2022年电力系统谐波的产生危害及谐波治理 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 申报论文中 级题目： 电力系统谐波的产生、危害及谐波治理单 位： 江苏中能硅业科技进展姓名：年 7 吴静日申报专业：化 工 电 气 2022 月 20 1 / 7名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电力系统谐波的产生、危害及谐波治理吴静【摘要】：阐述了电力系统的重要性,具体分析了电力系统谐波产生的缘由,对各类电器及 系统设备的危害,谐波的抑制和治理【关键词】：电力系统；电力谐波；谐波危害；谐波治理引言电力是现代人类社会生产与生活不行缺少的一种主要能源形式；随着电力电 子装置的应用日益广泛, 电能得到了更加充分的利用； 但电力电子装置带来的谐 波问题对电力系统安全、 稳固、经济运行构成潜在威逼, 给四周电气环境带来了 极大影响； 因此,电力系统谐涉及其治理的讨论已经严肃地摆在了电力科技工作 者面前,本文对谐波的产生、危害及谐波治理的方法进行探讨；一谐波的产生产生谐波的根本缘由在于电力系统中存在大量非线性负荷；当正弦基波电压设电源阻抗为零时 作用于非线性负荷时, 负荷吸取的电流与施加的电压波形 不同；同时,畸变的电流又会影响电流回路中的其它设备；但在实际系统中,电源阻抗不为零, 畸变电流将在电源阻抗上产生压降,使电源端电压发生畸变, 从而对系统中全部负荷产生影响； 非线性负荷产生的谐波电流重量的数值与基波电 压值和电力系统的阻抗无关；因此,大部分谐波源可看成是恒流源；一般,谐波源可分为以下几类：电源本身产生谐波由于发电机制造工艺的问题, 致使电枢外表的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波,因此,产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势,即所产生的电流稍稍偏离正弦电流；几个这样的电源并网时,总电源的电流也将偏离正弦波；非线性负载产生谐波谐波产生的另一个缘由是由于非线性负载；2 / 7当电流流经线性负载时, 负载上名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电流与施加电压呈线性关系; 而电流流经非线性负载时,就负载上电流为非正弦电波,即产生了谐波；主要非线性负载装置产生的谐波有 : 1变压器空载合闸涌流产生谐波：铁芯中磁通变化时,会产生 8 至 15倍额定电流的涌流, 由于线圈电阻的存在, 变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可到达稳固；所产生的励磁涌流所含的谐波成份以3 次谐波为主；2单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰：电力电子调速系统普遍应用于工业中改良电机效率及敏捷性设备,调速装置内电力电子器件对过电压特殊敏感,因此线路中瞬态过电压会造成调速系统的过电压爱护误跳闸；由于与中压母线相连的电容器要常常操作,这意味着调速系统误跳闸事故会常常发生；3电压互感器铁磁谐振过电压：在我国 10kV 中性点不接地配电网中, 为了监视对地绝缘, 一般采纳三相五柱式电压互感器；正常运行时, 三相对地电压是平稳的, 但当发生单相接地等故障时,会导致三相对地电压不平稳, 有可能使电压互感器线圈电感 L 和系统对地电容 C在参数上满意谐振条件, 从而产生谐振过电压；4整流器和逆变器产生的谐波电压、电流：整流器的作用将沟通电转变成直流电, 而逆变器是将直流电转变成沟通电；从整流器的输出端看, 每相电流波形为矩形波, 不是正弦波, 利用傅氏级数绽开式绽开周期的矩形波形,可以看到除了工频正弦波外, 仍叠加了一系列高次波形谐波；电动机采纳变频器进行调速,除高精度实现调速外, 仍节约大量电能, 但变频调速过程中要产生高次谐 波,高次谐波的污染, 干扰工艺测量变送器、 可编程掌握器及智能掌握器的正常 工作,谐波仍能使变压器、电动机、电容器及电抗器等产生过热；5电弧炉运行引起电压波动：随着冶炼工业的进展,当然会更多地使用电弧炉,这是一个重要负荷；运行时,电极和金属碎粒之间会发生频繁断路,而 在熔化期间,电源两相短路,一旦熔化金属从电极上落下,电弧熄灭,电源又开 路,因此,冶炼过程是频繁的短路、 开路、短路的过程,会引起用户端电压波动,这种谐波以 3 次谐波为主；二供配电系统谐波产生的危害谐波对电能损耗的影响谐波增加了输、 供和用电设备的额外附加损耗,使设备的温度过高, 降低了设备的利用率和经济效益； 在抱负的正弦波的情形下, 无功功率 Q仅仅反映了电 3 / 7名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 能在电源与负载之间交换或传递的幅度；但是,在谐波环境下的无功功率 Q 中,一部分反映了电能在电源与负载之间交换的幅度,仍有一部分就主要做了 “ 无用功” ；这是由于多数用电设备都被设计成工作在50Hz的正弦波电网中, 故它们不能有效地利用谐波电流 , 于是这部分能量就只能通过发热、电磁辐射、振动和噪 音等途径耗散掉 , 成为“ 无用功” ,并同时造成各种环境污染；1 电力谐波对输电线路的影响谐波电流使输电线路的电能损耗增加；当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点邻近的谐振区内时,对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿；2电力谐波对变压器的影响谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度, 谐波电流的存在增加了铜损； 对带有非对称性负荷的变压器而言,会大大增加励磁 电流的谐波重量；3电力谐波对电力电容器的影响含有电力谐波的电压加在电容器两端时, 由于电容器对电力谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,使电容器电流变大,温度上升,寿命缩短,引 