谐波的危害[1].doc

高次谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器过热，缩短使用寿命。高次谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机铁心损耗明显增加，而且还将会使电动机转子发生振动，严重影响机械加工的产品质量。高次谐波对电容器的影响更为突出，含有高次谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，电容器极易因过负荷而烧坏。此外，高次谐波电流可使电力线路的能耗增加，使计算电费的感应式电度表的计量不准确；还可能使电力系统发生电压谐振，在线路上引起过电压攀升，有可能击穿线路设备的绝缘。高次谐波的存在，还可能使系统的继电保护和自动装置误动或拒动，并可对附近的通信设备和线路产生信号干扰。 因此，国家标准-./0+谐波使电力仪表读数精度降低,有时甚至完全失去意义;谐波致使电力系统继电保护误动作或拒动。谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的污染日益严重,谐波源的注入使电网谐波电流!谐波电压增加,其危害波及全网,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害现将对具体设备的危害分析如下:(1)交流发电机同步电动机及感应电动机在定子绕组和转子绕组产生附加热损耗,热损耗除谐波电流铜损I2nR以外,还由于电流的集肤效应,产生附加损耗,对转子引起热损耗增大对大型汽轮发电机来说,若发生多次谐波振荡,谐波电流超过额定电流的25%时,由于上述原因可能会导致转子局部过热而损坏对变压器来说,铁芯产生热损耗,尤其是涡流损耗大,在变压器绕组中有谐波电流,在铁芯中感应磁通,产生铁损(2)架空线路谐波电流产生热损,较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸失败电缆中的谐波电流会产生热损使电缆介损!温升增大(3)电力电容器由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗,加快电力电容器绝缘老化系统谐波电压或电流发生谐振则引起过电压和过电流,对电气设备绝缘损坏,引起噪音与振动(4)电子计算机会由于谐波干扰发生失真;工业电子设备功能会因其被破坏(5)对继电保护!自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作,造成电能计量的误差(6)谐波电流在高压架空线路上的流动除增加线损外,还将对相邻通讯线路产生干扰影响 标准正弦波电源供电的变频电机在机电能量转换过程中产生的损耗一般可以分为下列四类。1.1定子和转子的铜耗 这是定子和转子电流在绕组中产生的电阻损耗。1. 2基本铁耗 这是由主磁场在铁心内发生变化时产生的，包括交变磁化、旋转磁化引起的磁滞损耗和涡流损耗。1. 3机械损耗 它包括通风损耗(由转子旋转引起的转子表面与冷却气体之间的摩擦损耗以及安装在电机转轴上的或由电机本身转轴驱动的风扇所需的功率)、轴承摩擦损耗等。1.4杂散损耗 (l)空载时铁心中杂散损耗，主要是指定子和转子开槽而引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的表面损耗和因开槽而使对方齿中磁通因电机旋转而变化所产生的脉振损耗。 (2)负载时铁心中杂散损耗，这是由于定子和转子的工作电流所产生的漏磁场在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。 以上是标准正弦波电源供电时变频电机内部产生的损耗，当采用变频器供电时，变频电机内部除了基波产生的上述损耗外，高次谐波还会在电机内产生以下附加损耗(a) 高次谐波带来的定子和转子附加铜损耗; (b)高次谐波带来的定子附加铁耗; (c)高次谐波使主磁场发生畸变导致转子轴向窜动而产生的附加机械损耗; (d)高次谐波带来的附加杂散损耗; (e)三相异步电动机在高频下运行时，集肤效应使转子电阻增加导致转差铜耗显著增加。非正弦波电源供电时，除了高次谐波引起的附加损耗外，变频电机在高频下运行时集肤效应变得不容忽视，下面从电机试验上探讨高次谐波和集肤效应对变频电机发热的影响。4. 1高次谐波对变频电机发热的影响变频电机采用变频器电源时，电压和电流波形均为非正弦波此时除基波外还存在一系列高次谐波电压和电流，高次谐波电压和电流会使电机产生附加损耗卜从而引起电机发热增加。从3.1试验结果来看，试验电机铁耗、机械耗较采角工频电源时分别增加了2230W . 1760W;从3.2试验结果来看，试验电机定子铜耗、转子铜耗较采用工频电源时分别增加了629W . 1 i89W。铁耗、机械耗铜耗以及杂散耗的增加直接导致了变频电机温升的增加，从本次试验来看受高次谐波的影响，该电机SOHz时温升增加了6K04. 2集肤效应对变频电机发热的影响 在电机槽中放置整块导体组成的线棒，当导体中通以交流电时，由于导体沿槽高上截面各部分的漏磁通匝链数不相同，因此感应电势也不一样。由此在导体内部形成涡流，使得电流在导体截面上的分布不均匀，导体中的电流密度由槽底逐渐向槽口增加，使导体中的电流趋向表面，这种现象就是所谓的集肤效应。