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浅谈谐波对电力系统的危害及防范措施

时间:2012-06-19 10:59来源:未知 作者:admin 点击:
一、 谐波的基本概念 在理想的电力系统中,电压和电流波形都是工频正弦波形,但在现实应用中,由于非线性负荷的存在,电网电压或电流的波形往往偏离正弦发生畸变,畸变波形可以用一系列不同频率的正弦函数之和来近似表示。 而谐波就是这些非基波频率的各次波。谐波主要是冶

一、 谐波的基本概念
  在理想的电力系统中,电压和电流波形都是工频正弦波形,但在现实应用中,由于非线性负荷的存在,电网电压或电流的波形往往偏离正弦发生畸变,畸变波形可以用一系列不同频率的正弦函数之和来近似表示。 而谐波就是这些非基波频率的各次波。谐波主要是冶金如电弧炉、电焊机等、化工、电气化铁路及其他行业的换流设备、非用电设备产生的,这些设备统称为谐波源。

二、谐波对电力系统的危害
  随着谐波源的增加,大量的谐波电流流入电网,在电网阻抗下产生谐波压降,使电压波形发生畸变,使电能质量下降。给发供电设备、用户用电设备、用电计量、继电保护带来危害。谐波在电力系统及设备内部造成的危害,具体可表现为以下几点:

1、谐波对旋转电机的影响。
  当谐波电流流过发电机时,在发电机端产生谐波压降,使端电压波形畸变,谐波电压或谐波电流在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗,这是频率升高而使集肤、磁滞及涡流等引起的损耗增加所致。而谐波产生的旋转磁场将在转子上感生谐波电流,谐波电流在转子表层流动,使转子套箍、槽楔发热。

2、谐波对变压器的影响
  谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加,使绝缘材料承受的电气应力增大,而谐波电流会使变压器的铜耗增加,并会使铁芯产生附加振动,产生附加噪音,使附加损耗增加。当外电路呈容性时,谐波电路有可能诱发谐振,对变压器危害更大。 对于供给不对称负荷的变压器,如果负荷电流中含有直流分量,它将使变压器磁路的饱和度提高,从而使交流励磁电流谐波分量大大增加。

3、谐波对电容器的影响
  在谐波电压作用下,使电容器产生额外的功率损耗,实际电网的谐波电压在许多情况下使正弦波变为更尖的形状,因此,往往使tgθ加大,加速绝缘老化,缩短了电容器的寿命。如果电容器与电网其他部门之间产生串联或并联谐振,可能发生危险的过电压、过电流,这往往引起电容器熔丝熔断或电容器损坏。当发生这些故障后,许多运行或检修人员并意识不到这些。

4、谐波对电能表的影响
  感应式电能表是目前最为广泛使用的电能计量仪表,国内外研究指出,这种表对谐波频率有负的频率误差特性,非线性负荷是谐波源,当以正弦电压供给非线性负荷时,电能表对谐波消耗的功率计量是不足的,但在谐波源的情况下,电能表记录是基波电能扣除一小部分谐波电能,因此,谐波源虽然污染了电网,反倒少交电费;在畸变电源供给线性负荷时,电能表记录的是基波电能及部分谐波电能,用户不但多交电费而且受到伤害。

5、谐波对继电保护和自动装置的影响
  继电保护和自动装置对于保证电网的安全经济运行具有重要意义,注入电力网的谐波,会引起电力网各类保护和自动装置误动或拒动,如发电机的负序电流保护、主变压器的过流保护、母线差动保护、线路各类型距离保护和高频保护等等。

6、谐波对保护负序(基波)量的干扰
  各类由负序滤过器组成的起动元件的保护及自动装置,由于其保护定值小,灵敏度高,在谐波干扰下很容易发生误动。国内已发生过因此引起的200MW发电机跳闸和区域电网瓦解,造成大面积停电的恶性事故。这类误动作在一些谐波含量较高的电网中时有发生,严重威胁电网安全运行。

7、对用电设备的影响
  电压波形中含有谐波时,可能会使电视机的图象畸变,画面及亮度变化、图象翻滚,带镇流器的日光灯及水银灯会因谐振过热,导致计算机或程序出格。

  因此,加强谐波研究,抑制谐波产生减少其危害已成为当今电力企业重要课题之一。

三、谐波的管理及防范措施
  为保障电网内设备及广大用户的安全、经济运行,在GB/T14549—93《电能质量—公用电网谐波》中规定了公用电网谐波电压限值如下表:

  电网标称电压(kV) 电压总谐波畸变率(%) 各次谐波电压含有率(%)
奇次 偶次
0.38 5.0 4.0 2.0
6 4.0 3.2 1.6
10 4.0 3.2 1.6
35 3.0 2.4 1.2
66 3.0 2.4 1.2
110 2.0 1.6 0.8

  因此,为加强谐波管理,根据国家颁发的《电力法》、《电力供应与使用条例》等规程,可采取以下措施:
  (1)加强现有谐波源的管理:建立健全客户谐波源的技术档案,包括设备的容量、型式、参数、主接线,有关电容器或滤波器的参数,谐波设计计算值和实测值等。

  (2)贯彻“谁干扰、谁污染、谁治理”的原则,要求客户按标准治理合格。当谐波源产生的谐波电流或使公共连接点的谐波电压超出标准规定的允许值时,应按就地治理的原则,限期采取措施,否则,供电企业可中止对其供电。

  (3)加强新装或增容的谐波源管理:把好投运关,对具有谐波源的客户在申请用电时,根据谐波源和系统公用电网参数,进行谐波预测计算,对于超出允许值的客户,需采取限制谐波的措施,与用电设备同时投运,也就是说,对客户工程同时设计、同时施工、同时接入电网。新设备投运后,进行谐波实测复核,合格者才允许接网运行。

  (4)在日常工作中,电力部门应重视谐波管理,建立健全规章制度,加强谐波监督管理,对有谐波源的客户要定期测量、检查,加强管理力度。

  (5)为提高电网电能质量和供电效率,查明电力谐波来源,为对谐波开展有效治理提供依据,有条件可将基波电能与谐波电能分别计量,并区别出谐波潮流,根据情况可对向电力网注入谐波的客户进行惩罚式计费,使其尽快采取措施,以减少由其注入给电网的谐波量,从而保证电网的可靠运行和不损害线性负荷客户的利益。

四、结束语
  综上所述,谐波是电能质量的重要指标之一,对保障电网和广大用户的电器设备安全经济运行及国民经济各行各业产品有重要意义。随着经济的快速发展,人民生活水平不断提高,家用电器、新型节能灯具等负荷产生的谐波也在增加,由于谐波使发电机、变压器等电器设备增加损耗,加速绝缘老化,破坏通信设备,干扰仪器仪表和继电保护,因此,各级电力部门应把谐波管理纳入日常生产工作中,建立健全规章制度,加强谐波监督管理,分析谐波事故,制定相应的反事故措施,向用户提供合格的电能。

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