电能质量概述讲解(共25页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上电能质量讲座1电能质量综述一、概述电能质量是通过电压来表征的, 描述电力系统或供电系统性能和测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。主要包括：l 频率偏差；l 电压偏差；l 功率因数l 三相电压不平衡度； l 谐波（波形畸变）；l 电压波动与闪变；l 暂时过电压与瞬态过电压。1）频率 我国规定50Hz正弦波为系统的标准频率，正常频率标准为50Hz±0.2Hz，系统容量较小时，可放宽到50Hz±0.5Hz。标准GB/T 159451995电力系统频率允许偏差中并没有说明系统容量大小的界

2、线，全国供用电规则中规定了供电局供电频率的允许偏差：电网容量在3000MW及以上者为0.2Hz，电网容量在3000MW以下者为0.5Hz。实际运行中，我国各跨省电力系统频率的允许偏差都保持在+0.1-0.1Hz的范围内。2）电压电网中各点的电压调节不同与频率的调节，电网各点电压主要反映该点无功功率的供需关系，电压调节一般采取无功就地平衡的方式进行无功功率补偿，从源头上进行解决，同步发电机和变压器均具有调整电压的功能。3）三相不平衡度电力系统中三相电压的不平衡度，用电压或电流负序分量与正序的均方根百分数表示：其中，U1-三相电压正序分量方均根值 U2三相电压负序分量方均根值三相电压不平衡（即存在

3、负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量在4的状态下运行，由发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。4）电压波动和闪变电压波动和闪变是指电压幅值在一定范围内有规则的变动时，电压最大值与最小值之差相对额定电压的百分比，或电压幅值不超过0.9p.u.1.0p.u.（标么值）的一系列随机变化。这种电压变化称为闪变，以表达电压波动对照明灯的视觉影响。5)谐波50Hz倍频的正弦波，是电能质量的重点问题。6）间谐波间谐波是指不是工频频率整数倍的谐波。间谐波往往由较大的电压波动或冲击非线性负荷所引起，所有非线

4、性的波动负荷如电弧炉、电焊机，各种变频调速装置，同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波源。间谐波的特点是放大电压闪变和对音频干扰，造成感应电动机振动及异常。间谐波的危害等同与整数次谐波电压的危害，我国目前没有制定相应的国家标准对间谐波限值进行规定。7）暂时过电压和瞬时过电压（1）暂时过电压是指持续时间较长的不衰减和弱衰减的（以工频一定的倍数、分数）振荡的过电压。（2）瞬态过电压是指持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。暂时过电压和瞬态过电压是由于电力系统运行操作，或遭受雷击，或发生故障等因素引起的。8）电压暂降和电压上升（1）电压暂降是指由于系统故障或干扰造成用户持

5、续时间0.5周波至1min内下降到额定电压或电流的1090。即幅值为0.1p.u.0.9p.u.（标么值）时系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平。（2）电压上升是指电压的有效值升至额定值的110以上，典型值为额定值的110180称为电压上升，即暂时超过标称值10以上，系统频率仍为标称值，持续时间为0.5周波1min，幅值为1.1p.u.1.8p.u.。二、电压异常发电机发出的是三相交流正弦电压, 某些因素会降低电压的质量, 对于三相交流系统表现在以下四个方面：Ø 电压幅值短时或规律的改变；Ø 电压波形偏离正弦形状；Ø 三相电压不对称(三个线电压的幅值和相位发生

6、偏移)；Ø 电压的频率偏离50Hz。l 电压不正常表现形式：1) 电压跌落电压跌落是指电网电压突然降低, 甚至达到电压零值。电压跌落通常由短路引起, 发生短路后除了自身电网及下级电网受到影响外, 相邻电网也会受到影响。短路后自动重合闸装置的动作时间一般为10ms2s。如果用户馈线发生短路, 则停电时间会长一些, 因为需要检查线路和排除故障。2) 电压不对称如果在三相电网的某一相或两相间接有大功率的负载, 则会出现电压不对称。电压不对称会使电气设备(例如电动机)的热损耗增加和发生振动。3) 缓慢电压改变由于负载的缓慢变化引起电压的改变, 电力部门通常采用有载调压变压器, 自动跟随电压的

