浅谈谐波对整流变压器影响及其防治措施
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谐波对电力设备的影响与对策摘要:电力资源作为当下社会生产生活中必不可少的应用资源,保证其供应的安全性、稳定性显得更为重要,但就电力资源管理实际工作状况而言,越来越多电力设备的组建系统在监管、维护等各项工作中都出现管理不当、效率低下等诸多问题,尤其是在输电线路设备中,更需要尽快进行先进技术的引进,将其合理融入设备运维管理工作中,构建相关设备的智能运维管理平台,实现电力设备系统完备化。
关键词:谐波;电力设备;影响为了有效减少电力谐波对电力设备的影响,需加强对电力谐波产生过程予以重视,采取有效措施进行改善。
电力谐波产生主要源于三个方面,分别是发电机电源质量水平、输配电系统以及电设备。
(1)在发电机方面,产生电力谐波的主要原因是其质量水平不高,由于发电机是三相绕组结构,使其在制作过程中难以做到精准对称,而无法实现绝对的均匀,再加上一些外在因素,发电机电源的多少都会产生一定的谐波,虽然其产生的很少,但是对电力系统的影响却不可忽视。
(2)在输配电系统方面,主要是集中于电力变压器中,由于处于饱和状态,具有磁化曲线的非线性,加上在制作过程中经济方面的考虑,会使磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,产生了一定的电力谐波,而影响到电力系统的正常运行。
(3)在用电设备方面,主要会在晶闸管整流设备、变频装置、气体放电类点光源以及家用电器等这些设备中会产生电力谐波。
其中,由于晶闸管整流设备在充电装置等方面领域都得到了广泛的运用,在电力系统运行中会产生了大量的电力谐波。
晶闸管整流设备主要是通过移相加以控制的,通过吸收缺角的正弦波,使留下的部分会产生谐波。
1 电力谐波对电力设备的影响(1)电力谐波对电力线路的影响。
电磁式继电器常用于监测电力线路及电力变压器。
因此,即使电力系统在运行中出现故障,也会及时保障电力设备的安全。
但是,电磁式继电器常会由于电力谐波的影响而导致其对电力设备的保护作用无法实现,直接影响到电力系统的正常运行。
另外,电力谐波还会影响电能的质量,原因在于其会使电流发生改变,例如,电力系统的中性线会出现奇次谐波,其中三次谐波的含量最多。
电力系统中的谐波及其抑制措施谐波是电力系统中常见的一种电信号,它是由电力系统中非线性设备引起的。
谐波会导致电力系统不稳定、设备损坏和通信干扰等问题,因此谐波的抑制是电力系统设计和运行中的重要问题。
谐波的产生原理是电力系统中的非线性元件(如整流器、变频器、电弧炉等)在电压或电流作用下,产生不对称的电压或电流波形,导致谐波频率的波形在电力系统中传播和扩散。
常见的谐波频率包括3次、5次、7次等奇次谐波,以及2次、4次、6次等偶次谐波。
谐波对电力系统的影响包括以下几个方面:1.电力系统不稳定:谐波产生的电压波形失真会导致电力系统的电压稳定性下降,可能导致设备的过电压或欠电压现象,进而影响到电力系统的正常运行。
2.设备损坏:谐波电流会导致电力设备内部的电机、变压器等元件温度升高,进而影响到设备的寿命和可靠性。
3.通信干扰:谐波会在电力线上传播,通过电网对通信系统产生干扰,降低通信系统的传输质量。
为了抑制谐波,可以采取以下几种措施:1.使用谐波滤波器:谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的滤波器。
它可以根据谐波频率的不同,选择相应的滤波器进行安装,从而削弱或消除谐波成分。
2.控制负载谐波含量:减少非线性装置的使用,或者采用符合电力系统标准的电气设备,可以降低谐波的产生和传播。
3.设备绝缘和保护:合理选择电力设备的额定容量和绝缘等级,增加设备的绝缘保护,提高设备的抗谐波能力。
4.进行谐波分析和监测:对电力系统中的谐波进行分析和监测,及时了解谐波的产生和传播情况,以便采取相应的措施进行调整和优化。