这种效应相当于导体的有效截面减小了、因此导体的交流电阻要比直流电组为大。导体中形成的涡流将产生附加涡流损耗，导致电机效率降低、温升增加。从3.3.1试验结果和图2可以看出，试验电机运行频率在50Hz以上时，转子电阻显著增加(集肤效应明显)，因此引起转子发热增加。从3.3.2试验结果和图4可以看出，集肤效应使得F（频率）上升，电阻R2上升，X2下降，而试验电机在不同运行频率下保持输出功率不变，即保持（1-S）R2/S不变，从而使得I2上升，导致I1上升。硅整流装置是一个主要的谐波源,下面较详细分析我厂电力系统10kV母!母的谐波情况,见图1我厂的10kV母!母,由两台110/10kV,容量分别为45000kVA和50000kVA的主变供电,母!母下面接有11组整流机组和第二配电所,如图1所示整流变压器中一次接线方式交替为v形和Y形二次接线均为双反星形接线,即接线方式为Y(v)/Y整流机组的接线为三相桥式整流,具体接线如图2所示由图2可以看出,该整流装置直流侧的脉波数n=6下面分析该整流装置的谐波情况设直流侧的整流平均电流为Id,交流侧以A相为例,设整流变中A相电流为ia,那么,就很容易得到图3所示的ia波形可见,ia的波形是一个幅值为Id,宽为2P/3的矩形波这种波形的电流对10kV系统的影响,可利用数学知识进行分析,将此波形展开为傅氏级数时会有如下特点: 将正半波和负半波平移P后,正负半波将对称于横轴既有f(Xt)=-f(Xt?P)成立,因此该波形的傅氏级数展开式中不会含有直流分量及偶次分量谐波从图3的波形看:它是一个关于坐标原点对称的奇函数,因此,在傅氏级数展开式中将只有正弦分量,而没有常数项及余弦项在三相电流平衡且对称的情况下,硅元件的导通角均为2P/3,因而交流侧的电流中没有3及其倍数次谐波分量依据上述特点,则可得出ia的傅氏级数展开式为: 由式即可得出:在铝电解系统10kV母线上存在有:5次!7次!11次!13次,高次谐波,这些谐波分量中,幅值最大,影响较严重的是5次和7次谐波1.2 谐波对并联补偿电容器的影响与危害由前面的图1可见:二配的并联补偿电容器和整流机组都接于10kV!母上因而,存在于10kV!母中的高次谐波必然对电容器产生影响我厂第二配电所有两组补偿电容器211和214回路,容量分别为7200kvar和4950kvar,其原先的接线方式如图4所示在图4所示的运行方式中,运行中的电容器组经常出现过热,胀肚,熔断器熔断和电容器响声异常等现象,严重时使大面积电容器损坏,无法正常运行电容器为什么会出现上述现象呢?我们以正216和211回路为例,通过简单计算这个L-C电路来分析说明:正216的限流电抗器L与211的补偿电容器C组成了一个L-C串联电路由上面的计算可以看出:5次谐波时的感抗XL和容抗Xc非常接近,即XLUXc,极易造成两者在5次谐波时发生的串联谐振,这就是211电容器组发生过热,胀肚的原因下面的图5,图6分别是该回路等效的接线原理图和XL!Xc的曲线,X=f(f)是一条直线;Xc=f(f)是一条双曲线从图中可以更清楚地看出,两者在5次谐波处的值很接近通过对正217和214所组成的串联L-C电路进线分析计算也可得出同样的结论,这里就不再重复了2 高次谐波的抑制和消除措施通过以上的分析计算可以知道,影响二配电容由于电感线圈有多组抽头,通过适当的抽头,就可改变ng的值使得ng正好等于你要消除的某次谐波,若要消除的是5次谐波,使ng=Xc/XL=5即可但该滤波器存在如下缺点:该单调滤波器只能在一个谐波频率下发生谐振,也就是说一个滤波器只能消除一个频率下的谐波若要消除的谐波较多,则投资较大由于电感线圈的抽头有限,加之电容器C的电容值会随着温度的介质老化等原因发生变化,因而很难把滤波器的谐振点完全调谐到某次谐波频率上,即不能发生完全谐振,影响滤波效果2.2 在补偿电容器回路串接电抗器电容器回路中串接限流电抗器这个感性元件作用就在于抑制侵入电容器回路的谐波电源,同时2.2 在补偿电容器回路串接电抗器电容器回路中串接限流电抗器这个感性元件作用就在于抑制侵入电容器回路的谐波电源,同时使电容器避开在某次谐波上与系统感抗发生谐振的可能性电容器回路中加电抗器后,由于XcWf,使回路中对高次谐波的阻抗成倍增加,谐波频率越高,电抗器的抑制作用也就越大,从而有效地抑制谐波电流对电容器的危害,若电抗器的电感选择得当,使得电容顺回路在电网最低次谐波作用下,回路的总电阻为感抗而不是容抗,那么,也就保证了在电网任何次谐波作用下,回路阻抗总表现为感性而非容性,从而就能从根本上消除补偿电容器与系统感抗在谐波下产生谐振的可能性此时,电抗器的基波感抗值可按下式确定: 当前，高次谐波的干扰已成为电力系统中影响电能质量的一大“公害”。 高次谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器过热，缩短使用寿命。高次谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机铁心损耗明显增加，而且还将会使电动机转子发生振动，严重影响机械加工的产品质量。高次谐波对电容器的影响更为突出，含有高次谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，电容器极易因过负荷而烧坏。此外，高次谐波电流可使电力线路的能耗增