电网谐波危害及治理方法
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谐波分析一、谐波的相关概述谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量,其实谐波是一个正弦波分量。
谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性.由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。
当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。
电力系统中的谐波源主要有以下几类:(1)电源自身产生的谐波.因为发电机制造的问题,使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波,所产生的电流偏离正弦电流。
(2)非线性负载,如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。
(3)非线性设备的谐波源,如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害主要表现在:(1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗, 降低发电、输电及用电设备的效率.(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,引发严重事故(4)谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。
(5)谐波对临近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
三、谐波的分析由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高,谐波已成为电力系统的一大公害.我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。
我国国家技术监督局于93 年颁布了国家标准《电能质量-一公用电网谐波》(GB/T 14549—1993)。
该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定,并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。
电网谐波的危害及治理措施分析摘要:随着科技水平的不断提升,许多非线性设备被广泛应用于各大行业,更多的谐波电流被注入电网,对电能质量造成了影响,从而导致整个电网运行不稳定。
电网谐波导致电能耗损大,且严重影响了电力企业的经济效益。
谐波是由于周期性电压或电流傅里叶被分解而形成的,所获得的频率是基波整数倍分量含有量,这时则称之为谐波。
本文分析了电网谐波的危害及其治理方案,提出了实用性改善措施,为电网更好的安全、可靠运行提供了理论依据。
关键词:电网谐波;谐波危害;治理措施理想化电力系统中的电能均是恒定频率,且其幅值亦是三相平衡的正序正弦电压,以此方式实现用户供电,不过具体电力运行中,电力系统的负荷量是不定的,这时其三相电压幅值及频率均不能保持不变,且其相位差亦是随时变化的。
加上近年来的电气化铁路及冶金工业和化学工业的迅猛发展,非线性负荷被引入电力系统中,导致其冲击性不断加强,且电网非线性及非对称性与波动性问题经常出现,同时电力系统的电压及电流波形也变得非常复杂,这些都严重影响着电力系统,从而影响供电设备的运行安全。
因此,分析电网谐波的危害及其治理方案,对电力系统运行水平的提升有着极大现实意义。
一、电网谐波概论1、电网谐波电网谐波主要是以傅里叶级数分解周期性非正弦电量,其可获得和电网基波频数一样的分量,且亦可获得超过电网基波频率的分量,这就是电网谐波。
谐波频率及基波频率所产生的比值就是谐波次数,电网中往往会出现非整数倍次数,这时就称之为非谐波亦或者是分数谐波,可以说谐波会污染和影响电网的安全运行。
电力系统中有着许多谐波源,尤其是某些变流设备,高频谐波电力中问题百出,极易导致变压器及电缆或是其他器件严重损耗,最终导致控制及保护与测量系统功能异常,这时的通信及数据网络会被影响而运行不稳定。
需强调的是,电力系统中的谐波是稳态工频整数倍数波形,电网暂态变化会诱发诸多问题,比如过压及欠压都不是谐波范围。
同时电网谐波分析应具备大量数据而展开,其间包括三相线路电压及电流,要保持电网不受影响的隐性,就应采用各种方式来防止其间出现问题,确保其安全稳定的运行。
谐波的产生和危害有哪些谐波的抑制方法谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。