5.增加电力系统的容量和稳定性:通过增加线路容量、改善电力系统的稳定性,可以降低谐波对电力系统的影响。
综上所述,谐波是电力系统中的一个重要问题,对电力系统的稳定性和设备的正常运行产生不利影响。
通过采取谐波滤波器、控制负载谐波含量、设备绝缘和保护、谐波分析和监测、以及增加电力系统的容量和稳定性等措施,可以有效地抑制谐波,维护电力系统的正常运行。
电力谐波对供配电系统的影响与治理措施【摘要】:文章对电力供配电系统谐波产生的原因、问题、对供配电系统谐波的危害及治理措施进行了简要的论述。
【关键词】:电力谐波供配电系统治理措施一、引言电能质量的好坏,直接影响工业产品的质量。
评价电能质量有几方面标准,其中一方面就是电压的波形质量,即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率,也就是谐波所占的比重。
配电变压器运行时有一种电能损耗源是谐波电流,其在系统中流动会使变压器、配电设备及导线发热,由此产生电能损耗。
另外,谐波电流会导致谐波电压的产生,从而引起高次谐波电压畸变。
我国颁布的gb/t14549-93《电能质量·公用电网质量》标准中对高次谐波电压(相电压)限值有严格规定:额定电压为0.38kv的电网中,电压总谐波畸变率不得超过5.0%,各次谐波电压含有率的奇次不得超过4.0%,偶次不得超过2.0%。
同时还规定高次谐波电压对电网的冲击持续的时间不超过2s,且两次冲击之间的间隔时间不小于30s。
二、供配电系统中的谐波现象某工厂的10/0.4kv变配电系统是由第一、第二两个变电所组成。
两个变电所都是采用两台变压器分列运行方式。
第二变电所的二号变压器由10kv高压304断路器控制,0.4kv低压由11dp输出总屏控制,10dp为与一号变压器输出的i段母线的联络开关,12dp、13dp 为电容补偿屏,14dp~22dp为低压馈电线路控制屏。
如图1所示为15dp供电线路的高次谐波电流百分比含量曲线图(上曲线)。
从零时至第二天零时的一昼夜中,只要线路有负荷就有谐波电流的存在,最少都有5%以上的含量,负荷高峰时可达30%~45%。
高次谐波电压百分比含量(下曲线),多次电压突破5%,达到6%的含量。
图1 15dp谐波含量(%)波形图从配电所的ns6000后台系统检测的数据可看到:配电所的供电电力系统中,存在大量的高谐波电流,由此引起的高次谐波电压的含有量(特别是奇次谐波含有量)远远超过了标准限值,电压总谐波畸变率特别高,而且谐波电压对本系统的冲击持续时间长,间隔时间短,有时ns6000后台系统也根本无法检测到每次冲击的时间间隔,即这种冲击长时间地停留在供配电网络中。
整流变压器、中频变频器的选择、谐波对电网的影响及抑制措施一、变频器的选择1.中频变频器国内锻压工厂当前使用的感应加热设备中的电源装置,绝大多数是以晶闸管为主要元件的静止式变频器,由于它工作在中频频段,故称晶闸管中频变频器。
图1 中频变频器主电路原理图这种中频变频器的主电路主要由四部分组成:①三相全控桥式整流电路它将正弦的工频交流电压U整流成脉动的直流电压Ud 。
调节直流电压Ud就可调节负载电流。
②滤波电抗器作为储能电感,它把工频网络和中频网络隔开;对直流电流Id滤波;当中频网络发生短路时,配合装置的过电流保护系统来限制短路电流的上升速率及峰值。
③逆变器由四只晶闸管组成的单相桥式逆变电路将直流电流Id逆变为中频电流Ia,并将它送入负载电路。
④负载电路由感应器和电热电容器组成并联谐振电路,对坯料进行感应加热。
由基波和谐波组成的方波中频电流Ia进入并联谐振电路时,该谐振电路对基波电流呈现大的阻抗,对谐振电流呈现小的阻抗,因此,方波中频电流在感应器负载的电压接近正弦波形。
我国机械行业标准JB/T 8669-1997《中频感应加热用半导体变频装置》规定了中频变频器的功率系列型谱(kW):25、50、100、160、250、500、750、1000、1500、2000、2500、3000、4000、5000。