7、改变, 使输出电压保持为额定值。低压电网中电压偏移的程度一般不应超过±10%。4) 快速电压改变快速电压改变是指电压较小幅值(3%)的突然变化, 或者规律性出现(电焊机), 或者不规则出现(电弧炉)。这种快速的电压改变可以导致照明灯发生闪烁(闪变)。5) 谐波电压产生谐波的设备主要有电视机、照明装置、变流器和电弧炉等。谐波使电压波形发生畸变, 导致电气设备发生功能错误, 使电动机、电容器和电缆增加热损耗。6) 传输过电压由于线路或设备落雷会产生传输过电压, 各种电气设备和开关的开闭操作也会导致传输过电压,其延续时间通常在微秒或毫秒范围。l 引起电压异常的原因：Ø 电网

8、16; 大气影响(例如雷电、风暴、雾霜等)其它外部影响(例如挖掘机损坏电缆, 导致单相接地或断电)。Ø 相邻负载Ø 自身影响Ø 用户内部电网短路可导致供电中断, 各种电气设备的关合操作也会产生相互干扰。l 电压不正常引起的短时影响：Ø 开关或接触器掉电Ø 变流器换相故障Ø 计算机计算错误, 数据丢失Ø 线路损耗增加Ø 导线绝缘破坏甚至击穿Ø 并联电容器谐振过流l 电压不正常引起的长期影响：Ø 设备过热Ø 材料疲劳Ø 设备及绝缘材料过早老化在电压从额定值降低10%(长期)和30

9、%(短时)的情况下, 大多数设备能够正常工作, 但某些敏感电气设备(例如工业控制计算机)在电压低于额定值的3%时可能会发生故障。三、干扰一个公用电网接有各种各样的负载, 由于电网的传输特性, 各个设备间的干扰是不可避免的。发射干扰的设备主要有变流器、电弧炉和电焊机等, 尤其是电力电子装置的使用越来越多, 对电网产生污染。四 稳态电能和暂态电能问题电能质量问题可以划分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问题。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，是电能质量的主要方面，影响范围广，程度深，其主要性能指标是：电网频率、电压偏差、不平衡度、谐波、电压闪变。暂态电能质量问题通常是以频谱和持续时间为特征，它属

10、于稳态电能质量问题的延伸，暂态电能质量问题其实质就是暂态电压质量问题，或者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的系统冲击问题，其主要性能指标是：电压瞬变、电压闪变、电压骤升、骤降及瞬时电压中断。瞬态：半个周波（10ms)以内暂态：从10ms 到1min稳态：1min以上电压暂时的变化类别频谱条件持续时间电压大小脉冲纳秒5ns rise<50ns微秒1s rise50ns1ms毫秒0.1ms rise>1ms振荡低频<5KHZ0.350ms04pu中频5500KHZ20s08pu高频0.55MHZ5 s04pu电压长时变化类别持续时间电压大小持续中断>1min0.0

11、pu欠电压>1min0.8 to 0.9pu过电压>1min1.1 to 1.2pu2 电能质量监督标准体系GB 12325-2003电能质量 供电电压允许偏差 GB 12326-2000电能质量 电压波动和闪变 GB/T 145491993电能质量 公用电网谐波 GB/T 15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度GB/T 15945-1995电能质量 电力系统频率允许偏差GB/T 18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求电综【1998】211号 电网电能质量技术监督管理规定电能源【1998】18号 电力

12、系统电压和无功电力管理条例SD 1261984 电力系统谐波管理暂行规定DL 755-2001电力系统安全稳定导则DL/T 1053-2007 电能质量技术监督规程2.1GB/T1594595 电能质量 电力系统频率允许偏差一般不得超过±0.2Hz，最大可放宽至±0.5Hz2.2GB1232590 电能质量 供电电压允许偏差1）发电厂和变电站的母线电压允许偏差值330kV及以上变电站母线电压允许偏差值330kV及以上变电站母线正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统标称电压的+10：最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调整。2）发电

13、厂和330kV及以上变电站的中压侧母线电压允许偏差值。发电厂220kV母线和330kV及以上变电站中压侧母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统标称电压的0+10；非正常运行方式时为系统标称电压的-5十l0。3）发电厂和220kV变电站的35kV110kV母线电压允许偏差值。发电厂和220kV变电站的35kV1l0kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统标称电压的-3+7；非正常运行方式时为系统标称电压的±10。4）发电厂带地区供电负荷的和变电站的10(6)kV母线电压允许偏差值。在正常运行方式时，应使所带线路的全部高压用户和经配电变压器供电的低压用户的电压，均能符合6.1.1中的规