关于“谐波的产生和危害有哪些谐波的抑制方法”的详细说明。
1.谐波的产生和危害有哪些1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。
2.谐波可以通过电网传导到其他的电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。
3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。
4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。
5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。
2.谐波的抑制方法(一)降低谐波源的谐波含量在谐波源上采取治理措施,从源头上最大限度地避免谐波的产生。
这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时,要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响,采取切实可行的治理措施。
用电业务管理部门要严格把关,对于没有采取治理措施的谐波源用户,要禁止其入网运行。
(二)在谐波源处吸收谐波电流这种方法是对已有谐波进行有效抑制的方法,也是目前电力系统使用最为广泛地抑制谐波的方法。
其主要方法有以下几种:1.无源滤波器无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧,由L、C、R元件构成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。
这种方法由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。
2.有源滤波器有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。
3.防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。
谐波的危害与治理谐波是指工业、农业及其他领域电器设备产生的不同频率的电流或电压的干扰信号。
谐波的产生对人类的健康和设备的正常运行产生了相当大的危害。
在以下的几个方面,我们将详细介绍谐波的危害性以及相应的治理方法。
首先,谐波对人类的健康造成了威胁。
在人体组织中,脑、肌肉、神经等都是通过电信号进行传递和控制的。
而谐波的存在会使得这些电信号被扭曲、失真甚至干扰,从而导致血液循环、神经传导、肌肉运动等功能受到影响。
长期暴露在谐波环境下,人们可能会出现头痛、疲劳、失眠、注意力不集中、神经衰弱等症状。
其次,谐波对电力系统的稳定性和设备的正常运行产生了影响。
谐波信号会加大电网中的负荷,降低系统的功率因数,导致电网负荷不均衡、频率偏移等问题。
同时,谐波还会增加电力设备的损耗,缩短使用寿命,引发电力设备故障和事故。
特别是对于高精度的仪器设备和敏感的电子设备来说,谐波的存在会严重影响其正常运行和测量结果的准确性。
另外,谐波还会影响到公共环境和通信系统。
在城市中,电网中的谐波信号可能会通过建筑物和地下管道传播到附近的电子设备或通信系统中,导致通信信号的干扰和传输中断。
在无线通信领域,谐波会引起频谱污染,减少频谱资源的利用效率。
针对谐波的治理,有以下几个主要方法:1.滤波器:通过引入滤波器来削弱或消除谐波信号。
滤波器可以根据谐波的频率特性进行设计,将谐波信号从电力系统中分离出来,保证电力系统的正常运行。
2.接地:正确接地可以有效降低谐波信号的存在。
接地系统的设计和维护需要严格按照相关标准进行,确保接地电阻的有效连接和在线监测,减少谐波的传播。
3.变压器改进:采用带低谐波的高效变压器,可以有效削弱变压器内部的谐波产生和传播。
例如,采用三脉动焊接变压器可以避免谐波的产生和增强Transformer(SVPWM)技术等。
4.现代电气设备:使用具有谐波抑制功能的现代电气设备,可以降低谐波产生和传播的风险。
例如,使用高效节能的电子节能灯、电力电容器、有源滤波器等。
谐波对电网的危害及治理方法1、谐波对变压器的影响谐波电流,引发变压器损耗加大,主要表现在以下三个方面:(1)谐波电流和基波电流叠加,使得电流有效值加大,总电流增加会增加变压器导体损耗。
(2)产生涡流损耗,涡流是由磁链引起的变压器的感应电流。
感应电流流经绕组、铁芯以及变压器环绕的其他导体时,会产生附加发热,这部分损耗是以引起涡流的谐波电流的频率的平方增加,所以谐波危害更大。
(3)铁芯损耗,电压畸变将使得铁芯叠片中涡流电流增加。
变压器损耗增加,会增加变压器的温升。
此外谐波电流叠加在基波电流中增加了电流有效值还会降低变压器的容量,谐波还会引起变压器谐振,噪声增大等。