起电容器过负荷甚至爆炸, 同时谐波仍可能与电容器一起在电网中造成电力谐波 谐振,使故障加剧；谐波对继电爱护和自动装置的影响特殊对于电磁式继电器来说, 电力谐波很可能引起继电爱护及自动装置误动 或拒动,使其动作失去挑选性,牢靠性降低,简单造成系统事故,严峻威逼电力 系统的安全运行；谐波对功率因数的影响1谐波对功率因数运算方法的影响；功率因数是指有功功率和视在功率比值,在系统存在谐波时的实际功率因数为：是视在功率；在抱负正弦波的情形下,功率因数PF=P/S,式中, P 是有功功率, S cos =P1/S1,式中, P1 是基波的有功功率, S1 是基波的视在功率；但是,在谐波环境中,PFcos ,即：P P S1PF= S= S1×S= PFdisp× PFdist 式中,PFdisp 为位移功率因数, PFdist 为畸变功率因数；2谐波对功率因数补偿方法的影响；传统的静电电容补偿方法只能解决由于电流相位滞后导致的无功功率问题,而对由于谐波等频率不合所导致的无功功率却无能为力；因此 , 在谐波环境中,运算静电补偿电容的容量时,应当扣除 畸变所致的无功功率, 而且这部分无功功率必需用配置电抗器、滤波器等治理谐4 / 7名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 波的方法解决；谐波导致配电系统地谐振风险增大谐波会在热效应、 耐压等方面给补偿电容器带来负面影响,故应依据谐波状况来调整电容器的耐压参数；应当留意的是,谐波仍会导致电容器过载、过热,故谐波仍会影响电容器的容量挑选；另外,配电系统中, 无功补偿电容器和变压器电抗在肯定条件下可以形成串联或并联谐振电路；前者从电网吸入谐振频率及 其相近频率的谐波电流, 从而导致电容器过载, 同时在电容器和电感上产生极高 的电压,导致相关设备绝缘击穿； 后者将向电网注入经谐振电路放大数倍的电流,从而导致电容器、 变压器及导线过载, 同样也会产生极高的谐波电压,导致相关 设备绝缘击穿；三电力系统谐波的抑制3.1 严格贯彻执行有关电力谐波的国家标准,加强治理为了削减谐波的不良影响, 电业部门必需把谐波治理纳人日常的生产治理中,建章立制,实行技术措施,强化谐波监督治理；整流设备是电网中主要的谐波源之一,通过改造换流装置, 实行特殊的接线方式或将相数较少的换流变压器联结成等效的多相形式,增加换流器相数, 或利用相互间有肯定移相角的换流变压器,有效的排除较大的低次谐波； 通过加大技术改造力度,既可节约大量资金,又能够到达抑制或降低谐波重量的抱负成效；非线性用电设备产生的谐波, 它不仅直接影响到本级电网, 而且经过变压器后,仍会影响到上几级电网； 如何使这些非线性用电设备产生的谐波不影响或少影响其他几级电网, 这也是谐波治理的一个基本方法；这一方法在电网中广泛采用,发电机发出的电能经过 Y/ 、Yo/ 、Y0/Y 等接线组别的变压器,把发电机产生的 3 次、9 次等零序重量的谐波与上级电网隔离开来,因此在 110kv 以上高5 / 7名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 压电网上, 3、9 次谐波重量很小,几乎是零；而10kV 由于大多数配变为Y/Y0接线,因此在 10kV 系统中, 3、9 次谐波重量会比高压电网大；为了削减低压对10kV 电网的影响,在10kv 配电系统中应推广使用D-yn11 接线组别的配电变压器,有效地削减 3、9 次谐波的影响；对大型电弧炉及晶闸管掌握的调功等非线性设备,由于其负荷是瞬变型的,因此宜装设能吸取动态谐波电流的静止无功补偿装置,提高供电系统承担谐波的才能；对于大容量的电力设备, 特殊是大容量的电容器组, 回路内增设限流装置 或串联电抗器,以抑制电力谐波的产生；目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法,大多采纳安装滤波器来削减谐波重量；滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类；有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与正弦波相比较,差额部分由有源滤波器进行补偿,这是谐波治理的进展方向； 随着科学技术的进展, 功率电子元件的成本下降, 这一技术肯定会在谐波治理上占主导位置；无源滤波器是通过L、C串联或并联,使其在某次谐波产生谐振,当发生串联谐振时,使滤波器两端该次谐波的电压很小,几乎接近零, 这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处,从而使变压器的一次侧该次谐波的重量也很小, 到达对该次谐波治理的目的； 串联无源滤波器多用于 对 5、7、n 次谐波治理中, 而且往往同时采纳两组以上滤波器,谐振在 5、7 次,同时起补偿电容器组的作用；四终止语随着非线性电力设备的广泛应用,电力系统中谐波问题越来越严峻,谐波问题涉及供电部门、 电力用户和设备制造商, 已引起人们的高度重视； 谐波的讨论 涉及到很多相关学科, 因此,必需努力加强在应用基础方面的讨论工作,采纳谐 波治理方面的先进技术,推动我国电力系统谐波综合治理的进程；参考文献 : 1 许克明 . 徐云 . 电力系统高次谐波M. 重庆：重庆高校出版社,1991. 6 / 7名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 J. 中国测试技术,2005,316:64-67. 3 M. 北京：中国电力出版社,1998. 4 朗维川 . 供电系统谐波的产生、危害及其防护计策 . 高电压技术, 2002,286：30. 5 WAKILEH G J . Power systems harmonics fundamentals analysis and filter designM . 北京：机械工业出版社,2007 . 7 / 7名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页