14、定值，一般可按0+7考虑。2.3GB/T1454993 电能质量 公用电网谐波380V系统电压总谐波畸变率小于5.0，奇次谐波电压含有率小于4.0，偶次谐波电压含有率小于2.0%。2.4GB/T1554395 电能质量 三相电压允许不平衡度电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%。短时不得超过4%。电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定。例如旋转电机按GB 755旋转电机 基本技术要求规定。2.5GB123262000 电能质量 电压允许波动和闪变1）波动概念： 波动负荷，运行过程中从供电网中取用快速变动功率的负荷。例如：炼钢电弧炉、轧机、电弧焊机等。电压波动

15、频度r ，单位时间内电压变动的次数。 电压变动d，电压变动特性上，相邻两个极值电压之差，d用百分数表示时，基数是标称电压。表 电压变动限值2）闪变 略3 电压偏差与频率偏差电压偏差即为实际供电电压与额定供电电压之间的差值。引起电压偏差的因素有无功功率不足、无功补偿过量、传输距离过长、电力负荷过重等，其中无功功率不足和无功过剩是造成电压偏差的主要原因。随着负荷增长和电力市场的开放,电压偏差越来越受到电力部门的重视。在稳态条件下,各发电机同步运行,整个电力系统的频率可以视为相同。频率是一个全系统一致的运行参数。电力系统频率偏差是指电力系统内的实际频率与标称频率之间的偏差。引起电力系统频率偏差的主要

16、原因是负荷的波动,主要包括变化周期在10s3min的负荷脉动和变化十分缓慢的持续变动分量且带有周期规律的负荷。频率对电力系统负荷的正常工作有广泛的影响,系统某些负荷以及发电厂厂用电负荷对频率的要求非常严格。要保证用户和发电厂的正常工作就必须严格控制系统频率,使系统频率偏差控制在允许范围之内。3.1电力系统电压与频率偏差造成的影响3.1.1电力系统电压偏差的影响用电设备是按照额定电压进行设计、制造的。如照明常用的白炽灯、荧光灯,其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。图1中的曲线表示白炽灯和荧光灯端电压变化时,其光通量、发光效率和寿命的变化。白炽灯对电压变动很敏感。从图1中可看出,当电压较额定

17、电压降低5%时,白炽灯的光通量减少18%;当电压降低10%时,光通量减少30%,照度显著降低。当电压较额定电压升高5%时,白炽灯的寿命减少30%;当电压升高10%时,寿命减少50%,这将使白炽灯损坏的数量显著增加。图1 照明灯的电压特性许多家用电器(如洗衣机、电风扇、空调机、电冰箱、抽油烟机等)内的单相异步电动机,电压过低会影响电动机的起动,使转速降低、电流增大,甚至造成绕组烧毁的后果;电压过高,有可能损坏绝缘或由于励磁过大而发生过电流。3.1.2对电力系统稳定运行的影响电力系统维持同步运行的能力与电网电压水平有很大的关系,即： 式中P：三相功率E：发电机电动势U ：系统线电压：E、U之间相位

18、角X：线路总阻抗式( 1)称为单机无穷大系统功角特性。当电力系统结构确定, 即X 已确定的情况下,提高系统电压及发电机电动势(发电机端电压也相应提高)就能大大提高系统的静态稳定极限。3.1.3对电网经济运行的影响输电线路和变压器在输送功率不变的条件下,流过电流大小与运行电压成反比。电网低电压运行,会使线路和变压器电流增大。线路和变压器绕组的有功损耗与电流平方成正比,因此低电压运行会使电网有功功率损耗和无功功率损耗大大增加,增大了电力传输的成本。3.2电力系统频率偏差的危害3.2.1系统低频率运行对负荷的影响系统频率特性随运行工况的不同和负荷组成比例的变化而不同。不同的系统有不同的特性,即使同一

19、系统, 在不同的季节甚至不同的时段内, 特性也有不小的差别。我国各地多次的系统频率特性试验综合结果为:在50 Hz系统中,频率每变化0.1Hz,负荷功率变化0.02 %0.06 %。3.2.2电力系统高频率运行的危害当电力系统运行频率高于额定值,但不超出正常运行允许上限时,短期内对电力系统的安全不会造成威胁,但也和低频率运行一样,对运行设备有一定的累积损伤。从经济方面考虑,高频率运行既浪费了一次能源又减低了效率。对生产设备运转速度要求严格的用户来说,高频率运行降低了产品的质量。当电力系统频率超出正常运行允许上限值时,旋转机组将超速运行,转子上的线圈绑线和原动机转子上的叶片在超出正常转速10 %

