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浅谈企业谐波治理|论文资源库

浅谈企业谐波治理
作者:未知 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2010-1-6

[论文关键词]谐波 电网 整流 治理

  [论文摘要]简要分析企业谐波的来源及危害,提出治理谐波的初步建议及措施。 
   
  
  谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量,通常也称为高次谐波,而基波是指其频率与工频(50HZ)相同的分量。当电网中的谐波电流较大时,我们称之为电网污染。在电网被污染的情况下,所有电网中的设备与负荷均会受到影响。 
   
  一、企业谐波产生的原因 
   
  (一)电源自身谐波。谐波在电网诞生的同时就是存在的,因为由于制造工艺的问题,电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波,从而使产生的电流稍微偏离正弦,这部分谐波分量只有在多路供电时才对电网产生影响。电力变压器由于其磁化曲线的非线性也产生少量谐波。 
  (二)非线性负载产生。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经非线性负载时,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。变频器、软启动器、稳压电源、电子荧光灯等用电负载等都是非线性负载,是企业主要的谐波源。 
  1.随着科技的进步与发展,晶闸管整流在不间断电源、稳压装置、自动控制等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。就电力系统中的供电电压来说,可以认为其波形基本上是正弦波,由于晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是周期性的非正弦波,根据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,在电网电流中含有大量的谐波。整流装置产生的谐波是电网最大的谐波源。整流装置从电源吸收高次谐波电流,电流在电源回路引起阻抗压降,因此导致整个电网都含有高次谐波成分。 
  2.变频器也是企业谐波污染的另一重要因素。变频调速在企业应用较为广泛,常用于风机、水泵、皮带秤计量控制等设备中。变频器是把工频电变换成各种频率的交流电,以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电转换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出直流电压进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电。由于变频器大量使用了非线性的晶闸管,对其供电电源就形成了一个典型的非线性负载。变频装置由于采用了相位控制,是以脉动的方式从电网吸收电流,脉动电流导致电网电压畸变使其含有谐波成份。随着变频调速的发展,对电网造成的谐波污染也越来越严重。 
  3.软启动器也造成了谐波污染。大功率设备如风机、压缩机的起停都采用了软启动器,因为软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压,由于晶闸管是典型的非线性器件,因此在使用过程中也会产生大量的谐波,对设备的稳定运行及电网造成了不良影响。 
  4.照明系统也产生谐波。目前企业广泛使用的荧光灯、节能灯、气体放电灯等都属于非线性负载,在节能的同时也给电网带来了大量的谐波。 
   
  二、谐波造成的危害 
   
  在谐波源设备集中使用的配电区域,谐波污染相当严重,电源功效明显下降。谐波对电力系统设备和负载的影响,基本分为两方面:(1)热应力;(2)负载损坏。谐波会增加设备的损耗而加剧热应力。电压畸变而导致电压峰值增大,可能导致电缆绝缘击穿或设备损坏。 
  1.所有接于电网中的设备的损耗都会增加,温升增加。谐波对电机的影响除引起附加损耗,还会产生机械振动、噪声和过电压,导致电机转矩降低,过热甚至烧毁。
  2.由于谐波的频率较高,谐波源的谐波电流流入变压器时增加了变压器的铜损耗和铁损耗,导致变压器容量减小,同时随着谐波频率的增高电流集肤效应更加严重,铁损耗也更大从而引起变压器局部过热,缩短使用寿命。 


  3.谐波能引起补偿用电力电容器过热、过压,谐波电压使电容器产生额外的功率损耗,并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少,产生过电流,加速绝缘老化进程,增加绝缘击穿故障。同时如果电容与电路的电感配合不当,容易在某个谐波频率附近产生谐振,从而导致电网电压进一步畸变。 
  4.谐波会影响互感器的计量精度。谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去,因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算,从而导致计量误差,增加企业的额外费用。 
  5.精密电子设备会被严重干扰,导致不能正常工作,甚至烧毁。整流器在换相期间电流波形发生急剧变化,该换相电流会在正常供电电压中注入一个脉冲电压,该脉冲电压所包含的谐波频率较高,因而会引起电磁干扰,对通信线路、通信设备会产生很大的影响。 
  6.由于继电保护机构是根据工频正弦波的变化规律作为动作激励设计的,当波形畸变严重时各种保护装置和自动控制装置的动作都会受到影响,造成继电保护装置与自动控制装置的误动作或拒动作,影响企业的自动化生产。如果零序三次谐波电流过大,可能引起接地保护装置误动作。 
   
  三、谐波治理的措施 
   
  电力消费的趋势是高效率用电与高质量用电相接合。进行谐波治理,提高电力品质是第一位的,其次是节能。谐波治理是个综合治理过程,一方面应从源头抓起,加强设备的管理防止谐波的产生,更重要的一方面是提高认识,积极进行谐波治理,防止灾害产生。目前国内一些企业已开始重视谐波的污染,取得了节能和提高电网品质的双重效果。 
  解决电力电子装置和其它谐波源污染问题的基本思路有两条:一是装设谐波补偿装置,即采用LC组成的无源调谐滤波器;二是对电力电子装置本身进行改造,改进整流装置,采用多相脉冲整流使其尽量不产生谐波,由于其电流电压同相位,称高功率因数整流器或高功率因数变流器。因为谐波补偿装置既可补偿谐波,又可提高电网的功率因数,而且结构简单,因此一直广泛使用。其缺点是只能补偿固定频率的谐波,其补偿特性也受电网感抗的制约,补偿效果也不理想,但仍是补偿谐波的主要手段。 
  目前,谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。其基本原理是实时监测电网中电流,快速分离出谐波电流分量,发出控制指令,实时产生大小相等方向相反的补偿电流注入电网中,实现瞬时滤除谐波电流。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波电流进行跟踪补偿,其运行不受系统的影响,也不会产生谐波放大,同时可补偿无功功率,提高功率因数是一种较先进的谐波抑制技术。但由于其造价较高,只适用于小容量谐波补偿。 
   
  四、结束语 
   
  随着企业的技术改造及设备升级换代,非线性电力设备愈加广泛应用,由此导致电力系统中谐波问题越来越严重,一方面造成了电力设备的损坏,加速绝缘老化,诱发火灾等安全事故

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