2、谐波对供电线路的影响由于集肤效应和邻近效应,线路电阻随着频率的增加会很快增加,在线路中会有很大的电能浪费;由于中性线电流通常很小,其线径一般较细,当大量谐波电流流过中性线时,容易产生大量的热量,从而破坏绝缘性能造成相间短路。
当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时,会在线路上产生很高的谐振电压,严重时会使电力设备绝缘击穿,造成漏电或电事故。
3、降低配电系统的安全等级配电系统中谐波的存在,会改变控制设备以及继电保护装置的性能。
谐波会引起控制设备、继电保护装置拒动作或误动作,造成保护系统运行可靠性降低,容易造成不必要的供电中断或损失。
4、谐波会损坏电力电容器在谐波电压作用下,电容器会产生额外的功率损耗,加速电容器的老化,缩短电容器的运行寿命。
此外,当电容器支路的谐振频率与某次谐波分量的频率接近或相等时,会产生谐振现象而放大谐波电流,使得电容器容易过热、过压而不能正常运行,甚至损坏。
5、谐波对用电设备的影响正常的用电设备均是按照标准设计的,当谐波含量很高时,会导致用电设备运行异常,甚至损坏用电设备。
如谐波对电机的影响,电机受谐波电压的影响较大,在电机里表示为谐波磁链,谐波磁链在转子中感应出高频电流,会引起电机下降、发热、震动和高频噪声。
6、谐波对通讯系统的影响配电系统或终端设备中的谐波电流,将对同一线路中的通讯线路产生干扰。
谐波在供电系统中的危害和抑制方法随着供电系统设备的不断发展,谐波的危害越来越受到重视,为此,结合谐波的原理,分析谐波在供电系统的危害,并对谐波抑制的主要方法进行了阐述。
标签:谐波;滤波;供电;继电器TB理想的供电系统所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。
谐波电流和谐波电压的出现,对供电系统是一种污染,现在随着供电系统电气设备的飞速发展,谐波的危害越来越受到重视。
1 谐波对供电系统的影响谐波对供电系统主要部分的影响分为以下几个方面。
1.1 对输电线路的影响超高压长距离输电线路,常采用单相自动重合闸来提高电力系统稳定性。
较大的高次谐波电流(几十安培以上)能显著地延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸失败或不能采用较小的自动重合闸时间,不利于系统稳定运行。
对于电缆和电线来说,由于有绝缘层和保护层,流过相同电流时,谐波电流引起的温升增加量相应也要增大,会加速电缆线的老化,减短电缆的寿命。
1.2 对变压器的影响负荷电流含有谐波时,将在三个方面引起变压器发热的增加:(1)均方根值电流,如果变压器容量正好与负荷容量相同,那么谐波电流将使均方根值电流大于额定值。
总均方根值电流的增加会引起导体损耗增加。
(2)涡流损耗。
涡流是由磁链引起的变压器的感应电流。
感应电流流经绕组、铁芯以及变压器磁场绕环的其他导体时,会产生附加发热,该损耗时变压器谐波发热损耗的重要组成部分。
(3)铁芯损耗。
铁损的增加取决于谐波外加电压的影响以及变压器铁芯的设计,电压畸变的增加将使铁芯叠片中涡流电流增加,这部分损耗通常较小。
1.3 对继电保护装置的影响谐波对继电保护的影响主要表现为使继电器动作特性畸变或效果降低,其后果常是保护装置的拒动或误动,不同类型继电器谐波的影响程度也不尽相同。
(1)谐波对整流型继电器的影响:继电器的动作特性取决于整流后的电压信号(电流信号),在电流回路通入含有谐波分量电流时,环形整流比相器输出的交流分量增大,从而造成继电器动作特性损坏不光滑。
电网谐波的危害及治理方法摘要:近年来,随着电子技术的发展,电子器件的大量运用,电网谐波污染也开始对电子系统和生物造成危害。
本文先介绍了电网谐波产生的原因,然后点明了电网谐波存在造成的危害,最后提出了几种可以用来遏制电网谐波的方法。
关键词:电网谐波谐波危害抑制方法中图分类号:tm711 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2011)06(b)-0112-02the harm of harmonic wave in the power grid and management methodsabstract:in recent years,with the development of electronic technology,electronic devices, the utilization of the harmonic wave in the power grid pollution also began to electronic systems and biological harm.this paper first introduces the causes of the harmonic