20、以上就可能从转子上甩出,发电机定子端部也很可能因超速过电压的冲击而受损,电动机转子也会发生类似的损伤。3.3 治理电压与频率偏差超标的对策3.3.1治理电压偏差超标的对策电压偏差超标治理的主要对策是采取各种调压手段和方法,在各种不同运行方式下,使用户的电压偏差符合国家标准。主要包括以下几种电压调整方式。1)中枢点电压管理电力系统电压的监视和调整可以通过对中枢点电压的监视和调整来实现。所谓中枢点,是指电力系统中可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线,很多负荷都由这些母线供电。若控制了这些中枢点的电压偏差,也就控制了系统中大部分负荷的电压偏差。根据电网运行经验,为了满足中枢点供电电力用户的

21、电压要求,一定电压等级的线路的供电距离和供电容量是有一定范围的。对于中枢点的电压调整,也可根据电力网的不同性质,大致确定一个中枢点电压的变动范围。2)发电机调压发电机不仅是有功电源,而且也是无功电源,有些发电机还能通过进相运行吸收无功功率,所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。现在的同步发电机都装有自动励磁调节设备,其主要功能是自动调整发电机的机端电压、分配无功功率,提高发电机同步运行的稳定性。按规定,发电机可以在其额定电压的95% 105%范围内保持以额定功率运行。这是一种充分利用发电机设备,不需额外投资的调压手段。3)变压器调压电厂主变和厂变一般采用无载调压，备变一般情况下采用有载调压，

22、分接头数量不定37个之间，主变的分接头通常由上级电网调度管理，厂用变分接头由电厂调度进行管理。变压器调压需要兼顾高压母线电压和电厂自身的厂用电电压在合格范围内。变压器调压是充分利用设备本身的调节电压的能力，不需要额外投资，应当充分利用这一优势。4）改变电网无功功率分布调压当线路、变压器传输功率时,会产生电压损耗。因而如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗,也就改变了电网各节点的电压大小。由电压损耗表达式U = ( PR +QX ) /U 可知,要改变电压损耗有2种办法:一种是改变网络参数,如串联电容,利用串接的电容、电感上电压相位差180°的特点,抵消部分电抗;另一种是改变电网

23、元件中传输的功率。3.3.2 治理频率偏差超标的对策治理电力系统频率偏差超标的主要对策是通过自动或手动方式调整发电机组的调频器,调节电网中的频率达到一个新的平衡点,进而使电网中的频率偏差符合国家标准。频率调整一般包括一次调整和二次调整。1)频率的一次调整发电机组原动机的频率特性和负荷频率特性的交点就是系统的原始运行点,如图2 中点O。图2 频率的一次调整设在点O运行时,负荷突然增加PLO ,即负荷的频率特性突然向上移动PLO ,则由于负荷突增时发电机组功率不能及时随之变动,机组将减速,系统频率将下降。在系统频率下降的同时,发电机组的功率将因它的调速器的一次调整作用而增大,负荷的功率将因它本身的

24、调节效应而减少。前者沿原动机的频率特性向上增加,后者沿负荷的频率特性向下减少,经过一个衰减的振荡过程,抵达一新的平衡点,即图2中点O。2)频率的二次调整当负荷变动周期较长、幅度较大时,需要借助二次调整。频率的二次调整就是手动或自动地操作调频器使发电机组的频率特性平行地上下移动,从而使负荷变动引起的频率偏移可保持在允许范围内。频率的二次调整如图3所示。图3 频率的二次调整在图中,如不进行二次调整,则在负荷增大PLO后,运行点将转移到O´, 即频率将下降为fO, 功率将增加为PO。在一次调整的基础上进行二次调整就是在负荷变动引起的频率下降f越出允许范围时,操作调频器,增加发电机组发出的功

25、率,使频率特性向上移动。设发电机组增加PGO,则运行点又将从点O转移到点O。点O对应的频率为fO,功率为PO,即由于进行了二次调整, 频率降低由仅有一次调整时的f减少为f,可以供应负荷的功率则由仅有一次调整时的PO增加为PO。显然,由于进行了二次调整,系统的运行质量得到了改善。4 谐波4.1 谐波标准为了加强我国公用电网谐波的管理,我国公用电网谐波管理的国家标准, 1984年原水利电力部颁发了电力系统谐波管理暂行规定,编号为SD1261984。经过近十年的执行,我国电网在谐波管理上前进了一大步,1993年7月31日由国家技术监督局颁布了关于谐波方面的国家标准,即GB /T 145491993电

