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              電能質量不達標的負面影響

              在現代工業企業和運輸部門中,非線性電力負荷在大量增加。隨著電力電子技術的發展,晶閘管換流和變頻技術得到廣泛的應用。例如:冶金、化工、礦山部門大量使用晶閘管整流電源;工業中大量使用變頻調速裝置;電氣化鐵路中采用交流單相整流供電的機車;高壓大容量直流輸電中的換流站;家用電器(電視機、電冰箱、空凋、電子節能燈)等等。煉鋼電弧爐的容量不斷擴大,單臺容量由過去兒噸發展到幾百噸,相應的電爐變壓器容量也由幾個兆伏·安發展到幾十甚至一二百兆伏·安。此外,工業中廣泛使用的電弧和接觸焊設備、礦熱爐、硅鐵爐、中頻爐等也均屬非線性電力負荷。

              對電力設備的影響

              1)對電容器的危害

              當電網存在諧波時,投入電容器后其端電壓增大,通過電容器的電流增加得更大,使電容器損耗功率增加。對于膜紙復合介質電容器,允許有諧波時的損耗功率為無諧波時損耗功率的1.38倍;對于全膜電容器,允許有諧波時的損耗功率為無諧波時的1.43倍。如果諧波含量較高,超出電容器允許條件,就會使電容器過電流和過負荷,損耗功率超過上述值,使電容器異常發熱,在電場和溫度的作用下絕緣介質會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經畸變的電網中時,可能使電網的諧波加劇,即產生諧波擴大現象。另外,諧波的存在往往使電壓呈現尖項波形,尖頂電壓波易在介質中誘發局部放電,且由于電壓變化率大,局部放電強度大,對絕緣介質能起到加速老化的作用,從而縮短電容器的使用壽命。一般來說,電壓每升高10% ,電容器的壽命就會縮短1 /2左右。再者,在諧波嚴重的情況下,還會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

              2)對電力變壓器的危害

              諧波使變壓器的銅耗增大,其中包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導體外部因漏磁引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大,這主要表現在鐵心中的磁滯損耗增加,諧波使電壓的波形變得越差,則磁滯損耗越大。由于以上兩方面的損耗增加,減少變壓器的實際使用容量,或者說在選擇變壓器額定容量時,需要考慮電網中的諧波含量的影響。除此之外,諧波還導致變壓器噪聲增大,變壓器的振動噪聲主要是由于鐵心的磁滯伸縮引起的。隨著諧波次數的增加,振動頻率在1 kHz左右的成分使混雜噪聲增加,有時還發出金屬聲。

              3)對電力電纜的危害

              由于諧波次數高頻率上升,再加之電纜導體截面積越大集膚效應越明顯,從而導致導體的交流電阻增大,使得電纜的允許通過電流減小。另外,電纜的電阻、系統母線側及線路感抗與系統串聯,提高功率因數用的電容器及線路的容抗與系統并聯,在一定數值的電感與電容下可能發生諧振。

              4)對用電設備的危害

              諧波對異步電動機的影響,主要是增加電動機的附加損耗,降低效率,嚴重時使電動機過熱。尤其是負序諧波在電動機中產生負序旋轉磁場,形成與電動機旋轉方向相反的轉矩,起制動作用,從而減少電動機的出力。另外,電動機中的諧波電流,當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產生機械振動,發出很大的噪聲。

              5)對低壓開關設備的危害

              對于配電用斷路器來說,全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發熱,同時由于對電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難,且諧波次數越高影響越大;熱磁型的斷路器,由于導體的集膚效應與鐵耗增加而引起發熱,使得額定電流降低與脫扣電流降低;電子型的斷路器,諧波也要使其額定電流降低,尤其是檢測峰值的電子斷路器,額定電流降低得更多。對于漏電斷路器來說,由于諧波泄漏電流的作用,可能使斷路器異常發熱,出現誤動作或不動作。

              4.3.2 對繼電保護的影響

              電力系統諧波會改變繼電保護設備的工作特性。由于不同類型繼電器的設計性能和工作原理不同,諧波的影響程度也不同。

              1)諧波對于電磁型繼電器的影響不大,在諧波含量<40%時,其整定值誤差將≤10%。但是在動態情況下會有很大影響。對電流繼電器而言,諧波存在時,將引起保護拒動;對電壓繼電器而言,當含有諧波的畸變電壓作用于繼電器時,動作值總是比基波時的整定值要大,因而對過電壓繼電器可能會拒動,對欠電壓繼電器卻又可能會誤動。如在投切空載變壓器時會產生諧波含量很高的勵磁涌流, 高次諧波分量(主要是2 次諧波) 會造成繼電器誤動作而使斷路器跳閘。

                 感應型繼電器的可動部分慣性較大, 動作速度慢, 諧波轉矩對其影響并不嚴重。

              整流型繼電器的主要特點是將輸入交流量進行整流,或者將幾個輸入交流量組合后進行整流,繼電器的動作特性取決于整流后的電壓信號(或電流信號)及其動作判據,在某些情況下,如輸電線路發生接地短路時,由于電流中諧波分量比較大,會導致整流型保護裝置拒動。

              靜態保護所采用的繼電器包括通稱的靜態繼電器和固態繼電器,主要由無機械運動的電子器件構成。由于在抗干擾和消除諧波影響方面具有較好的有效性, 靜態保護已日益受到人們的關注。對于按相位比較原理構成的保護裝置(如高頻相差保護和差動保護), 當波形出現諧波畸變時,過零檢測易于出錯,從而造成保護不正確動作。例如在相差保護中,短路時產生的直流分量與高次諧波分量疊加的結果,使半波比相器有輸出,從而導致保護誤動。

              4.3.3對通信的干擾

                 諧波通過電磁感應干擾通信。通常2000~5000Hz的諧波引起通訊噪聲,而 1000Hz以上的諧波導致電話回路信號的誤動。諧波干擾的強度取決于諧波電壓、電流、頻率的大小以及輸電線和通信線的距離、并架長度等。

              4.3.4對電度計量及常用儀表指示的影響

              研究證明,感應式電度表對高次諧波有負的頻率誤差,而電子式電度表的頻響特性一般較好。但由于諧波功率在諧波源負荷(如整流器)中和基波功率流向相反,“因此對這類用戶電度計量將偏??;反之,對于一般線性負荷,電度計量大體上等于基波和諧波電度之和。故諧波電度增加了這些用戶的電費支出。

              在電網正常條件下,諧波含量不太大(電壓總畸變一般不大于 5%)時,各型常用儀表的指示,大致可以與儀表的精確等級相符。但在嚴重畸變(電流畸變率有時很大)時誤差將變大(一般針對平均值響應的儀表,隨著高頻成分增加,對同一有效值的指示會明顯下降)。舊式電磁系儀表頻率特性最差;電動系儀表頻率特性較好;而數字式測量儀表的指示一般具有精度高、頻帶寬、不受波形影響等優點。

              4.3.5對電網損耗的影響

                  諧波在電力系統和用戶電氣設備上要造成附加損耗。諧波功率本身可以說完全是損耗,從而增大了網損。研究指出,若諧波電壓和電流都控制在一般標準范圍時,則可估出非線性用戶注入電網的諧波功率和其用電負荷之比是在0.1%這個數量級,這和某些實測數據相符。但若諧波過大或發生諧振,則損耗將大大增加。若一個總負荷 5000 兆瓦的大電網,饋供各類非線性負荷共 1000 兆瓦,后者注入電網的諧波功率平均為0.2%,則總的諧波損耗平均為2兆瓦,年損失電量達 1752萬千瓦時。因此諧波對網損的影響不能忽視。

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