我们确定中频变频器的额定功率值可依照这个型谱选择。
中频变频器的交流进线电压,也就是整流变压器阀侧线电压值可按国家标准GB156-2003《标准电压》:三相四线或三相三线系统的标准电压220/380V;380/660V;1000V来选择。
2.中频变频器主电路参数的计算以整流变压器阀侧线电压660V、12脉波、双整流器、额定功率2000kW、标称频率200Hz、并联谐振的变频器为例介绍主电路参数计算。
①忽略逆变换相重叠角的变频器输出电压(中频电压)UaU a =πUd/(2cosφ)=π×810/(2cos30°) =1039V其中:Ud——直流电压。
试述谐波对变压器的影响及其抑制措施试述谐波对变压器的影响及其抑制措施[摘要] 谐波电流是影响变压器运行性能的主要因素, 从对变压器谐波电流产生机理及流通路径分析的结果看, 改善变压器磁路饱和状况及对变压器绕组进行合理联结可有效抑制谐波电流的产生, 从而提高变压器的运行性能和改善供配电系统的供电质量.[关键词] 变压器;谐波电流;磁路饱和;抑制措施中图分类号:TM4文献标识码: A随着高电压输电系统的规模化发展, 电力系统对智能化供电的要求越来越高, 致使大量电力电子设备应用于输、配电监控系统中, 使得电力系统用电负荷种类越来越复杂, 系统中的谐波分量也越来越严重, 严重影响着电力系统的安全稳定运行.同时, 谐波电流通过静电感应、电磁感应等方式祸合到弱电系统设备中, 也会对检测系统产生干扰, 使检测的灵敏度和可靠性降低.变压器是输配电系统中重要的感性设备, 也是输配电系统中一个主要的谐波源, 由于谐波引起的热损耗随谐波电流、谐波频率的平方成值成比例上升, 导致变压器的基波负载容量下降, 变压器运行效率降低, 而且, 谐波电流会使涡流和集肤效应加剧,变压器温度升高, 造成绝缘损坏, 大大降低变压器的使用寿命团.因此, 研究电力变压器的谐波电流产生机理、流通路径具有重要的现实意义.1变压器磁路饱和与谐波电流产生机理分析由于变压器一、二次绕组之间只有磁耦合而没有电的联系, 变压器的功率传输、电压转换都是建立在磁路饱和的基础上, 故变压器的磁路饱和状况对变压器的运行性能影响很大.磁路不饱和时, 主磁通与励磁电流之间基本上是线性关系, 即主磁通量随着励磁电流的增加而增加, 二者相位相同, 波形也相似.磁路饱和后, 励磁电流增加时, 主磁通量基本保持不变, 二者之间为非线性关系.在不考虑变压器铁芯磁滞影响的前提下, 将主磁通量变化时空图转换为主磁通量与励磁电流之间的曲线关系, 可知当主磁通Φ (t) 为正弦波时, 励磁电流i(t) 将畸变为尖顶波, 如图1 所示.此时, 励磁电流的傅立叶级数表达式为:(1)由(1)式可知, 励磁电流尖顶波可分解成基波电流和三次、五次等高次谐波电流之和, 除基波电流外, 三次谐波电流的幅值最大, 五次谐波电流的幅值次之, 且饱和程度越高, 励磁电流的畸变就越严重, 其各次谐波电流的幅值也将之增大.考虑变压器铁心磁滞特性影响时, 磁化曲线就不再是一条曲线, 而是由磁化和磁滞两条曲线组成, 见图2 所示.当外加电源电压是正弦波时, 变压器磁通波形的上升段对应于磁滞曲线的上升部分, 下降段对应于磁滞曲线的下降部分, 并且与磁滞曲线的最大值相对应.此时变压器的励磁电流波形比不考虑铁心磁滞特性时更加复杂, 即波形曲线是半波对称, 由上、下两条磁化曲线所对应的磁化电流叠加而成,无论是基波分量, 还是谐波分量, 波形都已经发生畸变, 如图2 所示.图2 中, 忽略了三次以上谐波分量, 曲线和曲线分别表示基波电流曲线波形和三次谐波电流曲线波形, 分别由磁化曲线和磁滞曲线叠加所对应的励磁电流叠加而成, 其傅立叶级数表达式分别为:在(2) 、(3) 式中, 分别取.由(2) 式、(3) 式可知,考虑铁心磁滞影响时, 基波和三次谐波都已经不再是标准的正弦波, 由其叠加成的励磁电流曲线波形如图2 中曲线» 所示, 其傅立叶级数表达式为:由(4 ) 式可知, 考虑铁心磁滞影响时, 变压器的励磁电流畸变程度加剧, 幅值增加, 过大的冲击电流极可能导致变压器绝缘损坏而发生短路故障, 严重影响电网的供电质量. 