26、能质量公用电网谐波,并于1994年3月1日实施。GB /T 145491993规定了公用电网谐波的允许值、测试方法,适用于交流额定频率为50Hz,标准电压为110kV及以下的公用电网。标准电压为220kV的公用电网可参照110kV执行。该标准不适用于暂态现象和短时间谐波。GB /T 145491993规定的公用电网谐波电压(相电压)限值如表1所示。表1 谐波电压限值公用连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(均方根值)不应超过表2中规定的允许值。表2 注入公共连接点的谐波电流允许值当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时,表2中的谐波电流允许值应经过一定的换算。换算公式为：其中： 公

27、共连接点的各次谐波电流允许限值(A) 基准短路容量下的公共连接点各次谐波电流允许值(A)Sr实际短路容量(MVA)Sj 基准短路容量(MVA)4.2 谐波产生的原理电网在正常情况下，电压U随时间t作周期变化，呈正弦规律，函数关系为：其中，U、称为电压正谐波的三要素。这种正弦波形的基波周期函数在进行加、减、微分和积分运算时，其结果仍保持正弦周期函数的特点。但由于非线性负荷的影响，使正弦波形发生畸变，其形状可用一系列与基波频率整数倍的不同频率的正弦波形叠加而成。这些为基波频率整数倍的高次频率波，统称为谐波或高次谐波。非线性负荷及整流性负荷产生谐波的基本原理如下：1）非线性负荷交流电网中的谐波主要是

28、由于非线性特性的负载引起的。正常情况下，供电电压为纯正弦量，若供电给线性的纯阻性负载R，则 因此，U、I同样具有正弦波形。若纯正弦电压供给非线性的纯阻性负荷，即R=f(t)，这样，电阻将随时间在变化，则： 由于g(t)对sint 进行了调制，使得电流波形发生了畸变。如果将非线性负荷的电流波形进行傅立叶分解，可得到一系列的波形与正弦波基波。（2）整流性负荷整流性负荷产生谐波的机理，主要基于一系列进行电能交换的装置是由半导体非线性元件组成的。这些半导体非线性元件可控（或不可控）地轮回导通和关断，尽管由于电感的存在使这一过程并未产生突变，但造成了交流电源电流回路的波形强行发生了变化，使得正弦波形产生

29、畸变。4.3谐波源造成系统正弦波形畸变、产生高次谐波的设备和负荷，称为谐波源。谐波源可以分为电压源和电流源，一切非线性设备和负荷都是谐波源。谐波源产生的谐波与其非线性特性有关，主要有：a.铁磁饱和型：各种铁心设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性，主要谐波为3、5、7次；b.电子开关型：主要为各种交直流装置（整流器、逆变器）以及双向晶闸管可控开关设备等，特征谐波与脉动数P有关;电弧型：如电炉，其谐波电流具有很大的随机性，主要谐波为2、3、4、5、7次。在电厂内，如变频调速装置、软起动装置、不间断电源系统、励磁系统、直流充电装置等，其非线性呈现交流波形的开关切合和换向特性。由于系统施

30、加于负荷的基本电压不变，谐波负荷通过向电力系统取得一定的电流作功，该电流不因系统外界条件和运行方式而改变。而谐波源固有的非线性伏安特性决定了电流波形的畸变，使其产生的谐波电流与基波电流具有一定的比例，因此，非线性负荷一般都是谐波电流源，向系统注入一定的谐波电流。谐波电流源的谐波内阻抗远大于系统谐波阻抗，故谐波电流源在系统中一般按恒流源对待，谐波源注入电力系统的谐波电流，在系统的阻抗上产生相应的谐波压降，形成系统内部电压，使原有的正弦波形电压产生畸变。1）发电机的谐波发电机实际运行时，磁极磁场并非完全按正弦分布，所有感应电势也不完全是正弦波形，含有一定的谐波成分，因此发电机的输出电压本身就含有一