wave in the power grid,then point out the existing harm caused by the harmonic wave in the power grid,and finally presents several can be used to contain the harmonic wave in the power grid method. keywords:harmonic wave in the power grid;harmonic harm;suppression method.1 绪论电力电子技术的发展,使得各种电子装置在工业、交通和家庭中广泛应用,由此产生的大量谐波的危害也日益严重。
因此,抑制电网谐波是一个非常必要和重要的工作。
在理想的情况下,电网电压是正弦的电压。
但是在实际情况下,电网电压的实际波形由于一些非线性负荷而偏离正弦波形,也就是说会产生谐波。
非线性负荷工作的时候会持续向电源反馈谐波,从而导致电网的电压和电流波形发生改变,功率降低,电网电能的产生、电缆传输和电器利用的效率降低,最后使得电能质量降低,引起电气设备产生附加损耗,发热,产生噪声和振动,使绝缘器件老化,使用寿命缩短。
大量的谐波通过中性线路的时候会使线路发热,温度升高甚至有可能发生火灾。
所以,作为衡量电能质量指标的谐波,为了保证电网系统的电子设备正常的工作,就必须采取必要的措施,抑制谐波,防止电网谐波产生破坏。
2 电网谐波产生的原因那么到底什么是谐波呢,用一句话来讲,谐波是指对非正弦交流量傅里叶级数分解后得到的频率高出基波频率n次倍的各种电量,也称为高次谐波。
即(谐波频率=基波频率*n,n>1)谐波是一种干扰的波,影响电网的正常工作。
通常,理想的电网系统,电压与电流都是正弦波。
在由线性元件(电容、电感和电阻)组成的简单电路里,电流和电压的关系成正比,电流是正弦波。
然而,实际的供电系统,由于存在非线性负荷,流过负荷的电流与所加的电压不成正比的时候,就会形成非正弦的电流。
对于任意周期的波形都可以分解成为一个基频的正弦波加上许多的谐波正弦波。
这里讲的谐波频率指的是基频的整数倍,假如基频是50hz,那么二次谐波为100hz,四次谐波就是200hz。
所以,对一个电流波形来说,他可能有2次谐波,3次谐波乃至更多次数的谐波。
电网谐波会使得供电的电压波形偏离理想状态的正弦波形。
电网谐波来自三个方面:一是发电质量不好产生的谐波,二是输电系统和配电系统产生的谐波,三是家用电器,机器设备等其他用电设备产生的谐波。
3 电网谐波的危害3.1 增加各种设备的损耗,降低设备效率,影响设备寿命3.1.1 谐波使电动机产生损耗和转矩谐波在电动机工作的时候会产生附加的损耗和额外的转矩。
集肤效应、涡流、磁滞随着频率增高而增强,从而造成电动机内的铁芯和绕组产生额外的附加损耗。
虽然谐波电流产生的谐波转矩对电动机的影响不大,但是谐波产生的脉冲转矩,则可能出现例如电机转轴振动的问题。
这样就会导致电动机的使用寿命缩短,不能正常工作,甚至使电动机损坏。
3.1.2 谐波使输出线路、变压器损耗增加电网谐波会使输电线路的损耗增加。
当输入电网的频率处于谐振点附近的谐振区域内的时候,输电线路会产生绝缘击穿。
3次和3的倍数的谐波会对三角形连接的变压器产生影响,谐波在变压器工作的时候,在绕组中形成稳定的环流,使得绕组加热。
绕组中性点接地的时候,可能会产生3次谐波共振,使变压器的附加损耗加大。
3.1.3 谐波使电容器发生故障当电网中存在着高次谐波的时候通过电容器的电流也会变得更大,这样就使电容器电能损耗功率增大。
对于膜纸介质电容器,虽然规定了有谐波的时候损耗功率是无谐波的时候损耗功率的1.38倍;同样,对于全膜电容器规定有谐波时的损耗功率是无谐波的时候的1.43倍,但是如果电网谐波含量很高,超出了电容允许的条件,就会使得电容器出现过电流和过负荷,从而使电容器发生异常,加速发热,最终使得绝缘介质会加速老化。
当线路中存在并联电容器组的时候,这种现象会更加严重,谐波波形会扩大。
谐波会使电压呈现尖顶波形,尖顶波形会诱发电容器局部放电,是绝缘物质加速老化的一个主要原因。
一般来说,当电压升高10%,就会使电容器的寿命缩短一半。
因此,当波形比较严重的时候,还会使电容器击穿,爆炸,从而使电容器报废。
3.1.4 对用电设备的影响谐波会使电视机和计算机的图形产生畸变,使画面的亮度发生波动变化,使机器内部元件出现过热的现象,使计算机系统出现错误甚至死机。
对生活中使用的荧光灯和汞灯来说,他们会因为在一些因素的共同作用下,产生谐波频率下的谐振,使荧光灯和汞灯内的镇流器以及电容器因为过热而坏掉。
对采用晶闸管的一些变频装置,电网谐波则可能使晶闸管出现错误动作,或者使控制回路出现错误触发。
3.2 谐波影响人和其他动物的身体健康人们都知道,我们生活中充满了各种各样的波,人和动物自身的生物波,广播电视的电磁波,生活中各种光线的光波,声音发出的音波,等其他各种波。