在变压器实际运行中, 铁心磁滞问题是客观存在的.所以, 谐波电流对变压器运行性能的危害是极大的.2 谐波电流在变压器绕组内的流通路径畸变的励磁电流波形中的谐波分量主要是三次谐波分量.在三相对称电路中, 三次谐波电流的正弦表达式为:由(5) 式可知, 在三相对称系统中, 三相三次谐波电流大小相等、相位相同.所以, 三次谐波电流在三相变压器中的流通路径取决于变压器绕组的联结方式.2 .1 星型接线星型不带中性线绕组的接线原理如图3 所示, 因为基波电流大小相同、相位相差120 °, 三次谐波电流不能在星型联结绕组中流通.当星型接线绕组带中性线时, 三次谐波电流可通过中性线流通并经接地线人地, 中性线中的三次谐波电流是每相三次谐波电流的三倍, 如图4 所示.2 .2 三角型接线三角型绕组的接线原理如图5 所示, 同大小、同相位的三次谐波电流可以在闭合的三角型回路中形成环流而流通.综上可知, 三次谐波电流只能在星型带中性线绕组和三角型绕组中流通, 而不能在星型不带中性线绕组中流通. 由于三次谐波电流在变压器的运行过程中是客观存在, 所以, 若变压器绕组接线方式不当, 未为三次谐波电流提供通路时, 三次谐波电流只能滞留在变压器铁芯绕组中, 导致铁芯绕组发热, 增加损耗.铁芯绕组长期发热会致使变压器绝缘材料强度降低, 严重时, 可导致绝缘损坏, 引起故障, 故大容量变压器绕组接线要避免使用星型不带中性线的接线方式.3 谐波电流的抑制措施由上述分析可知, 变压器中的谐波电流主要是由磁路饱和、铁心磁滞等产生, 而谐波电流在变压器中的流动情况主要由绕组接线方式决定.所以, 抑制变压器谐波电流应从抑制变压器磁路饱和状况和改善绕组接线方式人手.3 .1 改善变压器磁路饱和状况首先, 变压器的磁路饱和问题主要取决于变压器铁心材料和铁心结构.变压器的铁心是变压器内部的主体结构, 是能量传输和转换的媒介.从变压器的硬件结构而言, 用三维立柱卷铁心结构代替传统平面式叠片结构铁心, 可以降低铁心损耗.同时, 三维立柱卷铁心三相磁路完全对称相等, 相与相之间气隙均匀,磁路对称 , 因此减小了励磁电流的畸变率, 达到了抑制谐波电流的目的.其次, 在变压器安装时, 应注意变压器主体油箱上、下节之间的距离不要过大, 因为其距离过大会导致漏磁增加及磁通畸变率加强而增大谐波; 再者,在变压器运行中要加强日常检修和维护, 注意铁心接地套管、上下铁扼间不要有松动、间隙及漏油现象.3 .2 合理选择变压器绕组的联结方式三相变压器绕组联结方式主要有3 种形式:星型不带中性线联结、星型带中性线联结、三角型联结.通过变压器高、低压绕组的不同组合, 变压器的接线形式或多达数十种, 其中常见的变压器联结形式有:Y /y ;Y N / y ;Y / y n ;Y / d ;D / y ;D /d ;D /y n ;Y N / d ;Y N /y n.其中Y /y (或D /d) 联结组共有6 个偶数组别, 分别是:Y / y0 ;Y / y2;Y /y 4 ;Y /y6 ;Y / y8 ;Y /y 10 .而Y / d( 或D / y )联结组共有6个奇数组别, 分别是:Y /d 1 ;Y /d 3 ;Y /d 5 ;Y /d 7 ;Y /d 9 ;Y /d 11 .只有合理选择变压器的接线形式, 才能有效抑制谐波电流.对于高、低压绕组都采用星型不带中性线的Y /y 型联结的三相变压器, 正如上文所分析的, 三次谐波电流在变压器绕组中没有通路, 只能滞留在绕组铁芯中导致变压器发热.因此, 三相组式变压器不能采用Y /y 联结;而三相芯式变压器由于三相磁路互通, 可以采用Y / y 联结, 但是其变压器最大容量不宜超过1800kV·A.对于高绕组采用星型不带中性线、低压绕组采用星型带中性线的Y /y n 型联结的三相变压器, 低压侧引出中性线, 三次谐波电流可以在中性线中流通, 构成三相四线制供电方式, 而高压侧的绕组中三次谐波电流不能流通.