31、定的谐波。发电机产生的谐波电压的幅值和频率取决于发电机本身的结构和工作状态，它不随外接阻抗而改变，因此可以看成是恒压源。正常设计的发电机，由于采用了许多消弱谐波电势的措施，其电势的谐波含量是很小的。2）变压器的谐波变压器激磁回路实质上是具有铁心线圈的电路，若不计磁滞影响，当铁心未饱和时，电路是线性，电压和电流均为正弦波。当铁心饱和后，它就是非线性的，饱和程度越深，波形畸变越严重，其产生的谐波电流包含在激磁电流中。变压器的激磁电流只含有奇次谐波，其中以3次谐波含量最大，可达额定电流的0.5。激磁电流的谐波含量是与磁路的结构形式、变压器的饱和程度相联系的。正常时，电压为额定电压，铁心工作点在线性范

32、围内，谐波含量不大。空载或轻载时电压升高，铁心工作进入饱和区，谐波含量会大大增加。3）整流电路的谐波常见的整流电路主要有两种：阻感负载整流电路和带滤波电容的整流电路。整流器件不是二极管就是晶闸管，电路结构以桥式为最多。阻感性负载整流电路长期以来应用最广，有全控桥式、半控桥式，多相整流和直流侧带二极管整流等。4.5 谐波的危害 在现代工业企业和运输部门中，非线性电力负荷在大量增加。随着电力电子技术的发展，晶闸管换流和变频技术得到广泛的应用。例如：冶金、化工、矿山部门大量使用晶闸管整流电源；工业中大量使用变频调速装置；电气化铁路中采用交流单相整流供电的机车；高压大容量直流输电中的换流站；家用电器（

33、电视机、电冰箱、空凋、电子节能灯）等等。炼钢电弧炉的容量不断扩大，单台容量由过去儿吨发展到几百吨，相应的电炉变压器容量也由几个兆伏·安发展到几十甚至一二百兆伏·安。此外，工业中广泛使用的电弧和接触焊设备、矿热炉、硅铁炉、中频炉等也均属非线性电力负荷。4.5.1 对电力设备的影响1）对电容器的危害当电网存在谐波时,投入电容器后其端电压增大,通过电容器的电流增加得更大,使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器,允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍;对于全膜电容器,允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍。如果谐波含量较高,超出电容器允许条件,就会使电容器

34、过电流和过负荷,损耗功率超过上述值,使电容器异常发热,在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时,可能使电网的谐波加剧,即产生谐波扩大现象。另外,谐波的存在往往使电压呈现尖项波形,尖顶电压波易在介质中诱发局部放电,且由于电压变化率大,局部放电强度大,对绝缘介质能起到加速老化的作用,从而缩短电容器的使用寿命。一般来说,电压每升高10% ,电容器的寿命就会缩短1 /2左右。再者,在谐波严重的情况下,还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。2）对电力变压器的危害谐波使变压器的铜耗增大,其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器

35、的铁耗增大,这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加,谐波使电压的波形变得越差,则磁滞损耗越大。由于以上两方面的损耗增加,减少变压器的实际使用容量,或者说在选择变压器额定容量时,需要考虑电网中的谐波含量的影响。除此之外,谐波还导致变压器噪声增大,变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁滞伸缩引起的。随着谐波次数的增加,振动频率在1 kHz左右的成分使混杂噪声增加,有时还发出金属声。3）对电力电缆的危害由于谐波次数高频率上升,再加之电缆导体截面积越大集肤效应越明显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小。另外,电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联,提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统

36、并联,在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。4）对用电设备的危害谐波对异步电动机的影响,主要是增加电动机的附加损耗,降低效率,严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场,形成与电动机旋转方向相反的转矩,起制动作用,从而减少电动机的出力。另外,电动机中的谐波电流,当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动,发出很大的噪声。5）对低压开关设备的危害对于配电用断路器来说,全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热,同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难,且谐波次数越高影响越大;热磁型的断路器,由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热,使得额定电流降低与脱扣电流降

37、低;电子型的断路器,谐波也要使其额定电流降低,尤其是检测峰值的电子断路器,额定电流降低得更多。对于漏电断路器来说,由于谐波泄漏电流的作用,可能使断路器异常发热,出现误动作或不动作。4.3.2 对继电保护的影响电力系统谐波会改变继电保护设备的工作特性。由于不同类型继电器的设计性能和工作原理不同,谐波的影响程度也不同。1）谐波对于电磁型继电器的影响不大,在谐波含量<40%时,其整定值误差将10%。但是在动态情况下会有很大影响。对电流继电器而言，谐波存在时,将引起保护拒动;对电压继电器而言,当含有谐波的畸变电压作用于继电器时,动作值总是比基波时的整定值要大,因而对过电压继电器可能会拒动,对欠电

