负荷在电网中产生的干扰越来越严重，也越来越复杂化，使得电网的供电质量越来越差，对同一电网
! p" Z3 T7 q6 E- W4 o中的其他用电设备和小型用户的影响越来越大。在电力系统中，谐波污染与电磁干扰、功率因数降低成为了三大公害。
8 R% ]0 s* t) A* c8 }& q' z一、 谐波产生的原因
谐波是指一个电气量的正弦波分量．其频率为基波频率的整数倍，不同频率的谐波对不同的电气设备会有不同的影响。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦波(基波)电压施加到非线性负载上时，负载吸收的电流与其上施加的电压波形不一至，其电流发生了畸变。由于负载与整个网络相连接，这样畸变电流就可以流人到电网中，这样的负载就成了电力系统中的谐波源。
二、 谐波源的种类
在电力系统中产生谐波的主要谐波源有两种。
8 D; ]6 `! f2 j& g1．含有半导体等非线性电气元件的用电设备。比如工业中常见的各种整流电气装置、大容量变频器、大型交直流变换装置以及其他的电力、电子装置。
2．含有电弧和铁磁材料等的非线性材料的用电设备，比如电弧炉、变压器、发电机组等电气设备。
. x- D( f  ~1 H5 V: r三、谐波的危害
2 q0 g% @0 p2 [; C1 U/ ^/ k1．使供电线路和用电设备的热损耗增加。
6 Y; P' \1 ]5 b' S(1) 谐波对线路的影响
对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中，由于中性线电流都很小，所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路，甚至引起火灾。
而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。
(2) 对电力变压器的影响
谐波电琏的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，对带有不对称负荷的变压器来说，会大大增加励磁电流的谐波分量。
(3)对电力电容器的影响
' F5 J+ D( t1 i5 Y7 P0 y* x由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中。
7 S) }4 V3 |2 o/ O4 @1 F1 p(4)对电机的影响
谐波会使电机的附加损耗增加，也会产生机械震动，产生甚至引起谐波过电压．使得电机绝缘损坏。
2．对继电保护和自动装置的影响
对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低．容易引起系统故障或使系统故障扩大。
3．对通信线路产生干扰。
在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压。干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低，甚至会引起通信线路的破坏。
4．对用电设备的影响
电力谐波会使电视机、计算机的显示亮度发生波动，图像或图形发生畸变，甚至会使机器内部元件损坏，导致机器无法使用或系统无法运行。
5．对产品质量的影响
& F4 F) ]" D/ t/ B当一定频率的谐波对用电设备有影响时，会使设备工作不稳定，导致产品质量下降。严重时会产生批次性产品报废。
  K; B1 S' j5 r6．谐波对计量仪表的影响
3 _: `0 C' u2 u: q谐波的存在会使计量仪表的指示产生误差，甚至会导致计量设备无法工作。
四、谐波的抑制方法
1． 改善供电系统
5 b: L. t1 K9 P# D. Y9 S对于供电系统来说，谐波的产生不可避免，但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。
2． 降低谐波源的谐波含量
在线路中对谐波源采取措施，最大限度地避免谐波的产生，这种方法能够提高电网质量，可在很大程度上避免谐波造成的影响。
5 I* k5 ]9 d# l; B5 E' y: q（1）采取脉宽调制(PWM)法
采用脉宽调制(PWM)技术，在所需要的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，这种方法可以大大抑制谐波的产生。
(2)增加整流器线路中的脉动数整流器件是电网中的主要谐波源，对于整流器件来说，增加整流脉动数，可以使波形平滑，谐波的产生量减少。
% ~! g; v& {9 J- Y) ], H; g3． 在谐波源处吸收谐波电流
8 |0 a" v) V' Y& x. Q- q8 l这是目前应用最广泛的谐波抑制方法。主要有以下几种：
3 C- ^1 Y9 D+ R; i. f6 ]$ u(1)采用无源滤波器加以抑制
+ D$ c+ B6 ?! f4 ~- J无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、R、C元件构成谐振回路，当谐振回路的谐振频率与某一谐波频率相同或相近时，即可阻止该频率的谐波进入电网。
5 x" B$ @4 @# Q6 J) \$ ]0 ^（2）采用有源滤波器加以抑制
% Q2 v1 C& J1 q+ r) c利用可控的功率半导体器件，向电网中输入与原有的谐波电流幅度相等相位相反的电流，使电网中的总谐波电流趋向于零，达到实时补偿谐波的目的。
2 U7 U5 S, w9 r/ A2 F5 \" x(3) 通过加装静止无功补偿装置加以抑制
' S0 V* k' G! e* _7 D& X在谐波源处并联加装静止无功补偿装置，可以有效减少波动的谐波量，同时，也可以抑制电压波动、电压闪变，还可以补偿功率因数。
% X, v0 g5 ]$ t+ \（4）防止电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用，当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起到放大作用，危及电容器本身和附近其他电气设备的安全，可以采取串联电抗器或将电容器组的某一支路改为滤波器的方法来限制对谐波的放大，也可以通过限制电容器组的投入容量来避免电容器对谐波的放大。

sandfly

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