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諧波的危害這么大!你曉得不???

人氣:336次發表時間:2020-05-07

一. 何為諧波?

在電力系統中諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時,與所加的電壓不呈線性關系,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產生。諧波頻率是基波頻率的整倍數,根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明,任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率,幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次性,第3、5、7次編號的為奇次諧波,而2、4、6、8等為偶次諧波,如基波為50Hz時,2次諧波為l00Hz,3次諧波則是150Hz。一般地講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統中,由于對稱關系,偶次諧波已經被消除了,只有奇次諧波存在。對于三相整流負載,出現的諧波電流是6n±1次諧波,例如5、7、11、13、17、19等,變頻器主要產生5、7次諧波。


“諧波”一詞起源于聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國,由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。


到了50年代和60年代,由于高壓直流輸電技術的發展,發表了有關變流器引起電力系統諧波問題的大量論文。70年代以來,由于電力電子技術的飛速發展,各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛,諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分和關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議,不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標準和規定。


二、無功功率的影響和諧波的危害


1.無功功率的影響


(1)無功功率的增加,會導致電流增大和視在功率增加,從而使發電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時,電力用戶的起動及控制設備、測量儀表的尺寸和規格也要加大。


(2)無功功率的增加,使總電流增大,因而使設備及線路的損耗增加,這是顯而易見的。


(3)使線路及變壓器的電壓降增大,如果是沖擊性無功功率負載,還會使電壓產生劇烈波動,使供電質量嚴重降低。


2.諧波的危害


理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現,對公用電網是一種污染,它使用電設備所處的環境惡化,也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前,人們對諧波及其危害就進行過一些研究,并有一定認識,但那時諧波污染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來,各種電力電子裝置的迅速發展使得公用電網的諧波污染日趨嚴重,由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生,諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面。


(1)諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗,降低了發電、輸電及用電設備的效率,大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。


(2)諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外,還會產生機械振動、噪聲和過電壓,使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。


(3)諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,這就使上述(1)和(2)的危害大大增加,甚至引起嚴重事故。


(4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作,并會使電氣測量儀表計量不準確。


(5)諧波會對鄰近的通信系統產生干擾,輕者產生噪聲,降低通信質量;重者導致住處丟失,使通信系統無法正常工作。


如何治理電氣中的諧波?


 1.諧波治理的總體思路。諧波的治理應當首先考慮預防,控制好諧波產生的源頭,使系統中產生的諧波盡量減小,就可以更方便的治理或者不用再進行進一步的治理。


 2.治理諧波的預防性措施。預防性的解決辦法是指避免諧波及其后果出現的措施,如下。


整流器中的相位抵消(通過選擇合適的相位移動,由低脈波數整流器構成的高脈波數整流器可以消除諧波)或諧波控制。


 3.治理諧波的補救性措施。補救性的解決方法是指為克服既有諧波問題所采用的技術,包括使用LZS無源濾波器、有源濾波器等。


 4.增加在線式電能質量監測裝置,路之生的在線式的電能質量監測裝置,無論是諧波還是其他電能問題,都可以長時無縫地進行監測。

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