38、压继电器却又可能会误动。如在投切空载变压器时会产生谐波含量很高的励磁涌流, 高次谐波分量(主要是2 次谐波) 会造成继电器误动作而使断路器跳闸。 感应型继电器的可动部分惯性较大, 动作速度慢, 谐波转矩对其影响并不严重。整流型继电器的主要特点是将输入交流量进行整流,或者将几个输入交流量组合后进行整流,继电器的动作特性取决于整流后的电压信号(或电流信号)及其动作判据，在某些情况下,如输电线路发生接地短路时,由于电流中谐波分量比较大,会导致整流型保护装置拒动。静态保护所采用的继电器包括通称的静态继电器和固态继电器,主要由无机械运动的电子器件构成。由于在抗干扰和消除谐波影响方面具有较好的有效性, 静

39、态保护已日益受到人们的关注。对于按相位比较原理构成的保护装置(如高频相差保护和差动保护), 当波形出现谐波畸变时,过零检测易于出错,从而造成保护不正确动作。例如在相差保护中,短路时产生的直流分量与高次谐波分量叠加的结果,使半波比相器有输出,从而导致保护误动。433对通信的干扰 谐波通过电磁感应干扰通信。通常20005000Hz的谐波引起通讯噪声，而 1000Hz以上的谐波导致电话回路信号的误动。谐波干扰的强度取决于谐波电压、电流、频率的大小以及输电线和通信线的距离、并架长度等。434对电度计量及常用仪表指示的影响研究证明，感应式电度表对高次谐波有负的频率误差，而电子式电度表的频响特性一般较好。

40、但由于谐波功率在谐波源负荷（如整流器）中和基波功率流向相反，“因此对这类用户电度计量将偏小；反之，对于一般线性负荷，电度计量大体上等于基波和谐波电度之和。故谐波电度增加了这些用户的电费支出。在电网正常条件下，谐波含量不太大（电压总畸变一般不大于 5）时，各型常用仪表的指示，大致可以与仪表的精确等级相符。但在严重畸变（电流畸变率有时很大）时误差将变大（一般针对平均值响应的仪表，随着高频成分增加，对同一有效值的指示会明显下降）。旧式电磁系仪表频率特性最差；电动系仪表频率特性较好；而数字式测量仪表的指示一般具有精度高、频带宽、不受波形影响等优点。435对电网损耗的影响 谐波在电力系统和用户电气设备上

41、要造成附加损耗。谐波功率本身可以说完全是损耗，从而增大了网损。研究指出，若谐波电压和电流都控制在一般标准范围时，则可估出非线性用户注入电网的谐波功率和其用电负荷之比是在0.1这个数量级，这和某些实测数据相符。但若谐波过大或发生谐振，则损耗将大大增加。若一个总负荷 5000 兆瓦的大电网，馈供各类非线性负荷共 1000 兆瓦，后者注入电网的谐波功率平均为0.2，则总的谐波损耗平均为2兆瓦，年损失电量达 1752万千瓦时。因此谐波对网损的影响不能忽视。436谐振电力系统中广泛使用补偿功率因数的电容器，同时设备和线路存在分布电容,它们与系统的感性部分（例如线路、变压器的电抗）组合，在一定的频率下，可

42、能存在串联或并联的谐振条件。当系统中该次频率的谐波足够大时，就会造成危险的谐波过电压或过电流。通常把谐波源看成为恒定电流源。最常见的谐波谐振是在接有谐波源的母线上，因为母线上除谐波源外还有并联电容器、电缆、供电变压器及电动机等负载，而且这些设备处于经常变动中，容易构成谐振条件。最简单的情况是当直接接于母线上电容器的容量为Qc，而母线的短路容量为Sk时，则产生并联谐振的谐波次数h0可由下式近似决定： 例如，当QC=0.1SK时，则可能发生接近于3次谐波的谐振。此时电容器和电网均将流过很大的3次谐波电流。该次谐波叠加在基波上就产生很高过电压，可能导致设备损坏。5 发电厂谐波概述5.1 谐波源1）发