在三相变压器容量较大的情况下, 高压侧三次谐波电流很大, 对变压器绕组绝缘造成的危害也很大.所以, 在三相变压器的高压侧额定电压超过35 k V 的电网中, 电力变压器不易采用Y / yn0型接线. Y N / y0 联结的三相变压器则需要高压侧引出中性线, 这种变压器适合用在高压侧中性点需要接地的场合.当三相变压器联结绕组中有三角型联结绕组时, 无论是D / y 联结还是Y /d 联结, 三次谐波电流都可以在闭合的三角型回路中流通, 此时三次谐波电流在三角型闭合回路中形成环流, 这一环流趋向于把铁芯中原有的三次谐波磁通抵消, 使三次谐波磁通大大削弱, 因此变压器相电压不会因为三次谐波电动势而出现显著畸变川, 达到了抑制变压器谐波输出的显著效果.但是, 当高压侧电压高于35 k v 时, 在Y /d 型接线中由于高压侧没有中性线, 从而会导致高压铁芯绕组发热加剧, 故应在高压侧加装中性线, 即采用Y N /d型接线.由此可得出, 只要变压器的某一侧是三角型联结, 而另一侧采用星型带中性线的接线方式时, 变压器能有效抑制三次谐波电流.4 结束语本文详细分析了电力变压器励磁电流与磁路饱和之间的关系,揭示了导致变压器励磁电流畸变而产生谐波电流的机理, 并利用理想三相电源对称理论分析出在三相系统中三相三次谐波电流的大小、相位关系及其在变压器绕组中的流通情况.从总体分析结果看.改善变压器磁路饱和状况及对变压器绕组进行合理联结可有效抑制谐波电流的产生, 从而提高变压器的运行性能和改善供配电系统的供电质量.参考文献:[1]谭俊源.谐波对变压器的影响及其抑制措施[J].电气时代, 2008(9):10 0一102 .[2]李拓, 钟佩莲.浅谈干式变压器的谐波抑制[J].机电技术工程, 2010, 39(7):147一149.------------最新【精品】范文。
浅析谐波产生的原因\影响及抑制措施摘要:随着高科技的飞速发展,各种新型用电设备也不断地问世和使用,致使产生的高次谐波越来越多。
而电力系统受到谐波影响后,轻则影响系统的运行效率,重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。
本文主要对谐波的产生与危害进行分析,并对店里系统抑制谐波的措施进行探讨,从而保证供电质量。
关键词:谐波;产生原因;影响;抑制措施一、谐波的概念谐波是指对周期性交流分量进行傅立叶级数分解,得到的频率为基波频率大于1整数倍的分量。
通俗地说谐波是一个周期电气量的正弦分量,其频率为基波频率的整数倍。
二、谐波的产生(一)以电力电子元件为基础的开关电源设备,如:各种电力变流设备(整换流装置、变频器)、相控调速和调压装置,大容量的电力晶闸管可控开关设备、电力机车、家用电器等,它们大量的用于化工、电气铁道,冶金,矿山等共矿企业以及各式各样的家用电器中。
(二)具有铁磁饱和特性设备,如变压器、电抗器等;变压器中的谐波电流是由励磁回路的非线性引起的,正常情况下,所加电压为额定电压,铁芯工作在线性范围内,谐波电流含量不大,但在轻载时电压升高,铁芯工作在饱和区,此时谐波电流就会大大增加。
在变压器正常工作过程中,如果有暂态扰动、负载剧烈变化都会产生大量谐波。
三、谐波的危害一般来讲,具有非线性特性或者对电流进行周期性开闭的电气设备对容量相对较大的电力系统影响不很明显,而对容量小的系统,谐波产生的干扰就不可忽视,谐波电流和谐波电压的出现,对公用电网是一种污染,它使用电设备所处的环境恶化,给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。
谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在:(一)对供电线路的影响谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。
