諧波產(chǎn)生的原因、種類、危害和抑制方法

在電力系統(tǒng)中，諧波污染與電磁干擾、功率因數(shù)降低成為了三大公害。

一、 諧波產(chǎn)生的原因

諧波是指一個(gè)電氣量的正弦波分量.其頻率為基波(電力系統(tǒng)把50赫茲的電壓或者電流波，叫做基波，不是50Hz的電壓、電流就是諧波)頻率的整數(shù)倍，不同頻率的諧波對(duì)不同的電氣設(shè)備會(huì)有不同的影響。諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生，當(dāng)正弦波(基波)電壓施加到非線性負(fù)載上時(shí)，負(fù)載吸收的電流與其上施加的電壓波形不一至，其電流發(fā)生了畸變。由于負(fù)載與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)相連接，這樣畸變電流就可以流人到電網(wǎng)中，這樣的負(fù)載就成了電力系統(tǒng)中的諧波源。

二、 諧波源的種類

在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要諧波源有兩種。

1.含有半導(dǎo)體等非線性電氣元件的用電設(shè)備。比如工業(yè)中常見的各種整流電氣裝置、大容量變頻器、大型交直流變換裝置以及其他的電力、電子裝置。

2.含有電弧和鐵磁材料等的非線性材料的用電設(shè)備，比如電弧爐、變壓器、發(fā)電機(jī)組等電氣設(shè)備。

三、諧波的危害

1.使供電線路和用電設(shè)備的熱損耗增加。

(1) 諧波對(duì)線路的影響

對(duì)供電線路來說，由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，線路電阻隨著頻率的增加會(huì)很快增加，在線路中會(huì)有很大的電能浪費(fèi)。另外，在電力系統(tǒng)中，由于中性線電流都很小，所以其線徑一般都很細(xì)，當(dāng)大量的諧波電流流過中性線時(shí)，會(huì)在其上產(chǎn)生大量的熱量，不僅會(huì)破壞絕緣，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成短路，甚至引起火災(zāi)。

而當(dāng)諧波頻率與網(wǎng)絡(luò)諧振頻率相近或相同時(shí)，會(huì)在線路中產(chǎn)生很高的諧振電壓。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿，造成惡性事故。

(2) 對(duì)電力變壓器的影響

諧波電璉的存在增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及銅損，對(duì)帶有不對(duì)稱負(fù)荷的變壓器來說，會(huì)大大增加勵(lì)磁電流的諧波分量。

(3)對(duì)電力電容器的影響

由于電容器對(duì)諧波的阻抗很小，諧波電流疊加到基波電流上，會(huì)使電力電容器中流過的電流有很大的增加，使電力電容器的溫升增高，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸。同時(shí)，諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中形成諧振，并又施加到電網(wǎng)中。

(4)對(duì)電機(jī)的影響

諧波會(huì)使電機(jī)的附加損耗增加，也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)，產(chǎn)生甚至引起諧波過電壓.使得電機(jī)絕緣損壞。

2.對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響

對(duì)于電磁式繼電器來說，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)以及自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作或拒動(dòng)，造成整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性降低.容易引起系統(tǒng)故障或使系統(tǒng)故障擴(kuò)大。

3.對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。

在電力線路上流過幅度較大的奇次低頻諧波電流時(shí)，通過電磁耦合，會(huì)在鄰近電力線路的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓。干擾通信線路的正常工作，使通話清晰度降低，甚至?xí)鹜ㄐ啪€路的破壞。

4.對(duì)用電設(shè)備的影響

電力諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的顯示亮度發(fā)生波動(dòng)，圖像或圖形發(fā)生畸變，甚至?xí)箼C(jī)器內(nèi)部元件損壞，導(dǎo)致機(jī)器無法使用或系統(tǒng)無法運(yùn)行。

5.對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

當(dāng)一定頻率的諧波對(duì)用電設(shè)備有影響時(shí)，會(huì)使設(shè)備工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生批次性產(chǎn)品報(bào)廢。

6.諧波對(duì)計(jì)量?jī)x表的影響

諧波的存在會(huì)使計(jì)量?jī)x表的指示產(chǎn)生誤差，甚至?xí)?dǎo)致計(jì)量設(shè)備無法工作。

四、諧波的抑制方法

1. 改善供電系統(tǒng)

對(duì)于供電系統(tǒng)來說，諧波的產(chǎn)生不可避免，但通過加大供電系統(tǒng)短路容量、提高供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)、加大供電設(shè)備的容量、盡可能保持三相負(fù)載平衡等措施都可以提高電網(wǎng)抗諧波的能力。

2. 降低諧波源的諧波含量

在線路中對(duì)諧波源采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生，這種方法能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可在很大程度上避免諧波造成的影響。

(1)采取脈寬調(diào)制(PWM)法

采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，在所需要的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖，這種方法可以大大抑制諧波的產(chǎn)生。

(2)增加整流器線路中的脈動(dòng)數(shù)整流器件是電網(wǎng)中的主要諧波源，對(duì)于整流器件來說，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可以使波形平滑，諧波的產(chǎn)生量減少。

3. 在諧波源處吸收諧波電流

這是目前應(yīng)用最廣泛的諧波抑制方法。主要有以下幾種：

(1)采用無源濾波器加以抑制

無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、R、C元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)諧振回路的諧振頻率與某一諧波頻率相同或相近時(shí)，即可阻止該頻率的諧波進(jìn)入電網(wǎng)。

(2)采用有源濾波器加以抑制

利用可控的功率半導(dǎo)體器件，向電網(wǎng)中輸入與原有的諧波電流幅度相等相位相反的電流，使電網(wǎng)中的總諧波電流趨向于零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波的目的。

(3) 通過加裝靜止無功補(bǔ)償裝置加以抑制

在諧波源處并聯(lián)加裝靜止無功補(bǔ)償裝置，可以有效減少波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，也可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變，還可以補(bǔ)償功率因數(shù)。

(4)防止電容器組對(duì)諧波的放大在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用，當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起到放大作用，危及電容器本身和附近其他電氣設(shè)備的安全，可以采取串聯(lián)電抗器或?qū)㈦娙萜鹘M的某一支路改為濾波器的方法來限制對(duì)諧波的放大，也可以通過限制電容器組的投入容量來避免電容器對(duì)諧波的放大。電氣百家