43、电机出口发电机实际运行时，磁极磁场并非完全按正弦分布，所以感应电势也不完全是正弦波形，含有一定谐波成分，因此发电机的输出电压本身就有一定的谐波，正常设计的发电机，由于采用了许多消弱谐波电势的措施，其电势谐波含量是很小的。发电机励磁电流中含有一定2倍频率分量时，就能使发电机在定子电流中产生5次谐波电流；与电厂相连接的电网系统中含有谐波分量时，通过不同电压等级间的渗透，可使发电机机端具有一定的谐波含量，例如1998年长山热电厂在#6#9发电机出口检出5次谐波，含量为1.3%1.5%。2）厂用6kV变频设备电厂发出电能的相当一部份在电厂内消耗掉，是一个用电大户，通常的厂用电率在4%8%，具有负荷重要

44、程度高、集中度高的特点。随着大功率高压电动机变频改造，例如凝泵、一次风机等，使厂用电系统受到谐波污染的可能性和程度不断增加，虽然从原理上目前大部分高压变频器采用隔离变压器、多脉冲整流等降低低次谐波的技术措施，努力使变频器谐波降至最小，但其实际效果仍需验证；厂用变压器在非线性区运行时，会产生谐波，污染厂用电系统；燃机发电机的变频调速装置，在发电机起机过程中，会产生较大分量的谐波；不间断电源装置，工作原理是整流-逆变的过程，会产生一定数量的谐波。厂用电谐波监测，对电厂设备安全稳定运行来讲，非常重要。3）厂用400V变频及整流设备 空冷机组大量采用400V变频器，会产生谐波；电除尘器采用的整流变也是

45、谐波源之一。5.2 变频装置的谐波分析变频器有3种不同的结构方式：（1）用可控整流器变压，用逆变器变频，调压和调频分别是在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合；（2）用不控整流器整流斩波器变压，用逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压；（3）用不控整流器整流，用PWM 逆变器变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件（如IGBT 等），输出波形才会非常逼近正弦波。无论哪一种变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式都不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加

46、在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅立叶（M .Fourier）级数分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波，第3、5、7、9 等为奇次谐波，而2、4、6、8 等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2 次谐波为100Hz，3

47、 次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、9、11、13、17、19 等，变频器主要产生5、7 次谐波。5.3 6kV变频设备的谐波水平厂用电动机（泵）变频改造后，为评估变频电源对厂用电谐波污染的情况，部分厂在变频改造后，对6kV厂用进行了电进行了谐波测试，变频改造设备、变频器厂家及产品型号、测试内容如下表所示。 表、变频改造及谐波测试情况电厂变频改造电机变频器型号/厂家谐波测试内容上安#3机组凝结水泵额定功率800kW

48、利德华福/HARVERT-A06/105凝结泵A/B变频运行时，机组不同负荷时6kV母线谐波电压及变频器注入6kV母线的谐波电流。凝结泵A/B变频启动及运行时，变频器输出电压和电流波形测量井冈山凝结水泵1000kW/6kV北京新电创拓科技有限公司Diamond-HV6000V/1250KVA#1、#2机组6kV母线谐波电压，各测试一段邯峰凝结水泵2600kW/6kV一次风机利德华福HARSVERTA06/300#1、#2机组各4个6kV段母线相电压谐波、相电流谐波、三相不平衡度杨柳青5炉吸风机1600 kW东方日立（DHC）电控设备有限公司6kV A、B段母线线电压谐波，6kV A、B段母线总

49、开关电流谐波谐波含量情况如下：1）上安：#3发电机满负荷(300MW)运行时，工频电源供电的凝结泵B工作时，6318B开关电流的第3次谐波电流含量0.25A，第5次谐波电流含量0.38A，6kV B母线电压总谐波畸变率0.47%；变频电源供电的凝结泵A工作时，6318A开关电流的第3次谐波电流含量1.22A，第5次谐波电流含量1.33A，6kV B母线电压总谐波畸变率0.49%。#3发电机负荷235MW运行时，工频电源供电的凝结泵B工作时，6318B开关电流的第3次谐波电流含量0.38A，第5次谐波电流含量0.38A，6kV B母线电压总谐波畸变率0.48%；变频电源供电的凝结泵A工作时，6318A开关电流的第3次谐波电流含量0.53A，第5次谐波电流含量1.04A， 6kV B母线电压总谐波畸变率0.48%。#3发电机低负荷（162MW）运行时，工频电源供电的凝结泵B工作时，6318B开关电流的第3次谐波电流含量0.41A，第5次谐波电流含量0.28A，6kV B母线电压总谐波畸变率0.46%；变频电源供电的凝结泵A工作时，6318A开关电流的第3次谐波电流含量0.71A，第5次谐波电流含量0.78A，6kV B母线电压总谐波畸变率0.47%。 测试表