由于集肤效应和邻近效应,使线路电阻随频率增加而提高,造成电能的浪费;由于中性线正常时流过电流很小,故其导线较细,当大量的三次谐波电流流过中性线时,会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。
谐波的危害与对策谐波是指频率为基波频率整数倍的电磁波。
谐波通常是电子设备和电力系统中的一种电磁干扰源,会对设备的正常运行产生危害。
本文将分析谐波的危害,并提出相关的对策。
1.电力系统中的危害:谐波会对电力系统的稳定性和可靠性产生负面影响。
谐波会导致电磁振荡,引起额外的电流和电压谐振,进而使设备损坏或系统瘫痪。
此外,谐波还会导致电力系统中的电能损耗增加,引起线路过热和设备寿命缩短。
2.设备损坏和故障:谐波会对设备造成过电压和过电流,使设备损坏或故障。
例如,谐波电流会引起电动机的过热,降低绝缘性能,导致设备寿命缩短。
谐波还会导致变压器的热损耗增加,引起变压器过热甚至发生爆炸。
此外,谐波还会导致电子设备的干扰,干扰正常的工作。
3.对人体健康的影响:谐波对人体健康产生的危害包括电磁辐射对人体的直接伤害和电磁辐射引起的各种健康问题。
长期处于高谐波环境中,人体可能会产生头痛、眩晕、失眠等症状。
同时,谐波还可能破坏人体的生物电位平衡,产生诸如心律失常等疾病。
为了应对谐波的危害,以下是一些可能的对策:1.传统滤波器技术:在电力系统中,可以采用传统的主动或被动滤波器来抑制谐波。
主动滤波器可以通过电子器件来消除不需要的谐波,并提供对称负载,减少谐波产生。
被动滤波器则是利用电抗器等设备来阻塞谐波流过的路径,减少谐波对电力系统的影响。
2.多层次的电力系统设计:在电力系统设计中,可以采用多层次的配置来抑制谐波。
通过在系统中增加合适的变压器、电抗器和滤波器等设备,可以减少谐波的传播和影响。
3.谐波监测与控制:通过谐波监测装置对电力系统中的谐波进行实时监测,并及时采取相应的控制措施。
例如,可以在容易受到谐波干扰的设备附近安装滤波器,通过选择合适的滤波参数和工作模式,减少谐波对设备的影响。
4.加强人体防护措施:对于电磁辐射对人体健康的直接威胁,应采取一系列的防护措施。
例如,在工作场所中,可以采用屏蔽层、防辐射窗等装置来减少辐射的传播和接触。
谐波电流的危害及改善措施
谐波电流是一种频率高于基波频率的电流,当它传导到电力系统中时,会对电气设备和系统造成一定的危害。
以下是谐波电流的危害及改善措施:
1. 危害:
(1) 对电气设备造成损坏:谐波电流会使变压器、发电机、电缆等电气设备产生热量,加剧其老化,增加故障率。
(2) 影响电能质量:谐波电流会导致电能质量下降,增加电能损失,影响电力系统的稳定运行。
(3) 产生干扰:谐波电流会在两根导线之间产生电磁场,产生电磁干扰,影响其他电子设备的正常工作。
2. 改善措施:
(1) 使用滤波器:滤波器是一种能够将谐波电流滤除的电子元件,通过使用滤波器可以有效降低谐波电流对电气设备的影响。
(2) 采用合适的电气设备:选用具有耐受谐波电流特性的电气设备,在设计电力系统时应充分考虑谐波电流的影响。
(3) 加强监测和维护:定期对电力系统进行检测和维护,及时发现和排除谐波电流带来的影响,保障电力系统的正常运行。
谐波电流对于电力系统的影响是极其重要的,为了保障电力系统的安全稳定运行,应该加强科学合理的设计、选用合适的设备、加强监
测和维护等工作,减少谐波电流的危害。
浅析电力系统谐波的产生、危害及抑制措施摘要:本文主要介绍了电力系统中产生谐波的主要原因,对电网系统的危害及抑制谐波的方法。
关键词:电力谐波;谐波产生;危害;抑制措施1 前言在理想的情况下,电力系统中三相交流发电机发出的电压,其波形基本是正弦波,但随着电力电子设备技术的发展、电弧炉、变压器等设备容量的加大、家用电器的增多等原因,向电网注入谐波,造成系统电压、电流波形畸变,电能质量下降,危害电力系统及用户的安全与经济运行。