这些波有的对人体有好处,有的对人体有害。
从人和动物的生理学来说,当生物体内的细胞在受到刺激或者出于兴奋时,会在细胞膜上发生快速的电波动可逆翻转,如果该频率与谐波频率相近,则电网谐波产生的电磁辐射就会对生物体的脑磁场和心磁场产生影响。
4 治理电网谐波的方法电网谐波关系到电力公司的切身利益,还关系到供电部门和广大消费者得利益。
因此他是衡量供电系统供电质量的一个重要指标。
为了减少谐波的危害,专家们经过多年的研究,开发了许多抑制谐波的方法。
4.1 使用无源滤波装置现在比较常用的无源滤波器有以下几种:单调谐无源滤波器、高通无源滤波器和自动调谐无源滤波器。
这其中,单调谐无源滤波器是用的最多的无源滤波器,它是利用串联的r、l、c构成的,在谐波源确定的情况下,施工员只需要将滤波器谐振次数简单设定成与需要滤除的谐波的次数等大,利用串联谐振电路对于该频率的谐波的呈零阻抗,就可以阻止该次谐波输入电网,达到滤除谐波的作用(如图1)。
4.2 使用有源滤波装置首先将有源滤波器安装在谐波负荷处,具体情况见下图图2。
谐波负荷不仅吸取基波电流,还向系统输入高次的谐波电流。
假如电源的电压是正弦三相系统,则滤波器补偿的电流应该与负荷高次谐波电流的波形大小相同而方向刚好相反。
通过这种方法,利用滤波器中的逆变器跟踪输出等量大小的反向补偿电流,那么由负荷所产生的谐波电流就会被滤波器输入的电流抵消,这样就不会注入系统使电网损害。
如果能够做到补偿的电流的大小等于基波无功量加上谐波量的和,那么系统电源就只需要提供基波有功量。
有源滤波器与交流电无源滤波器相比,前者具有高度的可控性和快速的响应性,它可以自动跟踪补偿各种谐波,可以抑制闪变、自动补偿无功,且能做到一机多能。
无源滤波器在性价比上更加划算,滤波性能不受到系统阻抗的影响,这样就避免了与系统阻抗发生谐振的可能性。
(我感觉是有源滤波的特点)在国外发达国家高低压有源滤波技术已经应用于实践,我国只能运用到低压有源滤波当中。
4.3 加大换流装置脉冲数加大换流装置的脉冲数,可以消除较大的低次谐波。
对于电网来说,整流装置是它主要的谐波源之一,电流在其交流侧产生谐波次数为pk±1次的谐波,在直流侧则产生pk次的谐波(p为脉动数,k 为整数),谐波电流的有效值与谐波次数是反比的关系。
利用多脉冲组合成整流装置,如果整流器二次侧的整流脉冲次数越多,那么次数相对较低的谐波量被消去的就越多。
故增加换流器的脉冲数,可以消除较大的低次谐波。
通常增加换流脉冲数的方法有两种,一种是利用特殊的接线方法,使换流器形成多相流。
还有一种方法是将相数少的换流器联接形成等效的换流器。
4.4 减少并联电容器组的放大效应并联电容器组在电网中起着改善功率因数和调节电压的作用,当在并联电容器组中存在谐波时,在多种因素的作用下,电容器组会对谐波起着放大的作用,严重时发生的谐振会危及电容器自身及其附近其他用电设备的安全。
一般来说,在电容器回路中,使用串联电抗器或者将电容器组的一些线路改为滤波器或者设定电容器组的最大容量等措施来抑制谐波的放大。
4.5 使用脉宽调制技术脉宽调制法的设计思想是改变pwm输出波形的多个转换时刻,要求保证四分之一的波形的对称性。
设计者可以根据输出波形的傅立叶展开式,使要消除的电网谐波的幅值为零、电网基波幅值为已经给定的量,这样就可以达到消除部分谐波并且控制电网基波幅值的设计要求,现阶段使用的pwm技术包括以下几种:最优脉宽调制、δ调制和跟踪型pwm调制等。
当然,还有很多种消除谐波的方法,在谐波产生处加滤波装置;增加限流装置或加串联电抗器;选择合适的供电电压,保证三相电压平衡,这些都可以降低谐波的影响。
总之,我们要做的就是,要尽量限制谐波的发射量,要提高设备抗谐波的能力,再尽量做到消除谐波。
5 结语电网谐波的治理是一个系统的工程,它不仅关系到供电部门,也涉及到用户和设备制造商。
在治理电网谐波的时候,应该充分考虑到系统里各种因素的影响,采取合适的方法,选择合理有效的方法治理谐波。
当然,要消除谐波的污染,不仅仅需要电力系统发展高效的滤波方法,还需要依靠社会的努力,采取有效地抑制谐波的方法,减少谐波输入电网,从而减少谐波污染带来的损失,提高经济效益,才能真保证电网的强力运行,造福于社会。
参考文献[1] 周国威,吴胜利.电网中谐波的危害及消除高次谐波的方法[j].电力电容电容器,2006,2.[2] 逄型华.谐波及其治理[j].煤炭技术,2006,8.[3] 李明强,王杰,王双.谐波对电网影响的探讨与研究[j].供用电,2005,5.[4] 林海雪.电力网中的谐波.中国电力出版社,1998.[5] 吕润馀.电力系统高次谐波.中国电力出版社,1998.[6] 吴竞昌.电力系统谐波.水利电力出版社,1988.[7] 电压电流频率和电能质量国家标准应用手册.中国电力出版社,2001.。