谐波电流对供电系统的污染

2011-05-05 17:52:44来源: 互联网 关键字:供电系统  污染
整流滤波电路把输入电流变成脉冲状态,当谐波电流流入电网时,在其传输阻抗上转化为谐波电压。系统中的各种设备和传输线缆的阻抗包括电阻与感抗,仅就传输线缆而言,l0cm长的导线,其电感是0.1μH,在1.5MHz时,其阻抗为1Ω,对脉冲电流可能产生的干扰电压是不能忽视的,如图1所示。

  


  由谐波电流THDI产生的谐波电压经过各级设备和传输线缆的阻抗的叠加,产生总电压失真度THDU;电压失真度随着非线性负载上线的阻抗累积而逐步增大。

  谐波电压不仅污染电网,而且影响由该电网供电的其他系统和设备的工作,而首先受影响的是系统本身。由于谐波干扰而出现异常的现象主要表现在以下几个方面。

  (1)损坏电容

  电容中的电流值表示为:I=UCω(4-20)

  对第κ次谐波的角频率为ω=2πkf,因此第κ次谐波电容电流为Ik=-=2πkfUC,其中f=基波频率,k=谐波次数。

  显然,随着电压频率的升高,电容阻抗(1/2πf)成比例地下降,电容中的电流/随着谐波频率的提高而增大,特别是大容量电解电容,在电压富含谐波时,温升会明显增高,甚至爆炸损坏。在滤波电路中由于存在电感,当电压的谐波成分偏离滤波电路设计频率时,很可能形成振荡,使谐波进一步放大,电容会同时受到发热和过压的威胁,所以配置电容时,需要附加如下限制:

  ●U最大=1.lUn;

  ●I最大=1.3In;

  ●THDU最大≤8。

  (2)变压器降容

  谐波对变压器的影响表现在以下几个方面:

  ●由于存在趋肤效应(skin-effect),变压器绕组的阻抗随谐波次数的增大而增大;

  ●磁滞损耗与谐波频率成正比;

  ●涡流损耗与谐波频率的平方成正比。

  为了保证变压器在富含谐波的环境中正常运行,变压器必须降容使用,折算系数k由下面经验公式确定(法国标准NFC52-114):

  

  例如,用一台1000kVA的变压器为6脉冲整流电路供电,该整流器产生的谐波频谱为:H5=25%,H7=14%,H11=9%,H13=8%,THDI=31%,代入上述公式得到功率折算系数为k=0.91。因此,变压器的可用视在功率仅为9l0kVA。

  一般来说,负载的谐波必然会造成电源系统的降容,负载的功率因数越低,电源的降容也就越多。

  (3)异步电动机损耗增大

  谐波在异步电动机中产生以下的影响:

  ●增大焦耳损耗和铁损耗(定子损耗);

  ●产生脉动力矩(转子损耗,降低机械效率);

  ●谐波对电机的影响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和谐波过电压。

  因此异步电动机上的THDU必须限定在10%以下,以避免上述现象的发生。

  (4)其他影响

  谐波对电网的污染,还表现在以下几个方面。

  ①谐波使公用电网中的设备和元件产生附加的谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率。实际上谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功损耗,是电网线路损耗的一部分。再者,谐波还可能便电压波形出现尖峰,加速电缆绝缘层的老化,缩短电缆使用寿命。

  ②谐波会干扰由同一电网供电的其他电气设备的正常工作。曾经有过这样的例于,某工厂的电动机运行一直正常,但一段时间以来却陆续出现损坏。经查,是因为接于同一电网的邻近单位新投入了一台大型整流设备,因未采取抑制谐波的措施,其谐波电流的存在影响了该厂电动机的正常运行。

  ③谐波会在公用电网中引起局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,这就便上述两项危害大大增加,甚至引起严重事故。为了补偿负载的无功功率,提高功率因数,常在负载处装置并联电容器。此外,为了滤除谐波,也会装设由电容器和电抗器组成的滤波器。在工频频率下,这些电容器的容抗比系统的感抗大得多,不会产生谐振,但对谐波频率而言,系统感抗大大增加而容抗大大减小,就可能产生并联谐振或串联谐振。这种谐振会使谐波电流放大凡倍甚至数10倍,会对系统,特别对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁,常常使电容器和电抗器烧毁。在由谐波引起的事故中,这类事故占有很高的比例。

  ④谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并会便电气测量仪表计量不准确。诸如对谐波比较敏感的继电器、能反映瞬时值的电流继电器、增量继电器(有LC并联谐振电路和电阻组成的四臂电桥)、应用积分比相原理构成的高频差相保护和差动保护装置等。

  ⑤谐波会对邻近的通信和计算机系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量;重者导致信息丢失,使通信和计算机系统无法正常工作。

关键字:供电系统  污染

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0505/article_8062.html
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