2 电力谐波的产生2.1 发电源质量不高产生谐波发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称,铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因,发电源多少也会产生一些谐波,但一般来讲很小,可以忽略。
2.2 输配电系统产生谐波输配电系统中主要是电力变压器产生谐波,由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。
它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。
铁心的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性越远,谐波电流也就越大,其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
2.3 用电设备产生的谐波2.3.1 晶闸管整流设备由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源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。
我们知道,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另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。
如果整流装置为单相整流电路,在接感性负载时则含有奇次谐波电流,其中3次谐波的含量可达基波的30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增大而增大。
如果整流装置为三相全控桥6脉整流器,变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流;如果是12脉冲整流器,也还有11次及以上奇次谐波电流。
经统计表明:由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%,这是最大的谐波源。
浅谈谐波对整流变压器影响及其防治措施[摘要]简要分析了供电系统中谐波产生的原理以及对整流变压器运行的影响,并提出了相应的治理措施
[关键词]整流变压器;谐波;谐波治理
前言
通常电力供电系统的电压电流波形为正弦波,当其负载为无源线性元件,如电阻、电感、电容时,则其输出波形仍为与输入波形相同的正弦波;但当其负载为非线性元件时,其输出波形就变成与输入波形无论从频率还是形状不一致的非正弦波,这种非正弦波电压和电流可以用傅立叶级数展开,其中频率与工频一致的分量称之为基波,频率大于工频的分量称之为谐波,谐波次数一般是谐波频率与基波频率的整数比,通常是3,5,7。
整流变压器工作的特点是原方输入电流,而副方通过整流原件后输出直流。
因整流变压器副边接整流器件,故其负载是非线性的,因而其输出电压电流波形为非正弦波,因而必然有谐波产生。
一般情况是整流变压器所带负载是变频器,变频器是谐波源。
这些谐波反过来影响整流变压器的正常运行,如何减少谐波带来的危害,保证供电系统可靠运行变得越发重要。
1.谐波对整流变压器的影响。
因为变频整流装置对电网来说是一个非线性负载,在电网供电电压为理想正弦波时,由于整流装置、变流装置中整、变流管开、断单向导电的作用,使整流装置从电网吸取的电流也是非正弦电流
波形。
这种谐波电流流经整流变压器时必然产生非正弦压降,给交流供电系统内的电流电压波形都造成了污染。
这种污染对整流变压器造成的影响是:谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度,谐波电流的存在增加了铜损,会大大增加励磁电流的谐波分量。
从而导致变压器效率降低、功率因数降低,变压器局部过热、温度升高,直接影响整流变压器的稳定运行。
2.采取措施
谐波的存在影响整流变压器的运行质量,为提高整流变压器的运行质量就需要采取措施消除谐波。
针对谐波影响采取的常规措施归纳起来有以下几种:
2.1提高整流变压器二次侧的相数和增加整流器的整流脉冲数,整流变压器二次侧的相数越多,整流波形的脉波数越多,其次数低的谐波被消去的也越多。
如整流变压器相数为2×3相时,出现的5次谐波电流为基波电流的18.5%,7次谐波电流为基波电流的12%。
如果整流相数增加到4×3相时,则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5%,7次谐波电流降为基波电流的3%,都差不多减少到1/3。
由此可见,增加整流变压器二次侧的相数对抑制谐波效果相当显著;
2.2按谐波次数装设分流滤波装置:一中是无源滤波装置,该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,通过对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用;另一种是有源滤波装置。
原理是利用可控的功率半导体器件
向电网注入与谐波源电流幅值相等、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。
它与无源滤波器相比,有以下特点:a.不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理;b.滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;c.具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点。
2.3采用y、d或d、d联结方式由于3次及3次整数倍次的谐波电流在三角形联结的绕组内形成环流,而星形联结的绕组内不可能出现3次及3次整数倍次的谐波电流,因此采用y、d或d、d联结的三相整流变压器,能消除注入供电网络的3次及3次整数倍次的谐波电流。
又由于供电系统中的非正弦交流电压或电流,通常是正、负两半波对时间轴(横轴)是对称的,不含直流分量和偶次谐波分量,因此采用y、d或d、d联结的整流变压器以后,注入电网的谐波只有5、7、11等次谐波了。
以上是措施是抑制谐波的常规基本方法,随着谐波治理技术不断提高,出现了一些新的谐波治理技术,尤其是在针对整流变压器的谐波治理方面更加突出这些措施的优势,主要包括以下几种:(1)采用同相逆并联接线,使其流过的电流大小相等、方向相反,从而使引线周围磁通得到最大的低效。
解决了整流变压器局部过热、二次侧阻抗增大以及整流元件间的电流不平衡等问题(2)增加整流装置的等效相数,可以消除辐值较大的低次谐波
分量。
比如采用等效12相系统,不需要专门移相即可基本上消除辐值较大的5次、7次谐波。
(3)降低变压器的磁通密度,比同容量电力变压器低10%。
以减少损耗。
(4)对于谐波电流导致线圈温升,可采取导线电流密度选用较电力变压器低10%,同时在低压线圈加导向油槽,以提高散热效率,降低变压器温升。
(5)在高、低压线圈之间加电屏蔽层,并通过箱体或接地套管进行可靠接地,以降低阀侧高次谐波分量对电网污染,同时可避免网侧谐波传递到阀侧对控制系统产生的干扰。
从而最大限度的降低高次谐波在此项上的影响,并可确保变压器长时间安全、可靠运行。
3.结论
整流变压器因其负载的特殊性决定了谐波治理对其安全正常稳定运行的必要行,谐波治理是改善供电品质的重要手段,是当前供用电行业公认的事实。
加强谐波治理不仅改善了供电网络的电力品质,更重要的延长了用户设备使用寿命,提高了效率,降低了环境污染,降低了能耗,提高电能利用率,降低了企业生产成本。
以上措施在山东钢铁股份公司莱芜份公司一工程项目供电变压器中得
到了实施,效果非常明显,由电网谐波导致变压器故障率得到了显著降低,同时变压器运行效率得到了较大提供,不但降低了维修费用,同时也降低运行成本,为企业设备可靠运行提供了技术保证。
作者简介:
赵振明(1970-),男,工程师,现从事电气设备管理工作。